基于LLC的多复合单级LED驱动系统研究

发布时间：2019-12-02 10:29

【摘要】：传统的LED驱动系统一般由两级电路组成,即功率因数校正电路和直流变换电路,虽然其前级功率因数较高,总谐波因数较低,但存在着成本高、控制复杂、可靠性差等问题。为了解决上述问题,单级LED驱动系统通过开关管的复合将功率因数校正电路与DC/DC变换电路集成到一起,减小了系统开关元件的数量、提高了系统可靠性,在近几年得到了广泛的关注。但是现阶段单级LED驱动系统普遍存在着效率低、母线电压高等问题,针对上述问题,本文提出一种基于LLC的多复用开关管的单级LED驱动器,拆分系统中的单个热点,提高系统的可靠性;同时深入研究系统参数对于母线电压的影响,给出系统参数的优化设计方法;运用针对谐振拓扑的信号建模方法,设计具有良好动态以及稳态特性的采样补偿电路;同时提出了三脉冲突发模式的优化控制方法,有效降低了低载条件下的母线电压,同时保证较高的系统效率。具体研究内容包括:本文提出了一种基于交错并联buck-boost电路和LLC电路的单级LED驱动系统,该系统利用工作在断续模式下的buck-boost电路实现天然的功率因数校正功能,该系统能够保证具有很高的功率因数(PF)和很低的总谐波畸变率(THD)。同时采用两个相同电路交错并联的方式,可实现传统单级系统的单个热点拆分,提高系统的稳定性。分别介绍了系统PFC环节和DC/DC变换环节的工作原理,给出系统一周期内的完整工作模态。针对单级LED驱动系统普遍存在的低载条件下母线电压过高的问题,以母线电容为节点,探究交错并联buck-boost环节与LLC环节的能量耦合关系,分析单级驱动系统母线电压的影响因素,其中详细分析了漏感与励磁电感之比对于母线电压的影响,同时基于所提出的新型分析方法探究了漏感与励磁电感之比所应满足的取值范围,从而得出一套较好的系统参数优化设计方法,理论计算结果证明了该设计方法在输入电压和输出负载变化条件下能够有效降低系统母线电压。本文利用基于扩展描述函数(Extending Description Function,EDF)的分析方法对LLC电路进行分析与系统建模,通过分析建模结果,分析了系统零点、极点分布状态,分别利用模拟器件和数字控制器两种方法,来对系统的动态特性以及稳态特性进行补偿。为进一步降低系统低载情况下的母线电压同时保证较高的系统工作效率,本文采用状态平面轨迹的分析方法,以系统谐振电流和谐振电容两端电压为状态变量,分析了系统不同工作状态以及不同工作轨迹对输出电压的影响。在此基础上提出了低载条件下系统的优化控制策略,保证该条件下,系统仍然具有较低的母线电压以及较高的效率。设计并搭建了一台100W样机并进行实验,实验结果与理论分析及仿真结果一致,所设计样机在额定功率条件下,功率因数为0.995,THD值为5.7%,效率为91.5%。通过分析系统输入电压和输出功率改变时系统母线电压及效率的变化情况,证明了所提出算法的有效性。
【图文】：

LED 能够稳定的发光，不存在频闪现象。-8 所示为额定输出功率条件下系统输入侧电流 3 至 19 次谐标准的对比图，可知其各次谐波数值均远小于相应标准的要HD 为 5.7%，，与前端利用 boost 电路的单级拓扑相比，此时系作在断续模式或者临界模式的基于 boost 电路的单级拓扑。

系统损耗分解图
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 王舒;阮新波;姚凯;叶志红;;无电解电容无频闪的LED驱动电源[J];电工技术学报;2012年04期

2 张斐;许建平;杨平;陈章勇;;两开关伪连续导电模式Buck-Boost功率因数校正变换器[J];中国电机工程学报;2012年09期

3 杨丽徙;李长速;陶红;王连才;;气体放电灯节能途径的研究[J];照明工程学报;2009年02期

本文编号：2568739