高效升压型LED驱动电路的研究

摘要

如今科学技术的发展推动了半导体材料技术的进步，白光发光二极管在越来越多的场合得以应用。现阶段白炽灯仍为主要的照明源，但白炽灯作为照明源有诸多缺点:亮度低，低效率，高能耗和寿命短等，而白光LED由于具有亮度高，光电效率高，寿命长，节能，环保等若干优势，白光LED逐渐取代了白炽灯成为新一代的理想照明光源，受到了各国的高度关注。当前白光LED的应用领域主要有:一个是高亮度照明场合，如室内照明、导航灯、交通指示灯、路灯、汽车照明及紧急出口指示灯等;另一个是低亮度场合，如数码相机、PAD、手机等便携式小型电子设备。由于白光LED的发光原理需要恒定的电流，而开关变换器具有恒流输出的特点，且开关变换器的转化效率高，因此这些直流开关变换器被普遍应用在LED驱动电路中。目前多数便携式电子设备都是靠锂电池供电，然而锂电池输出电压较低且变化范围较宽，这就对直流开关变换器提出了新的要求，因此，研究适用于便携式电子设备的直流开关变换器具有重要的意义。
　　本文主要研究了具有高电压增益、宽电压输入的高效升压型LED驱动电路。本文首先介绍了LED驱动的研究现状，并研究了各类DC-DC转换器及其优缺点，最后提出了本文要设计的LED驱动电路。本文提出一种带开关电容的二次型高增益Boost变换器，在传统二次型Boost变换器的基础上引入开关电容单元，进一步提高了变换器的升压能力，实现了以较小的占空比获得较大的电压增益，拓宽了输入电压范围，消除了右半平面零点的不利影响。由于此变换器工作在占空比D小于0.5的状态下，省去了斜坡补偿电路，降低了控制电路的复杂性。同时，该变换器改进了传统二次型Boost变换器开关管和二极管电压应力过大的缺点，减小了开关管的导通损耗和二极管的反向恢复损耗。另外，该变换器还有输入电流连续、输出电压纹波小的优点。本文分析了该变换器的工作原理及工作特性，在理论研究的基础上，搭建了一台12V/60V的实验样机，采用峰值电流控制进行调光实验，实验结果证明了理论分析的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 白光LED的发展

1．2．1 LED的发展史

1．2．2 白光LED的应用

1．2．3 LED的结构及特性

1．2．4 LED的光电特性

1．3 白光LED的连接方式

1．4 白光LED的驱动电路

1．4．1 电阻限流电路

1．4．2 线性控制电路

1．4．3 电荷泵电路

1．4．4 开关变换器电路

1．5 本文研究的主要内容

第2章 传统升压型LED驱动电路

2．1 DC-DC变换器拓扑结构及工作原理

2．1．1 Buck变换器

2．1．2 Boost变换器

2．1．3 Buck-Boost变换器

2．1．4 Cuk变换器

2．2 CCM模式下传统Boost变换器建模

2．2．1 状态空间平均法

2．2．2 传统Boost变换器建模

2．3 本章小结

第3章 新型LED驱动电路分析

3．1 传统二次型Boost变换器

3．1．1 工作原理分析

3．1．2 稳态特性分析

3．1．3 CCM模式下传统二次型Boost变换器建模

3．1．4 CCM模式下传统二次型Boost变换器频域分析

3．2 基于开关电容单元的Boost变换器

3．2．1 工作原理分析

3．2．2 工作特性分析

3．3 基于开关电容单元的二次型Boost变换器的提出

3．3．1 工作原理分析

3．3．2 稳态分析

3．4 升压型变换器特性比较分析

3．4．1 电压增益对比分析

3．4．2 功率开关管电压应力对比分析

3．4．3 输出二极管电压应力对比分析

3．5 本章小结

第4章 新型升压LED驱动系统设计与仿真

4．1 主电路设计

4．1．1 主要性能指标

4．1．2 主要参数设计

4．2 控制电路的设计

4．2．1 调制方式

4．2．2 控制方式

4．3 仿真分析

4．4 本章小结

第5章 实验结果与分析

5．1 实验电路设计

5．1．1 主要元器件的选型

5．1．2 控制电路设计

5．2 实验结果分析

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文