單級高頻AC-AC變換器研究.pdf

1、隨著新型材料的應(yīng)用與封裝工藝的不斷提高,LED(Light Emitting Diode,LED)在光效、壽命、環(huán)保等方面與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明光源相比優(yōu)勢非常明顯,已經(jīng)在LCD背光源、隧道照明、路燈照明等大功率照明領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,在不遠的將來有可能大規(guī)模進入通用照明領(lǐng)域,是極具發(fā)展前景的新一代綠色節(jié)能照明光源。
　　在大功率LED照明應(yīng)用中,絕大多數(shù)是由電網(wǎng)交流電壓直接供電,而LED又需要恒定低壓直流驅(qū)動,必須采用功率變換

2、裝置——LED驅(qū)動電源進行匹配。為減少電力諧波污染,LED驅(qū)動電源需具備功率因數(shù)校正功能;基于人身安全考慮, LED驅(qū)動電源要求輸入輸出電氣隔離;為滿足光輸出總量的要求,LED驅(qū)動電源需對多串LED進行恒流驅(qū)動,因此需實現(xiàn)多路恒流輸出。根據(jù)LED驅(qū)動電源的上述功能要求,本論文提出了一種由高頻AC/AC變換模塊和高頻AC/DC變換模塊構(gòu)成的模塊化多路輸出LED驅(qū)動電源,一個高頻AC/DC變換模塊對一串LED進行恒流驅(qū)動。由于便于實現(xiàn)模塊化

3、設(shè)計,因此可以縮短研發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高維護性、推動標準化,具有較好的應(yīng)用前景。
　　由于高頻AC/DC變換模塊已經(jīng)有相關(guān)文獻對其進行了全面深入研究,因此本論文的主要研究對象是高頻AC/AC變換模塊。在總結(jié)、歸納現(xiàn)有兩級、準單級高頻AC/AC變換器的基礎(chǔ)上,根據(jù)LED驅(qū)動電源負載變化范圍小的特點,借鑒單級PFC(Power Factor Correction,PFC)的研究電路和分析方法,研究單級高頻AC/AC變換器,從而提

4、高效率及可靠性,降低成本。論文的主要研究內(nèi)容及取得的研究成果如下:
　　首先,為了簡化高頻AC/AC變換器的電路結(jié)構(gòu)、降低成本、提高可靠性,本文在現(xiàn)有兩級AC/AC變換器的基礎(chǔ)上,通過詳細的拓撲推演,推導出了單級高頻AC/AC變換器。接著本文將單級高頻AC/AC變換器拆分為功率因數(shù)校正單元和高頻DC/AC變換單元,并對各單元進行了詳細的原理分析,通過對功率因數(shù)校正單元原理分析發(fā)現(xiàn),在滿足一定的條件下,輸入側(cè)自動實現(xiàn)功率因數(shù)大于0.

5、9的性能要求;通過對高頻DC/AC變換單元原理分析發(fā)現(xiàn),通過合理的參數(shù)設(shè)置,可以實現(xiàn)低諧波的高頻交流電壓輸出。
　　其次,本文在原理分析的基礎(chǔ)上,對其參數(shù)設(shè)計方法進行了詳細闡述。為了防止電網(wǎng)側(cè)的諧波污染,本文設(shè)計了輸入濾波器參數(shù);為了滿足性能要求,對主電路參數(shù)進行了詳細設(shè)計;通過電壓電流應(yīng)力分析以及軟開關(guān)工作范圍研究確定了元器件的選取方法。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)實際的性能指標,確定了真實元器件的型號以及電感、高頻變壓器的詳細設(shè)計過程。為

6、了實現(xiàn)其穩(wěn)定工作,對單級高頻AC/AC變換器的閉環(huán)回路進行了補償器設(shè)計和控制驅(qū)動設(shè)計。最后,對單級高頻AC/AC變換器進行了閉環(huán)仿真,仿真結(jié)果驗證了理論設(shè)計的正確性。
　　最后,本論文對單級高頻AC/AC變換器進行了實驗驗證,實驗結(jié)果表明其能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)校正功能、穩(wěn)定高頻交流電輸出以及軟開關(guān)技術(shù),達到了設(shè)計要求;對所提出的模塊化多路恒流輸出LED驅(qū)動電源進行了聯(lián)機實驗,實驗結(jié)果表明其具有很好的恒流輸出能力,并具備良好的動態(tài)性能;