基于氮化镓器件的高功率因数无频闪LED驱动电源研究

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LED灯具在照明领域得到了广泛的使用。然而LED灯具的频闪会损伤眼部光学系统,造成视觉疲劳、偏头痛、近视加剧等诸多问题也引起了人们的关注,LED灯具中最重要的核心部件是LED驱动电源,也是最为脆弱的部分。可见研究无频闪、高功率因数、高效率的LED驱动电源具有重要的意义。针对这些问题提出了一种采用新型氮化镓功率器件,基于无桥PFC拓扑与LLC半桥谐振拓扑的高功率因数无频闪LED驱动电源。
  本文首先研究了氮化镓的材料特性与器件的结构,并对级联型氮化镓器件的工作模态进行了详细的分析,然后分析了寄生参数对氮化镓器件驱动电路的性能影响,并对氮化镓器件与SiMOSFET的特性和开关波形进行比较,对几种无桥PFC拓扑结构进行了对比分析。建立了图腾式无桥PFC电路的数学模型并对其进行了噪声分析。针对所设计的图腾式无桥PFC电路在MATLAB/Simulink平台上搭建了仿真模型,验证了控制策略的正确性。对比分析了斩波电路拓扑中LED负载在不同元件通路上效率,LED负载效率与占空比的关系,并利用Saber软件验证了理论分析的正确性。并对LLC半桥谐振拓扑结构与工作原理进行了分析与仿真,建立了数学模型对输出电流纹波进行了分析。深入研究了LED频闪消除技术,并设计了频闪消除电路,介绍了其拓扑结构与工作原理。
  最后根据设计要求,计算元件参数,并设计了相应的数字控制策略,进行了AC/DC电路、DC/DC电路的器件选型、硬件与PCB设计。经过对LED驱动电源样机测试,整机效率达到92%以上,功率因数达到0.98以上。并进行了频闪消除实验、电压纹波测试、电流谐波分析与线性调整率测试,实验结果满足LED驱动电源的设计要求。并与采用整流桥与硅功率器件的传统LED驱动电源进行了效率与功率因数对比,体现出本设计的优势。
  
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