应用直流侧串联APF的多路输出LED驱动电源

摘要

由于电网输出电压为工频交流电压，而LED需要恒定直流驱动，因此需要加入一级功率变换器，即LED驱动电源来满足诉求，以实现功率因数校正、降压、恒流驱动等功能。为了平衡瞬时输入、输出功率，LED驱动电源中需要大容值的电解电容。但是电解电容比LED本体的寿命短很多，含电解电容的LED驱动电源与LED本体长寿命的优点不匹配。另外，LED串并联形式只能保证每串电压相同，伏安特性的差异会导致每串驱动电流的不一致，故需要对每路输出采取均流措施。
　　针对这两个问题，本文提出了一种无电解电容、多路输出自动均流的LED驱动电源方案，采取了双级式结构，前级是无电解电容串联APF，后级是多路输出自动均流LED驱动电源。完成的工作主要有：
　　首先，将本课题组所提出的直流侧串联APF应用到LED驱动电源中，作为前级变换器，按照此场合的设计要求，并针对该电路的无电解电容化，按照增大电容电压纹波以减小容值、以使得能用小容值薄膜电容来取代电解电容的思路，推导出了电路中两个储能电容容值与电压纹波的关系、电容容值的临界值以及不对称半桥电容电压的取值依据，据此，便能够使用合适容值的薄膜电容来取代电解电容。然后采用了平均电流控制法，对电流环、电压环进行了小信号建模，分别设计了两个反馈环的补偿器，搭建了30W样机进行了仿真研究，结果验证了理论研究的正确性，减小两个储能电容值至2μF、3μF时仍能达到99％的高功率因数。最后给出了电容值的减小对功率因数、输入电流畸变率的影响。
　　其次，在前级分析基础上，考虑前级的输出和后级所带负载情况，采用了拓扑推演的方法，得出了一种多路输出自动均流LED驱动电源作为后级变换器，对其工作原理、性能特点进行了分析，搭建了两路输出的30W样机进行了实验验证，证明了该电路具有的优点有：1.只需对一路进行恒流控制，其他路就能自动均流；2.开关电压应力低；3.降压比高。另外，在此研究的基础之上，通过拓扑推演得出了该电路的对偶拓扑——交错并联高升压Boost变换器，对其工作原理、性能特点进行了分析，并拓展至多串并联单元形式，最后进行了实验研究，结果表明，所提出的变换器具有自动均流、开关电压应力低、高升压的优点。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 电光源的发展历程

1.2 LED对驱动电流的要求

1.3 LED驱动电源的研究现状

1.4 本文提出的驱动方案

1.5 本文研究内容

2 前级无电解电容串联APF的参数设计

2.1 引言

2.2 无电解电容串联APF的参数设计

2.3 仿真研究

2.4 本章小结

3 前级无电解电容串联APF控制电路的设计

3.1 引言

3.2 采用平均电流控制的原理

3.3 电流环和电压环的小信号建模与补偿器的设计

3.4 本章小结

4 后级多路输出自动均流LED驱动电源

4.1 引言

4.2 主电路工作原理

4.3 性能分析

4.4 n路输出时的性能分析

4.5 恒流控制与实验研究

4.6 对偶拓扑交错并联高升压Boost变换器

4.7 性能研究

4.8 实验研究

4.9 小结

5 结束语

5.1 本文的主要工作

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目