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一種基于Buck-boost級聯(lián)二次型Buck拓?fù)涞腖ED驅(qū)動(dòng)電源

2018年電子技術(shù)應(yīng)用第1期

廖志凌，劉康，丁蔓菁，吳超，姜宇珺

江蘇大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212001

摘要： 提出了一種新型的LED驅(qū)動(dòng)電源，分析了其工作原理和工作特性。主電路拓?fù)浠诙涡虰uck和Buck-boost變換器，通過級聯(lián)，共用一個(gè)開關(guān)管，簡化了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，降低了控制成本。采用兩級式級聯(lián)結(jié)構(gòu)，消除了原二次型Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸入電流過零死區(qū)問題,進(jìn)一步提高了功率因數(shù)，改善了輸入電流的總諧波失真（Total Harmonic Distortion, THD）。同時(shí)，開關(guān)管的占空比工作在更合理的區(qū)域。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。

關(guān)鍵詞： LED驅(qū)動(dòng)電源 buck-boost 二次型Buck 過零死區(qū)

中圖分類號： TN86
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.170585
中文引用格式： 廖志凌，劉康，丁蔓菁，等. 一種基于Buck-boost級聯(lián)二次型Buck拓?fù)涞腖ED驅(qū)動(dòng)電源[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2018，44(1)：143-146.
英文引用格式： Liao Zhiling，Liu Kang，Ding Manjing，et al. A LED driving power supply based on buck-boost cascade quadtype buck topology[J]. Application of Electronic Technique，2018，44(1)：143-146.

A LED driving power supply based on buck-boost cascade quadtype buck topology

Liao Zhiling，Liu Kang，Ding Manjing，Wu Chao，Jiang Yujun

Electrical and Information Engineering College，Jiangsu University，Zhenjiang 212001，China

Abstract： A novel LED driver is proposed and analyzed in this paper. The main circuit topology is based on a quadratic buck and a buck-boost. They share a switch through cascading, simplifying the topology and control strategy, reducing the cost of the control circuit. Using two-stage cascade structure, the input current dead-time problem of the original quadratic buck topology is eliminate. It improves the power factor and the input current THD. At the same time, the duty cycle of the switch operates in a more reasonable area. Finally, the correctness of the theoretical analysis is verified by experiments.

Key words : LED driver circuit；buck-boost；quadratic buck；input current dead-time

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)在生活生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛發(fā)展，比如普通照明、醫(yī)療、交通等。因?yàn)長ED是電流型器件，LED發(fā)出的光品質(zhì)是由流經(jīng)LED的電流大小和波動(dòng)情況決定的，所以發(fā)展LED照明的關(guān)鍵在于其驅(qū)動(dòng)器的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)^[1-2]。

如今LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)日益成熟，總體可分為單級式和兩級式。單級式LED驅(qū)動(dòng)電源拓?fù)浒˙uck、Buck-boost、Fly-back等，結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，成本較低，但是其功率因數(shù)較低，輸出電流紋波較大，影響LED的發(fā)光品質(zhì)。兩級式LED驅(qū)動(dòng)電源拓?fù)浞譃榍凹壒β室驍?shù)校正(Power Factor Correction，PFC)模塊和后級DC-DC模塊。結(jié)構(gòu)較單級式更為復(fù)雜，控制策略也更為繁瑣，相對成本就更高，而其優(yōu)點(diǎn)是功率因數(shù)會比較高，且輸出電流紋波比較低，在交流供電場合，更能滿足IEC 61000-3-2的諧波要求^[3-8]。

文獻(xiàn)[9]提出了一種基于二次型Buck無頻閃無變壓器的LED驅(qū)動(dòng)電源，具有較高的功率因數(shù)，降低了輸出紋波。但是其輸入電流存在過零死區(qū)的問題，影響其總諧波失真（Total Harmonic Distortion，THD）。

本文提出一種新型的的基于Buck-boost級聯(lián)二次型Buck拓?fù)涞腖ED驅(qū)動(dòng)電源，在二次型Buck拓?fù)涞幕A(chǔ)上，級聯(lián)了一個(gè)Buck-boost變換器，消除了輸入電流過零死區(qū)，改善了其THD，進(jìn)一步提高了電源的功率因數(shù)。同時(shí)，采用兩級式級聯(lián)結(jié)構(gòu)，降低了二極管的電壓應(yīng)力，使開關(guān)管的占空比工作在更合理的區(qū)域。

1 主電路拓?fù)涞墓ぷ髟?/strong>

如圖1所示為基于Buck-boost級聯(lián)二次型Buck拓?fù)涞腖ED驅(qū)動(dòng)電源的主電路拓?fù)鋱D。此拓?fù)溆梢粋€(gè)Buck-boost拓?fù)浜鸵粋€(gè)二次型Buck拓?fù)浼壜?lián)而成，共用一個(gè)開關(guān)管Q。Buck-boost拓?fù)浒ㄩ_關(guān)管Q、電感L₁、電容C₁、二極管D₂和二極管D₃，二次型Buck拓?fù)浒ㄩ_關(guān)管Q、二極管D₄、D₅、D₆、D₇、電感L₂、L₃和電容C₂、C_o。當(dāng)電感L₁和L₂工作在電感斷續(xù)模式(Discontinuous Conduction mode，DCM)下，電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)PFC。為了使電源效率更高，使電感L₃工作在臨界連續(xù)模式(Critical Conduction Mode，CRM)下。

為了簡化分析，在本文中，假設(shè)：

(1)所有的開關(guān)管、二極管、電感和電容均為理想元件。

(2)開關(guān)頻率f_S遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率f_L。

(3)在開關(guān)周期內(nèi)，電容電壓為恒定值。

經(jīng)過分析，變換器可分為開關(guān)管Q導(dǎo)通和關(guān)斷的兩個(gè)主要工作模態(tài)，變換器的主要工作模態(tài)等效電路如圖2所示，驅(qū)動(dòng)電源主要波形如圖3所示。

(2)關(guān)斷模態(tài)：如圖2(b)所示，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),二極管D₃、D₅、D₇導(dǎo)通，電感L₁上的電流通過二極管D₃續(xù)流，并向電容C₁放電，電感L₂上的電流通過二極管D₄續(xù)流，并向電容C₂放電，電感L₃上的電流通過二極管D₇續(xù)流，并向電容C_o和負(fù)載放電。即電感電流峰值與續(xù)流時(shí)間的關(guān)系分別為：

其中，分別為電感電流的續(xù)流時(shí)間。

由于電感L₃工作在CRM模式下，電感電流與輸出電流Io的關(guān)系為：

2 LED驅(qū)動(dòng)電源工作特性分析

2.1 占空比D的分析

經(jīng)過分析可得，理想情況下，驅(qū)動(dòng)電源的電壓傳輸比為：

根據(jù)式(11)作圖4可得，與傳統(tǒng)的二次型Buck拓?fù)湎啾?，在相同的電壓傳輸比的情況下，本文提出的電路拓?fù)淠茉诟鼮槔硐氲恼伎毡鹊臈l件下工作，提高了電源穩(wěn)定性和電源效率。

2.2 電容C1、C2的特性分析

2.3 電感L₁、L₂、L₃的工作特性分析

由于電感L3工作在CRM模式下，根據(jù)式(10)和式(16)可得：

取電感L₂=400 μH，經(jīng)計(jì)算分析，電感L₁，L₂的取值滿足式(22)和式(23)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證理論分析的正確性，設(shè)計(jì)了功率為32 W的LED驅(qū)動(dòng)電源，輸入電壓為220 V，頻率為50 Hz的交流電，輸出為電流1.6 A，電壓20 V的直流電，取開關(guān)頻率為30 kHz，電感比值具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)取值如表1。

由圖6可知，輸入電流i_in與輸入電壓u_in基本保持同相位，且消除了原二次型Buck變換器輸入電流存在過零死區(qū)的問題，極大的改善了輸入電流的THD，PF值高達(dá)97.7%。輸出電流I_o基本為一直線，極大地降低了紋波，消除了頻閃。

根據(jù)變換器的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，由式(15)和式(16)可得≈137 V，≈273 V，從圖7可以看出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析保持一致。

由圖8分析可得，電感L₁、L₂工作在DCM模式下，電感L₃工作在CRM模式下，也與理論分析保持一致。

4 結(jié)語

本文提出了一種新型的基于Buck-boost級聯(lián)二次型Buck拓?fù)涞腖ED驅(qū)動(dòng)電源。共用了一個(gè)開關(guān)管，控制簡單易行。消除了原二次型Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸入電流死區(qū)問題，進(jìn)一步提高了功率因數(shù)，改善了輸入電流THD。實(shí)驗(yàn)表明，輸出電流紋波低，能實(shí)現(xiàn)恒流輸出,滿足LED驅(qū)動(dòng)電源的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖志凌，阮新波.半導(dǎo)體照明工程的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，21(9)：106-111.

[2] 汪飛，鐘元旭，阮毅.AC-DC LED驅(qū)動(dòng)電源消除電解電容技術(shù)綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30(8)：176-183.

[3] 沈霞，王洪誠，許瑾.基于SEPIC變換器的高功率因數(shù)LED照明電源設(shè)計(jì)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2010，14(1)：41-46.

[4] XU Y，LIN W，XU Y，et al.Inductor optimize design for BCM buck-PFC in LED driver[C].IEEE Electric Information and Control Engineering.Wuhan：IEEE，2011：2264-2267.

[5] 姚云龍，吳建興.一種單級原邊控制LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)[J].電子器件，2012，35（4）：447-452.

[6] 張藝文，金科.一種單級式高功率因數(shù)無電解電容AC/DC LED驅(qū)動(dòng)電源[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（22）：5821-5858.

[7] 閻鐵生，許建平，張斐，等.變導(dǎo)通時(shí)間控制臨界連續(xù)模式反激PFC變換器[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(27)：60-68.

[8] 王舒，阮新波，姚凱，等.無電解電容無頻閃LED驅(qū)動(dòng)電源[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2012，27(4)：173-178.

[9] 閻鐵生，許建平，等.基于二次型Buck PFC變換器的無頻閃無變壓器LED驅(qū)動(dòng)電源[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30（12）：512-519.

[10] 劉雪山，許建平，王楠.臨界連續(xù)模式單電感雙輸出Buck功率因數(shù)校正變換器[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2015，5(35)：64-69.

[11] 劉中鋒，劉春，倪文斌.基于SG3525芯片的大功率恒壓/恒流LED電源研制[J].電源技術(shù)，2016，40(2)：404-407.

[12] 盧志飛，楊平，劉雪山，等.單開關(guān)二次型DCM Buck變換器[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26(1)：65-70.

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