一种延长LED发光系统寿命的波形控制方法.pdf

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1、第48卷第3期华中师范大学学报(自然科学版)Vo【．48No．32014年6月J0URNAL0FHUAZH0NGNoRMALUNIVERSITY(Nat．Sci．)Jun．2014文章编号：1000—1190(2014)03—0348—06一种延长LED发光系统寿命的波形控制方法王浩然，朱国荣，肖程元，陈伟(武汉理工大学自动化学院，武汉430070)摘要：LED发光系统中直流侧存在两倍于输入电压频率的脉动功率，通常采用大容量电解电容抑制脉动功率．然而，电解电容由于工作寿命短，性能不稳定等劣势严重影响了LED发光系统的使用寿命．针

2、对LED高功率因数整流系统中低频纹波的抑制，本文采用差分输入整流系统，提出一种实现无电解电容，直流侧无低频纹波的高功率因数整流的有源控制方法——波形控制法．该方法通过分别控制两支差分电容电压的方式将脉动功率控制在交流侧，有效抑制了LED整流系统直流侧低频电流纹波．该方法在不增加硬件成本的条件下，仅通过优化控制策略，保证单位功率因数的同时有效抑制了LED发光系统输出低频电流纹波，实现了无电解电容LED发光系统，从而延长了系统寿命．本文对波形控制方法进行了详细的理论分析，并选取合适的设计参数，通过仿真验证了所提出方法的有效性和可行性

3、．该方法可以推广到级联变换器问的解耦研究和应用．关键词：无电解电容；低频脉动功率；单位功率因数整流；波形控制方法；解耦中图分类号：TN312．8文献标识码：A发光二极管(LightEmittingDiode，LED)以大，影响了驱动电源功率密度的进一步提高_l4]．在其节能、环保、高效、长寿命等诸多优点，成为新一单位功率因数变换器中，为了去除LED驱动电源代的绿色照明光源．随着LED照明技术的日益成中的电解电容，目前主要有3种方法，其一是通过熟，它将被广泛应用于各个领域，并成为照明光源其他储能元件控制纹波功率。]，当输入功率低于

4、的首选．制造高效率、高功率因数、长寿命的驱动电输出功率时，储能元件释放能量对输出端进行补源是保证LED发光品质及整体性能的关键口]．在偿；当输入功率高于输出功率时，将多余的能量储市电输入的日常照明场合，常采用的驱动电源架存在储能元件中．这些方案虽然省去了电锯电容，构，分为适配器和驱动器两部分．适配器的功能是但是增加了额外的功率转换器，系统拓扑结构复实现输入功率因数校正(PowerFactorCorrection，杂，效率降低，系统体积、重量、成本都将增大．其PFC)和交流一直流转换(AC／DC)，为后级LED驱二是采用降低输入功

5、率因数的方法_8]，在输入动器提供稳定电压．驱动器由LED专门驱动芯片电流中注入适量的低次谐波以降低输出电流峰组成，为LED提供恒定的工作电流．两级式LED均比，此方法虽然可以降低部分电解电容的容驱动电源可以较好的保证LED的发光品质，但是值，但存在有两个不足，一是降低了输入功率因存在器件多、体积大、寿命短等缺点lL2]．数(降为0．9左右)，其次是提供给LED的工作电假设PFC变换器输入功率因数为1，则输入流是脉动的，不是恒定电流，会产生频闪现象．另电流是与输入电压同频同相的正弦波．此时输入功一种方法是输出脉动电流的方法l1，

6、直接为LED率是正弦平方形式，要实现恒压输出，即输出功率提供与输入整流后电压同相位的脉动电流，在实恒定，需要采用容值较大的电解电容实现输入、输现PFC的同时，去除了电路中的电解电容，大大出功率的平衡“。]．电解电容的寿命与LED的工作提高了LED驱动电源的寿命．但是，由于没有电寿命相差甚远，因此电解电容成为影响LED驱动解电容，驱动电流中含有两倍低频脉动功率，会电源整体寿命的主要因素．而且，电解电容体积较产生频闪现象．收稿日期：2013—11-29．基金项目：国家自然科学基金项目(51107092)；中国博士后科学基金项目(20

7、12M511693)；武汉理工大学自主创新研究基金项目(135211001)．*E-mail：eehaoran@foxmail．corn．第3期王浩然等：一种延长LED发光系统寿命的波形控制方法349为了克服上述两级式LED驱动电源因使用电压，即为输入侧峰值为V⋯的交流正弦电压．解电容而不能与LED的长寿命相配的严重缺陷，假设LED差分输入整流器工作在单位功率因本文提出一种基于差分输入整流系统_11]的波形控数状态下，则输入侧交流正弦电流为制方法，实现不增加硬件成本，不使用电解电容、自i一sin(~)，(4)动实现功率因数校正而

8、得到高输人功率因数的无电式中，为输入正弦交流电流峰值．解电容的高功率因数LED恒流驱动电源．并且通过因此可以得到，输入功率P为仿真验证理论分析的正确性．这种LED发光系统的1P。一寺I(1一cos(2a~))．(5)无电解电容高单位功率因数整流有助于保证电能质厶