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有源纹波补偿降压型LED驱动电源

作　者: 王官涛
导　师: 唐治德
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 发光二极管照明电解电容有源纹波补偿改进型峰值电流控制模式
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 3次
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内容摘要

随着半导体材料氮化镓的技术突破和大功率白光发光二极管(light-emitting diode,LED)的问世,LED开始进入照明领域,具有广阔的发展前景。LED驱动电源的可靠性和纹波特性受到国内外学者的关注。纹波电流对LED的发光效率和半衰期有较大影响,驱动电源的可靠性是制约LED灯具寿命的“短板”。目前,研究报道主要局限于开关电源驱动,电源的纹波特性和可靠性均与大容量的电解电容相关。开关电源普遍采用电解电容滤波,因电解电容自身因素导致输出纹波残留、并且会影响驱动电源的体积和整体布局,更严重的是电解电容限制了LED驱动电源的可靠性。因此,采用无电解电容的新型电路拓扑结构或采用新型电容替代电解电容,提高驱动电源的可靠性,对于发展LED照明事业具有重大意义。针对以上问题,本文提出将开关电源与线性电源结合,充分利用各自的优势,构成纹波电流小、效率高的LED驱动电源:利用开关电源实现高效率的能量变换,同时利用线性电源抑制电路输出纹波来替代电解电容滤波。该类融合型电源的输出纹波小,无大容量电解电容,小型电容可以采用可靠性高的聚酯电容等容性元件,因此提高了驱动电源的可靠性。主要进行了以下几个方面的研究:1.分析了传统Buck电路的结构以及工作原理,研究了电路输出电压纹波的决定因素,总结了降低纹波的几种方法,并且分析了影响电解电容性能的几个主要因素。2.提出了有源纹波补偿降压(Buck)型LED驱动电路的新型拓扑。介绍了电路的结构组成以及工作原理,设计了电感纹波电流检测与补偿电路,建立了该电路的小信号模型,并且通过分析得到了输出电流与输入电压和占空比的传递函数。讨论了在补偿电路上的损耗,计算了电路的输出效率,可以通过提高电路占空比或者采用辅助电源的形式来提高输出效率。3.针对LED正向电压的负温度效应,提出了将传统峰值电流控制模式的输出电压反馈改进为输出电流反馈的改进型峰值电流控制模式,并且设计了改进型峰值电流模式控制的有源纹波补偿Buck型LED驱动电源。分析了电路工作于大占空比状态时的电感电流振荡及斜坡补偿,推导了输入电压扰动对电感电流的前馈特性,得到了改进型峰值电流控制模式的传递函数结构框图,最后结合功率级电路建立了整体电路的传递函数结构框图。4.利用仿真软件对所设计的电源进行了原理仿真,验证了电路拓扑的可行性和控制方法的有效性。最后设计了相应的电路实验,得到的实验结果与理论分析和仿真结果一致。仿真和实验结果均表明,采用有源纹波补偿电路可以将电感纹波电流完全补偿,使得电路输出电流为直流。改进型峰值电流模式控制的有源纹波补偿Buck型LED驱动电源无需使用大容量电解电容,并且纹波电流检测与补偿电路可与控制电路、开关管集成一体,可以避免因电解电容导致的驱动电源高故障率,并且输出电流不含有纹波是大功率LED的理想电源,对于发展LED照明事业具有深远的意义。

有源纹波补偿降压型LED驱动电源

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