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当今能源危机和气候变暖问题越来越严重,节能环保已成为社会焦点议题。LED具有高效节能、绿色环保、寿命长等优点,越来越受到人们的关注,若能以LED照明取代目前低效率、高耗能的传统照明,将缓解当前越来越紧迫的能源短缺和环境恶化问题。由于LED自身的光电特性需要用专门的电源来驱动LED。目前,LED驱动电源主要采用开关电源,开关电源输出电流纹波较大,纹波会对LED的发光效率、寿命、色温等产生不利的影响。开关电源普遍采用电解电容滤波,而电解电容寿命严重影响了LED驱动电源的可靠性。因此减少电解电容的使用,减小输出电流纹波对于发展LED照明事业具有重大意义。 为解决上述问题,本文提出将开关电源与线性电源相融合的新型电源,该电源利用开关电源实现高效率的能量传递,同时利用线性电源抑制输出电流纹波来替代电解电容滤波。该新型电源的输出纹波小,无大容量电解电容,多采用半导体元件和集成芯片,易实现小型化和集成化,提高了驱动电源的可靠性。 本文采用实用价值很高的Cuk变换器作为LED驱动电源的主电路,详细分析了 Cuk变换器的工作原理及相关性能,针对滤波电容的寿命问题提出了有源纹波补偿Cuk型LED驱动电路拓扑。推导了纹波补偿电路的工作原理及实现条件,并利用功率放大电路搭建了完整的补偿电路。 利用状态空间平均法在连续导通(CCM)模式下对无滤波电容的Cuk电路建立小信号模型,通过纹波补偿电路的传递函数推导出有源纹波补偿 Cuk型电路的整体框图,利用传递函数的整体框图对其稳态和动态性能进行了分析,并对补偿电路的适应性及功率损耗进行了探讨。 根据LED恒流驱动的特点,提出了采用对输出电感电流进行采样的滞环电流控制方式,该控制方式能与纹波补偿电路很好的融合,实现输出恒定的直流。详细分析了滞环控制方式的实现电路,并对LED驱动电源进行了完整的设计。 最后对该有源纹波补偿Cuk型LED驱动电源的整体电路进行原理仿真,同时搭建相应的实物电路模型,通过仿真和实验对电路的可行性和设计指标进行了验证,该电源达到了可靠性高、纹波小、传输效率高和易实现小型化和集成化的设计指标。 论文通过系统的理论分析、仿真及实验验证表明,采用有源纹波补偿电路可以将输出电感电流纹波完全补偿,使得电路输出恒定的直流。滞环电流控制能够与纹波补偿电路很好的融合,优势互补,保证LED驱动电源的稳定工作。这种新型LED驱动电源无大电解电容,输出纹波小,电路的可靠性和使用寿命都能大幅提高,这对于LED照明发展具有重大的意义。