照明電源拓撲及其控制技術(shù)研究.pdf

1、自上世紀“綠色照明”的概念提出以來,許多國家紛紛響應(yīng),我國也在1993年啟動了“綠色照明工程”。一個國家現(xiàn)代化水平的高低,可以由其照明的水平以及質(zhì)量來進行衡量。照明電源決定了照明的質(zhì)量和水平,開發(fā)具有高性能、高可靠性、低成本的照明驅(qū)動裝置既是“綠色照明”的要求,也是可持續(xù)發(fā)展的需要。小功率氣體放電燈廣泛應(yīng)用于室內(nèi)照明中,其驅(qū)動裝置電子鎮(zhèn)流器,往往由于工業(yè)中對成本的壓縮限制,使得其可靠性低、性能差,所以研究高性能、高可靠性且兼具成本優(yōu)勢的

2、電子鎮(zhèn)流器是非常必要的。LED本體不斷成熟,在未來很有可能代替小功率氣體放電燈,成為新一代照明光源,但目前為止還沒有成熟的驅(qū)動技術(shù),所以研究LED驅(qū)動裝置也是勢在必行的。
　　本文針對小功率氣體放電燈以及大功率 LED照明系統(tǒng),研究了照明電源中拓撲結(jié)構(gòu)及其控制方法,具體研究內(nèi)容如下:
　　針對半橋LCSCP諧振電路在氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器中的應(yīng)用,提出一種全工作范圍的數(shù)字化控制方案。采用了LCSCP的諧振啟動方式,在控制時考慮

3、了系統(tǒng)無源組件的偏差問題,提出了一種自適應(yīng)的啟動方式,提高了啟動的可靠性,并降低了系統(tǒng)的成本。在過渡階段使用了變給定功率閉環(huán)的控制方法,使過渡更加平穩(wěn),不會產(chǎn)生過大的電流和電壓沖擊。提出一種基于平均有功功率概念的閉環(huán)控制方案,實現(xiàn)了恒功率控制。對于金屬鹵化物燈中常見的聲諧振問題,此處采用低頻調(diào)制的驅(qū)動方式。為驗證所提控制方法,制作了應(yīng)用于投影儀的150W金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器。經(jīng)實驗分析系統(tǒng)能夠可靠啟動,過渡平穩(wěn),穩(wěn)態(tài)時功率恒定且無聲諧

4、振現(xiàn)象發(fā)生,系統(tǒng)整機效率高達93％。
　　準諧振半橋電路可工作在零電壓開通狀態(tài),開關(guān)損耗較小,其工作頻率可高達100kHz以上，較傳統(tǒng)半橋電路具有更高的功率密度。本文針對準諧振半橋電路在小功率氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器中的應(yīng)用,提出了一種數(shù)字化控制方案,包括過渡過程的恒流控制,過渡過程結(jié)束瞬間的功率過沖抑制方法以及功率閉環(huán)控制方法。為驗證所提控制方法,制作了70W樣機。系統(tǒng)可在過渡過程中實現(xiàn)近似恒流控制,同時其功率過沖較小并能實現(xiàn)可靠的

5、功率閉環(huán)控制。
　　單功率級電子鎮(zhèn)流器由于減少了一個功率級,實現(xiàn)了成本的壓縮,并增加了裝置的可靠性,成為研究的一個熱點。本文以單功率級電子鎮(zhèn)流器拓撲為研究對象,詳細分析了單功率級電子鎮(zhèn)流器在小功率氣體放電中的應(yīng)用,總結(jié)了其優(yōu)缺點,在此基礎(chǔ)上提出一種基于Buck電路與半橋電路的單功率級拓撲,仿真驗證了其可行性。在實驗中制作了基于Buck電路與半橋電路的單功率級電子鎮(zhèn)流器樣機。該樣機實現(xiàn)了功率因數(shù)校正,并能為后級負載提供穩(wěn)定輸出。

6、r>　　LED發(fā)展迅速,大有取代氣體放電燈成為新一代照明光源的趨勢,但傳統(tǒng)的三級 LED驅(qū)動裝置成本較高,可靠性較差。本文在單功率級電子鎮(zhèn)流器的研究基礎(chǔ)上，對LED驅(qū)動中單級AC/DC變換器進行了研究,提出了三種單功率級結(jié)構(gòu)。Boost電路由于電感在主回路中、開關(guān)管接地利于驅(qū)動等諸多優(yōu)點廣泛應(yīng)用于功率因數(shù)校正電路中。LLC諧振電路由于其軟開關(guān)特性廣泛應(yīng)用于LED驅(qū)動裝置中。本文提出一種基于交錯并聯(lián)Boost結(jié)構(gòu)與LLC諧振電路相結(jié)合的A

7、C/DC變換器,其母線電壓只略高于輸入峰值電壓,且該結(jié)構(gòu)沒有改變LLC的軟開關(guān)特性,該結(jié)構(gòu)具有低電壓應(yīng)力與軟開關(guān)特性,提升了單級變換器的效率。為拓寬帶載范圍,提出一種基于Buck-boost電路與Flyback電路的單級AC/DC變換器。由于應(yīng)用了Buck-boost電路,其母線電壓可控制在450V以內(nèi),減小了儲能電容的電壓應(yīng)力,由于Flyback變換器的應(yīng)用,其有更寬的負載變化范圍,但其工作在硬開關(guān)狀態(tài),開關(guān)損耗較大。為解決前述變換器