一种基于直流母线的大功率LED驱动电源的研究与设计

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LED由于具有发光效率高、体积小、重量轻、使用安全、寿命长等优点,是一种理想的照明光源。但在LED照明的推广应用中,仍然存在问题需要解决。其中由LED驱动电源中电解电容引起的驱动电源寿命与LED寿命不匹配问题,导致难以发挥LED长寿命的优势。虽然国内外学者提出了相关的无电解电容驱动方案,但是因电源的复杂度大,成本高,效率低,体积大等缺点,限制了LED照明的推广。针对这个问题,本文重点研究一种应用于路灯、隧道等照明场合的长寿命高可靠LED供电系统——直流母线分布式LED驱动电源系统。其前级由三相整流电路整流得到直流母线,后级由大量的分布式DC/DC变换器分别为各LED灯具提供所需电流。本系统最大优势在于消除电解电容引起的电源与LED灯寿命不匹配问题,同时简化驱动电源的结构,降低电源成本,有助于LED照明的推广与发展。  本系统应用于大功率的照明场合:如隧道、路灯、大型超市、广场照明等。基于其应用背景,论文的主要研究内容如下:  首先,针对直流母线分布式LED驱动电源系统的前级电路,分析了常见的三相有源PFC电路及多脉波整流电路的特点,并根据直流母线电压性能的需求,提出由无源不可控十二脉波整流电路作为直流母线分布式LED驱动电源系统的前级三相整流电路,因其不含有源器件,无电解电容。故可靠性高、寿命长。并对十二脉波整流电路原理、性能进行分析及实验验证。  然后,针对后级DC/DC变换器高可靠、低成本、多路恒流输出等要求,提出基于均流变压器的4路输出反激变换器作为LED驱动电源的主电路拓扑。具体分析了电路的均流原理,各工作模态能量传递过程,采用辅助绕组检测输出电压控制频率,原边绕组控制电流峰值实现输出恒流。由于无需光耦器件可以简化电路,节约成本及PCB空间。并搭建了无电解电容的120W恒流驱动电源样机进行实验验证。  最后,针对后级DC/DC变换器发热加剧LED光衰的问题,利用谐振变换器易实现高效率的优点。提出基于LCL-T半桥谐振变换器作为驱动电源主电路拓扑,分析了LCL-T变换器的工作过程及性能,并且基于谐振网络最小视在功率对其进行优化设计,制作了一台10W的LED驱动电源样机证明了理论分析的正确性。
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