智能控制及在电力系统中的应用

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1、智能控制及其在电力系统中的应用课程名称智能控制及其在电力系统中的应用专业电气工程研究生姓名学号任课教师姓名2017年6月26日高光效可独立调光的LED均流电路一、研究背景LED光源具有光效高和寿命长的特点，因此被广泛应用在家用、商业和工业等领域[1]。目前市场上大部分LED光源的单片封装功率为1~3W，这是由于大功率的单片封装难以解决其散热问题。因此，在大部分照明场合，如液晶背光源，街灯及普通照明等，需要同时使用多个LED光源才能满足照明强度要求，并且多个LED光源同时工作时，必须满足亮度均匀。而LED的输出光频谱、发光效率与LED的驱动电流直接相关，为满足亮度均匀要求

2、，需保证流过每只LED的电流相等。最简单的方法是将多个LED灯串联连接，但串联连接的可靠性低，当任意一灯损坏时，整个LED支路无法工作，且串联个数有限，LED支路电压通常为几十伏，不超过安全电压限值。因此，大部分LED照明采用LED串并联相结合的方式。LED是半导体器件，其伏安特性符合指数关系，即电压的微小变化会造成电流的显著变化。LED导通电压除了受驱动电流影响，还受工作温度、时间及个体差异的影响。当多个LED支路并联于同一电压源时，由于导通电压存在差异，每个LED支路中的电流并不完全相等，电流大的支路的LED灯易发生光衰、老化加速甚至熄灭，降低了LED灯的寿命和可靠

3、性。二、LED的特性简介目前LED的单片封装的功率一般是1-3W，大部分LED照明灯具采用LED串并联相结合的方式，驱动方式采用恒流驱动方式，必须保证流过每只LED的电流相等来满足照明亮度均匀。LED是半导体器件，其伏安特性符合指数关系，电压的微小变化会造成电流的显著变化。6虽然单颗LED的功率不断提高，但在上述大功率LED照明领域，仍需采用多颗LED串联、并联或串并联组合。基于下述原因，LED宜采用恒流驱动已形成共识：1）LED的光通量、亮度等光度学指标与流过LED的平均电流基本呈线性关系；2）LED的正向电压与正向电流呈指数关系，很小的电压波动会导致电流出现较大波动

4、；3）由于LED制造等的分散性，在正向电流相同的条件下，正向电压存在较大差异，甚至达到30%以上。LED串联可保证流过每个LED的正向电流相等，但太多的LED串联导致其驱动电压过高、可靠性降低，LED导通电压除了受驱动电流影响，还受工作温度、时间及个体差异的影响。当多个LED支路并联于同一电压源时，由于导通电压存在差异，每个LED支路中的电流并不完全相等，电流大的支路的LED灯易发生光衰、老化加速甚至熄灭，降低了LED灯的寿命和可靠性。图1LED伏安特性曲线三、研究现状为了解决不均流问题，可给每个LED支路提供独立的电压源，每条支路电流由单独的变换器控制，电压源幅值等于

5、LED导通压降，由LED电流和LED本身的特性决定，支路间互不影响，保证电流一致性。但该方法结构复杂，每个LED支路需要独立的电流控制和驱动电路，增加了成本。为简化均流电路结构，可采用自均流的电路拓扑来驱动LED。如：利用输出整流前的交流电流正负半周的电流相等的原理，自动实现均流。然而，这种方法需要将开关周期变为原来的两倍，增大了滤波器。另外，根据电磁耦合理论，采用耦合电感或变压器可实现电流自动均衡。但耦合元件的寄生参数影响了控制精度，且随着LED支路的增加，耦合电感的个数及电路的复杂程度呈指数倍增加。从功率变换结构上看，采用同一个电压源供电的结构是最简单的，但一个公共

6、电压无法匹配不同压降的LED支路，因此需要额外的器件来吸收电压源与LED导通压降间的差异。在LED支路上串联电容，当每条支路的电容阻抗远大于该支路所有LED灯的等效内阻之和时，电流可实现自动平衡。由于引入电容会增加无功功率，因此需要选用电流应力更大的功率器件。在线性调制器的基础上加入6了一种自适应的控制方法，自适应调整LED支路电压，减小线性电流调制器上的压降，从而减小其损耗。为进一步减小损耗，可以将线性调节器控制为开关模式，即采用PWM控制，通过调整每条支路开关器件的占空比，可以方便的实现电流平衡，该方式也被广泛应用于LED调光场合。然而，LED的发光效率与LED导通

7、电流有关，只考虑平均电流的PWM均流控制没有考虑其对LED发光效率的影响。为提高LED灯的发光效率，本文介绍一种最小导通电流幅值反馈的PWM均流策略，在脉宽调制(PWM)均流的基础上，通过最小电流幅值反馈，调整LED支路供电电压的大小，使得LED并联支路中存在至少一条支路的均流占空比为1，其他支路的占空比尽可能大，提高LED光源的发光效率。另外，此电路在不增加额外电路和控制的基础上，可同时精确调光。四、PWM均流下的LED发光效率优化PWM均流的核心思想是通过调节每条支路的占空比使得其平均电流相等，如图所示，N条LED支路并联连接于同一电