照明电源拓扑及其控制技术研究

1、照明电源拓扑及其控制技术研究自上世纪 “绿色照明” 的概念提出以来， 许多国家纷纷响应， 我国也在 1993年启动了“绿色照明工程” 。一个国家现代化水平的高低，可以由其照明的水平以及质量来进行衡量。照明电源决定了照明的质量和水平，开发具有高性能、 高可靠性、低成本的照明驱动装置既是“绿色照明”的要求，也是可持续发展的需要。小功率气体放电灯广泛应用于室内照明中， 其驱动装置电子镇流器， 往往由于工业中对成本的压缩限制，使得其可靠性低、性能差，所以研究高性能、高可靠性且兼具成本优势的电子镇流器是非常必要的。LED本体不断成熟，在未来很有可能代替小功率气体放电灯，成为新一代照明光源，但目前为止还没

2、有成熟的驱动技术，所以研究 LED驱动装置也是势在必行的。本文针对小功率气体放电灯以及大功率LED照明系统，研究了照明电源中拓扑结构及其控制方法， 具体研究内容如下： 针对半桥 LCSCP谐振电路在气体放电灯电子镇流器中的应用，提出一种全工作范围的数字化控制方案。采用了 LCSCP的谐振启动方式，在控制时考虑了系统无源组件的偏差问题，提出了一种自适应的启动方式，提高了启动的可靠性， 并降低了系统的成本。 在过渡阶段使用了变给定功率闭环的控制方法，使过渡更加平稳， 不会产生过大的电流和电压冲击。提出一种基于平均有功功率概念的闭环控制方案，实现了恒功率控制。 对于金属卤化物灯中常见的声谐振问题，此

3、处采用低频调制的驱动方式。为验证所提控制方法，制作了应用于投影仪的150W金属卤化物灯电子镇流器。经实验分析系统能够可靠启动，过渡平稳，稳态时功率恒定且无声谐振现象发生，系统整机效率高达93%。准谐振半桥电路可工作在零电压开通状态，开关损耗较小，其工作频率可高达 100kHz 以上，较传统半桥电路具有更高的功率密度。本文针对准谐振半桥电路在小功率气体放电灯电子镇流器中的应用， 提出了一种数字化控制方案， 包括过渡过程的恒流控制， 过渡过程结束瞬间的功率过冲抑制方法以及功率闭环控制方法。为验证所提控制方法， 制作了 70W样机。系统可在过渡过程中实现近似恒流控制，同时其功率过冲较小并能实现可靠的

4、功率闭环控制。单功率级电子镇流器由于减少了一个功率级， 实现了成本的压缩， 并增加了装置的可靠性， 成为研究的一个热点。 本文以单功率级电子镇流器拓扑为研究对象，详细分析了单功率级电子镇流器在小功率气体放电中的应用， 总结了其优缺点，在此基础上提出一种基于 Buck 电路与半桥电路的单功率级拓扑，仿真验证了其可行性。在实验中制作了基于 Buck 电路与半桥电路的单功率级电子镇流器样机。该样机实现了功率因数校正，并能为后级负载提供稳定输出。LED发展迅速，大有取代气体放电灯成为新一代照明光源的趋势，但传统的三级 LED驱动装置成本较高， 可靠性较差。本文在单功率级电子镇流器的研究基础上，对 LE

5、D驱动中单级 AC/DC变换器进行了研究，提出了三种单功率级结构。Boost 电路由于电感在主回路中、 开关管接地利于驱动等诸多优点广泛应用于功率因数校正电路中。 LLC谐振电路由于其软开关特性广泛应用于 LED驱动装置中。本文提出一种基于交错并联Boost 结构与 LLC谐振电路相结合的 AC/DC变换器，其母线电压只略高于输入峰值电压，且该结构没有改变LLC的软开关特性，该结构具有低电压应力与软开关特性，提升了单级变换器的效率。 为拓宽带载范围，提出一种基于Buck-boost 电路与 Flyback 电路的单级 AC/DC变换器。由于应用了 Buck-boost 电路，其母线电压可控制在450V以内，减小了储能电容的电压应力， 由于 Flyback 变换器的应用， 其有更宽的负载变化范围，但其工作在硬开关状态， 开关损耗较大。 为解决前述变换器开关损耗较大的问题，提出一种基于 Sepic 电路与 Flyback 电路的单级 AC/