堆叠输出Buck型高功率因数大功率LED驱动器研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fh2029
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LED以其光效高,寿命长,环保等优点,成为了新一代绿色照明光源。由于电网是交流的,而LED灯需要直流电流驱动,因此需要使用AC-DC变流器来实现交直流的转换。为了防止AC-DC变流器的输入电流谐波对电网造成污染,LED驱动器通常使用有源功率因数校正技术来实现输入电流谐波的抑制。  现有AC-DC LED驱动器一般通过变压器实现输入与输出之间的电气隔离,提高安全性,但会牺牲效率和成本。在室内照明领域比如高顶灯和吊灯,电气隔离不是必需的。因此在这些应用领域中非隔离型AC-DC LED驱动器具有高效率和低成本的优势。传统Boost功率因数校正拓扑具有输入功率因数高、THD低的优点,但输出电压高,LED灯串的最低压降受到限制。Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta拓扑开关电压应力高,效率优化相对困难。Buck拓扑具有开关电压应力低、输出电压相对较低等优点,但是由于Buck的输出电压直接影响交流输入电流的死区时间,因此高输出电压时很难通过ClassC的谐波标准。  本文针对现有Buck拓扑的不足,在传统Buck电感上增加一个耦合绕组,并将绕组整流滤波后的直流电压堆叠到原输出电压构成新的输出,从而获得更高的输出电压。该方法消除了总输出电压对交流侧电流死区时间的影响,实现了输出电压与输入电流导通角的解耦。文中分析了该拓扑的工作模态,给出了关键参数的设计流程与取值范围,并搭建了实验样机。实验结果验证了理论分析。  由于该拓扑需要两个串联的输出大电容,成本高,体积大。进一步将输出侧串联电容减小,从而可以用低成本的薄膜电容替代,同时增加一个并联在总输出侧的大电容,减少输出侧的纹波。输出侧串联薄膜电容后在体积、成本上有显著的改善,并且该拓扑依然能达到较高的效率、较低的谐波含量和较高的功率因数。  为了获得恒定LED驱动电流,拓扑采用输出电流光耦隔离反馈来实现恒流输出,增加了系统控制的复杂度和成本。为了进一步降低成本,提出了适用该堆叠输出的Buck型高功率因数拓扑的开关电流反馈变导通时间控制策略,消除了光耦及输出电流反馈的控制电路,简化了系统。实验结果表明该控制系统能实现比较好的恒流精度,并且有助于电路效率的提升及电能质量的优化。
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