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LED具有光效高、寿命长、响应速度快等诸多优点,已经广泛应用于汽车照明、室内照明以及背光照明等领域。LED驱动电源的性能直接决定了LED的照明质量。因此,LED驱动电源应兼具低成本、高可靠性、高效率等优点。为进一步改善LED驱动电源的输入和输出特性,本文主要研究内容如下:首先,本文将功率因数校正单元(Power Factor Correction,PFC)与后级直流变换器单元(Direct Current-Direct Current,DC-DC)的功率开关管复合,构成单级复合结构,改善LED驱动系统的输入特性并降低系统的成本。为此,本文分析了单级复合结构开关器件复合机理,总结提炼了其复合规则。在中小功率LED驱动系统中,Flyback变换器常作为LED驱动电源的主结构,本文基于Flyback变换器,完善了其单级复合结构复合规则,解决了开关器件源极浮地的问题,降低了驱动电路设计难度,为不同LED照明应用方案选择提供理论依据。其次,本文将准谐振和原边控制算法相结合,应用在单级复合LED驱动系统中,进一步提高基于Flyback变换器的单级复合结构的效率及可靠性。为此,本文提出了限定谐振工作周期的准谐振控制方法,提高了系统轻载条件下的工作性能,拓展了系统软开关工作范围,降低了系统的开关损耗,提高了系统效率。原边控制技术能够有效提高系统可靠性,但是传统控制方式准确性低,为了提高原边控制的精度,设计了信号相移识别电路和镜像补偿采样保持电路,提高了副边二极管导通时间和峰值电流的检测精度,改善传统原边控制方式准确性低的不足。本文搭建了Buck-Boost-Flyback单级复合开关拓扑结构实验平台,实验验证了准谐振原边控制技术的有效性。再次,本文提出了基于Class E谐振变换器的交直流高效率LED驱动方案。因为Flyback变换器需要额外的功率器件才能够实现开关管零电压开通,无法满足大功率照明系统低成本、高效率的应用需求。Class E谐振变换器能够实现零电压开通,并且只有一个功率开关管成本较低。但是,不合适的前级PFC单元及调制控制技术,使系统工作于硬开关状态。为此,本文研究了谐振变换器软开关复合结构及调制控制技术,提出一种基于Flyback-Class E变换器的ZVS型单级复合结构,相比于Buck-Boost-Class E单级复合LED驱动电源系统,提出的复合结构能够获得更高的系统效率。同时,提出了优化的PWM调制控制技术,拓展了系统的软开关工作范围。最后,本文提出了基于Class E谐振变换器的单级复合LED驱动系统的优化原边控制方法,进一步提高系统可靠性。通过检测谐振电流峰值及电压相移,实现了对输出负载电流的检测。与传统谐振变换器采用恒压控制的原边控制方式不同,本文实现了对输出电流的恒流控制。为进一步提高原边控制的精度,采用卡尔曼滤波迭代算法,优化谐振电流正弦性。同时应用扩展描述函数(Extended Describing Functions,EDFs)方法,建立了提出的单级复合结构的小信号模型,提高了系统的动态性能。搭建了Flyback-Class E单级复合拓扑结构实验平台,验证了原边控制算法的可行性。单级复合开关LED驱动电源拓扑及其控制技术的完善提高,保证了照明系统高效可靠运行,促进了LED固态光源广泛应用,对实现绿色照明具有重要意义。