【摘要】：隨著節(jié)能減排的提倡以及綠色照明趨勢的發(fā)展,LED照明因其所具有的低能耗,長壽命以及無污染的優(yōu)點,正逐漸成為下一代主流的照明光源。由理論研究基礎可知,LED照明系統(tǒng)的效率不僅與發(fā)光材料有關,同時與驅(qū)動電路有關。LED驅(qū)動電路實現(xiàn)電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換,為LED光源供電,其性能好壞直接影響LED應用產(chǎn)品的功能實現(xiàn)與性能指標。目前,單段線性LED驅(qū)動電源因其結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉的特點,可廣泛適用于中小功率應用。然而,單段線性LED驅(qū)動電源存在系統(tǒng)效率低的固有不足,如何實現(xiàn)單段線性LED驅(qū)動電源的效率優(yōu)化具有現(xiàn)實的研究意義。本文針對單段線性LED驅(qū)動電源,分析其系統(tǒng)效率不足的原因,考慮電流控制方案實現(xiàn)系統(tǒng)效率優(yōu)化。分析在凸形,平形以及凹形三種不同形狀的LED電流下,其各自所對應的系統(tǒng)效率大小關系。通過對三種不同形狀電流的數(shù)學建模以及理論計算后,得出在凹形電流控制下,單段線性LED驅(qū)動電源可實現(xiàn)相對較高的系統(tǒng)效率。與此同時,凹形電流控制下,其功率因數(shù)相對較低。因而電流形狀控制實現(xiàn)效率優(yōu)化的方案實際上是以犧牲功率因數(shù)為代價,是系統(tǒng)效率與功率因數(shù)的折衷。在此基礎上,為獲取最佳的效率優(yōu)化效果,進一步分析凹形電流參數(shù)變化對效率優(yōu)化效果的影響。經(jīng)分析后可知,隨著凹形電流凹曲程度的不斷增大,其效率優(yōu)化效果不斷提高,其功率因數(shù)不斷衰減。為獲取最佳的效率優(yōu)化效果,凹形電流的凹曲程度應取最大值。與此同時,伴隨著凹形電流凹曲程度的不斷增大,凹形電流導通點與關斷點電流不斷增大,凹形電流中間點電流不斷減小,電流變化幅度不斷增大。為避免電流變化所可能引起的頻閃問題,對凹形電流控制方案進一步優(yōu)化,引入切頂形電流控制方案,即將LED導通點與關斷點附近的電流截斷,將LED導通時間劃分為三個區(qū)間,在LED導通點與關斷點附近的工作區(qū)間內(nèi)為平形電流,在中間的工作區(qū)間內(nèi)為凹形電流。其具體的實現(xiàn)的方法是通過參考電壓與LED負端電壓的相對大小來控制電流工作區(qū)間的劃分。所采用的切頂形電流控制方案可視為凹形電流實現(xiàn)效率優(yōu)化與平形電流實現(xiàn)峰值電流優(yōu)化的折衷。其效率優(yōu)化效果隨凹形電流工作區(qū)間的逐漸增大而不斷提高,導通點與關斷點附近的峰值電流隨平形電流工作區(qū)間的逐漸增大而不斷減小。最后,本文設計的控制芯片采用TSMC 0.35μm 5V/650V CMOS/LDMOS工藝,并通過系統(tǒng)仿真,版圖設計并流片,在此基礎上通過輸出規(guī)格為90V/30mA的電路原型進行測試驗證。測試結(jié)果表明:當輸入電壓的范圍為99~121Vac時,功率因數(shù)大于0.7,系統(tǒng)的效率在70%以上,相較于同等條件下的平形電流,本文所設計的切頂形電流控制可實現(xiàn)5%的系統(tǒng)效率優(yōu)化。因此,本文設計的控制芯片在實現(xiàn)單段線性LED驅(qū)動電源效率優(yōu)化中具有良好的應用前景。
【圖文】：

驅(qū)動電源作為目前普遍應用的 LED 驅(qū)動電源中的一種，因其在結(jié)構(gòu)簡單，外率應用中得到廣泛應用。本章中首先介紹 LED 驅(qū)動電源效率優(yōu)化的背景與意 驅(qū)動電源效率優(yōu)化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。最后對本文的設計指標、研究內(nèi)容以景及意義能源危機與溫室效應等問題的日漸嚴重，綠色照明與節(jié)能環(huán)保逐漸成為社會發(fā)能源的高效利用。自第二次工業(yè)革命后，電力逐漸成為最常用，最便捷的能源多種形式利用電能，如照明，電動機等。在這其中，用于照明的電能消耗占據(jù)，，照明電能消耗量達到 5670 億度，占全球電能總消耗量的 19%。最近幾年，及電網(wǎng)工程建設的推進，照明電能消耗量占全球電能總消耗量的比重正逐年增 25%[1]。以美國為例，自 19 世紀 50 年代起，美國年度照明能耗逐年大幅上高照明產(chǎn)品的系統(tǒng)效率將會成為節(jié)能減排的重要實現(xiàn)方式，具有十分重要的意

圖 1.2 中國 LED 照明市場規(guī)模柱狀圖的效率不僅與光源(發(fā)光材料)有關，而且與驅(qū)動電路有關[6]。LED 驅(qū)動電路實 光源供電，其性能好壞直接影響 LED 應用產(chǎn)品的功能實現(xiàn)與性能指標。事實可有效提高照明系統(tǒng)效率。研究現(xiàn)狀 LED 驅(qū)動電源的廣泛應用，在綠色照明，節(jié)能環(huán)保的背景下，針對線性 LED眾多學者的研究對象。諸多專家學者也開展了許多關于如何實現(xiàn)線性 LED 驅(qū)滿足降低功耗，提高效率的應用需求。文獻[7]中提出低壓差線性 LED 驅(qū)動方案，如圖 1.3 所示。在該驅(qū)動方案中利的壓降，從而降低額外功耗，從而提高系統(tǒng)效率。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM923.34;TN402

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本文編號：2588163