一种无电解电容和高功率密度LCC谐振LED驱动电路的研究

来源 :福州大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:littleshrimp1
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发光二极管(LED)具有节能环保、体积小、寿命长、高光效等众多优点,被称为第四代绿色电光源,在能源日益紧缺的今天,LED绿色环保的优势尤为明显。由于LED本质上是单向发光二极管,需要专门的直流恒流源作为供电电源。为了平衡脉动的输入功率与恒定的输出功率之间的差值,传统的LED驱动器通常用容量较大的电解电容作为储能元件。但是电解电容的寿命受温度影响,仅为LED灯寿命的十分之一左右,不能发挥LED长寿命的优点。而高功率密度LED驱动电路具有高效率、低成本和体积小的优势,因此研究无电解电容和高功率密度软开关LED驱动电路具有理论价值和重要意义。论文总结了现有无电解电容LED驱动电路,综合考虑了 PF、效率、可靠性等因素,选用了 BCM模式下的Boost电路作为前级功率因数校正拓扑。本文根据储能电容在Boost PFC电路中的作用,深入推导了储能电容容量与电容电压平均值、最大值、最小值的关系,分析了保证Boost电路正常工作所需要的最小容量。从该容量出发,用容量更小寿命更长的薄膜电容代替传统LED驱动器中的电解电容,从而实现无电解电容。针对该类电路启机灯闪的问题,本文提出了一种无电解电容LED驱动电路的启机电压控制环切环的控制方案,同时实现了启机时较快的响应速度和稳态工作时的高功率因数。此外,为实现LED驱动电路的高功率密度和高效率,本文后级采用LCC DC-DC变换电路,详细分析了 LCC电路的工作原理和工作特性,进行了面向LED灯负载的LCC电路主要参数设计。为了提高电路的功率密度,本文提出了一种新型大漏感的田字形变压器设计方案,将LCC拓扑中的谐振电感用漏感替代,详细对比分析了分立磁件和集成磁件电路的工作特性,并进行了实验验证。论文设计了一台150W恒流输出3.85A的无电解LED驱动电源样机,输入电压有效值范围为90Vac-rms~305Vac-rms,在全负载范围下THD均小于20%、PF均大于0.9,符合IEC1000-3-2 Class C谐波标准。在220Vac-rms输入、满载输出稳态情况下THD小于5%,PF大于0.985,整机效率高于91%,验证了理论分析预期。
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