反激式三端口无电解电容LED驱动电路拓扑

发布时间：2020-02-01 07:37

【摘要】：为了消除LED驱动电源电解电容对其寿命的影响,研究无电解电容LED驱动电源技术具有重要意义。基于LED驱动电路输入功率pin、输出功率po和储能电容三个能量端口之间的功率流特性,讨论了三端口变换器(three-port converter,TPC)无电解电容LED驱动电路拓扑的构造原理。以此提出了基于反激(Flyback)变换器的组合型TPC拓扑族,通过集成组合型拓扑中并联子电路结构的方式得到集成TPC拓扑,并给出了适用所提TPC拓扑的主电路控制策略和简单易实现的控制电路方案。最后,搭建13.5W实验样机,验证了所提TPC无电解电容LED驱动电路的正确性和可行性。
【图文】：

恒开通；pin>po时，开关S2控制输出电流，开关S3保持关断状态。4典型集成TPC拓扑分析与验证为了论证所提集成TPC拓扑的正确性和可行性，依据拓扑族的共同特点，搭建了图5(a)所示反激变换器和Buck变换器集成(integratedflybackbuckconverter，IFBC)拓扑，以及图5(e)所示双反激变换器集成(integrateddualflybackconverter，IDFC)拓扑的通用实验平台，进行原理分析与实验验证。其中，IFBC的具体参数设计在本文的前期工作[21]中已经详述，为了便于同IDFC的结果进行对照，仅将基本原理和实验结果重现。图7所示为基于IDFC拓扑的原理样机照片，基于IFBC拓扑的样机在此基础上根据主电路拓扑连接及主电路参数的不同进行了简单修改。参数详见表2、3。主电路控制电路图7基于IDFC拓扑的原理样机Fig.7TheprototypeofIDFCtopology表2IFBC拓扑原理样机主要参数Tab.2KeyparametersoftheIFBCprototype参数数值参数数值输入电压uin(有效值)/V110滤波电容Co/μF2.2(63V/CBB)变压器变比Np:Ns22:15储能电容Ca/μF10(250V/CBB)励磁电感Lm/μH240输出电压Vo/V45开关频率fs/kHz100输出电流Io/mA300电感La/μH150——表3IDFC原理样机主要参数Tab.3KeyparametersoftheIDFCprototype参数数值参数数值输入电压uin(有效值)/V220储能电容Ca/μF3.3(400V/CBB)变压器变比Np:Ns:Nap1:1:1.6滤波电容Co/μF1.5(63V/CBB)励磁电感Lp/μH85输出电压Vo/V45开关频率fs/kHz100输出电流Io/mA300

S2t0t1t2t3ioimt4G1G2G3TsiLaiDR2图8电路主要工作波形(pin>po)Fig.8Keywaveformsofthecircuitwhenpin>po在pin<po时，主要工作波形如图9所示。开关管S1占空比基本不变，S2处于恒开通状态，无开关动作；恒流输出通过控制开关管S3来实现。iS2ioimiDR2G1G2G3TsiLat0t1t2t3t4t5图9电路主要工作波形(pin<po)Fig.9Keyoperatingwaveformwhenpin<po实验波形如图10—13所示。图10为输入电压uin、输出电压Vo、输入电流iin，以及储能电容Ca的电压波形。可见，负载电压Vo较为稳定，，uca为120V平均直流电压叠加100Hz纹波电压，其中纹波峰峰值为40V。图11为输出负载电压Vo、储能电容电压uca，以及开关管S2和S3的驱动信号G2、G3的波形。当pin<po时，S2保持恒开通，控制S3实现LED负载uin[200V/div]iin[500mA/div]uca[50V/div]Vo[20V/div]图10输入电压、电流、储能电容电压和输出电压波形Fig.10Waveformsofinputvoltage,inputcurrent,voltageonCa,andoutputvoltageuca[50V/格]Vo[20V/格]G2[10V/格]G3[10V/格]图11储能电容电压、门极信号G2、G3和输出电压波形Fig.11WaveformsofthevoltageonCa,gatesignalsG2,G3andtheoutputvoltageG1[10V/div]G2[10V/div]iS2[5A/div]iDR2[5A/div]图12门极信号G1、G2和电流iS2、iDR2(pin>po)Fig.12WaveformsofthegatesignalsG1,G2,andthecurrentsiS2

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