分段式LED驱动电路的性能比较与优化

发布时间：2020-08-08 18:21

【摘要】：LED光源具有许多良好的特性,例如较高的发光效率、较长的使用寿命以及环保等。在AC输入的应用场合中,需要AC-DC LED驱动电路来点亮DC LED。分段式LED驱动电路具有高效率、高功率因数(PF)以及较低的输入电流总谐波失真(THDi)等优点。与传统的开关模式拓扑不同,分段式线性拓扑没有储能电感或电解电容,它们主要由一系列可控电流源组成,使得分段式LED驱动电路拥有较小的电磁干扰(EMI),同时能够实现小体积和低成本地应用。本文首先分别详细地介绍了基于三种LED电流策略的分段式LED驱动电路的原理,给出了它们的理论工作波形和相应的理论公式推导。为了验证三种分段式LED驱动电路的实际效果并进行比较,搭建了3个平均输入功率约为6 W的样机。经过实验,在没有任何输入滤波器时,三个样机在输入电压190 V至240 V的条件下,效率达到81%~86%,功率因数位于0.91~0.97之间。采用正弦和恒流电流策略的分段式LED驱动电路的THDi_(40)位于16.83%~24.84%之间,输入电流绝大部分满足Class-D标准;采用负正弦电流策略的分段式LED驱动电路的THDi_(40)位于29.70%~41.25%之间,在各输入电压等级下,均有5~6处谐波含量超过Class-D标准。此外,依据三个样机的实验结果,对各个样机均做出了损耗分析。其次,本文根据效率、功率因数及输入电流总谐波失真等指标,分析了影响分段式LED驱动电路性能的主要因素。分别从输入电流策略和LED负载组合优选两个角度出发,给出了相应的优化方案。具体包括:将正弦电流策略与负正弦电流策略相结合,应用到分段式LED驱动电路中并根据此电流策略搭建了平均输入功率为6 W的样机。经实验验证,在该电流策略下,样机在宽范围输入电压190 V至240 V的条件下,效率达到81%~86%,功率因数位于0.97~0.98之间,THDi_(40)位于18.16%~22.72%之间,输入电流绝大部分满足Class-D标准,同时减少了样机在宽范围输入电压下时的功率波动;为了保证所选LED负载能使分段式LED驱动电路的性能在宽范围输入电压内能达到或接近最优,同时加快负载优选的速度,提出了一种适用于分段式LED驱动电路的负载优选算法并利用MATLAB设计了基于该种算法的GUI界面。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM923.34
【图文】：

框图,分段式,负载功率,动态调整

1-2 动态调整 LED 负载功率的分段式 LED 驱动电路图 1-3 典型的分段式 LED 驱动电路结构段式 LED 驱动电路的基本思路是将 LED 负载电压阈值才能导通，该电压阈值由该通道的 L

分段式,驱动电路,通道

3图 1-3 典型的分段式 LED 驱动电路结构于图 1-3 的分段式 LED 驱动电路的基本思路是将 LED 负载分为多个通道要达到一定的电压阈值才能导通，该电压阈值由该通道的 LED 颗数和单电压 Vf共同决定。构成主电路中的可控电流源的半导体器件主要有金属氧效应管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)两种，主电路通过这些可控电流ED 负载的电流。随着输入电压 vac的上升，实时检测交流输入电压是否达 LED 负载通道的阈值，从而实现选择性地导通一至多个通道的 LED 负载分段式线性拓扑和输入电流控制策略，将输入电流塑造成不同的形态，当道的 LED 颗数选取适当时，可以达到良好的性能指标。现有的研究中，为了使得分段式 LED 驱动电路得到高 PF 和低 THDi 的应

拓扑结构图,分段式,拓扑结构,浙江工业大学

图2-1分段式LED驱动电路的拓扑结构

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