Buck-boost basamaklı kuadratik Buck topolojisine dayalı bir LED sürüş güç kaynağı
Liao Zhiling, Liu Kang, Ding Manjing, Wu Chao, Jiang Yujun
(Elektrik Bilgi Mühendisliği Okulu, Jiangsu Üniversitesi, Zhenjiang, Jiangsu 212001)
Yeni bir LED tahrik güç kaynağı türü önerildi ve çalışma prensibi ve özellikleri analiz edildi. Ana devre topolojisi, kuadratik Buck ve Buck-boost dönüştürücülere dayanmaktadır. Basamaklama yoluyla, topolojiyi ve kontrol stratejisini basitleştiren ve kontrol maliyetini azaltan bir anahtar tüpü paylaşılır. İki aşamalı bir kademeli yapının kullanılması, orijinal ikinci dereceden Buck topolojisinin giriş akımı sıfır geçiş ölü bölge sorununu ortadan kaldırır, güç faktörünü daha da iyileştirir ve giriş akımının toplam harmonik bozulmasını (THD) iyileştirir. Aynı zamanda, anahtar tüpünün görev döngüsü daha makul bir alanda çalışır. Son olarak, deneyler teorik analizin doğruluğunu doğrular.
LED sürücü gücü; Buck-boost; quadratic Buck; sıfır geçişli ölü bölge
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN86
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.170585
Çince alıntı biçimi: Liao Zhiling, Liu Kang, Ding Manjing ve diğerleri.Buck-boost basamaklı kuadratik Buck topolojisine dayalı bir LED sürücü güç kaynağı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2018, 44 (1): 143-146.
İngilizce alıntı biçimi: Liao Zhiling, Liu Kang, Ding Manjing ve diğerleri Buck-boost kademeli dörtlü kova topolojisine dayanan bir LED sürüş güç kaynağı.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2018, 44 (1): 143-146.
0 Önsöz
Zamanın gelişmesi ve teknolojinin ilerlemesi ile Işık Yayan Diyot (LED), genel aydınlatma, tıbbi tedavi ve ulaşım gibi çeşitli yaşam ve üretim alanlarında geniş çapta geliştirilmiştir. LED, akım tipi bir cihaz olduğu için, LED tarafından yayılan ışığın kalitesi, LED'den geçen akımın boyutu ve dalgalanmasıyla belirlenir, bu nedenle LED aydınlatmanın geliştirilmesinin anahtarı, sürücüsünün yeniliği ve tasarımında yatmaktadır.
Günümüzde, LED sürüş gücü teknolojisi gittikçe daha olgun hale geliyor ve genel olarak tek aşamalı ve iki aşamalı olarak ayrılabilir. Tek aşamalı LED sürücü güç topolojileri, yapısı basit, kontrolü kolay ve düşük maliyetli olan Buck, Buck-boost, Fly-back vb. İçerir, ancak güç faktörleri düşüktür ve çıkış akımı dalgalanması büyüktür, bu da LED'in ışık yayma kalitesini etkiler. İki aşamalı LED sürücü güç topolojisi, ön aşama Güç Faktörü Düzeltme (PFC) modülüne ve arka aşama DC-DC modülüne bölünmüştür. Yapı, tek aşamalı tipten daha karmaşıktır, kontrol stratejisi daha külfetli ve göreceli maliyet daha yüksektir.Avantajı, güç faktörünün nispeten yüksek olması ve çıkış akımı dalgalanmasının nispeten düşük olmasıdır.AC güç kaynağı durumlarında, IEC 61000'i daha iyi karşılayabilir -3-2 harmonik gereksinimleri.
Literatür, daha yüksek güç faktörüne sahip olan ve çıkış dalgalanmasını azaltan, titreşimsiz ve transformatörsüz ikinci dereceden Buck'a dayalı bir LED sürücü güç kaynağı önermektedir. Bununla birlikte, giriş akımının, toplam harmonik bozulmasını (THD) etkileyen, sıfır geçişli bir ölü bölge sorunu vardır.
Bu makale, Buck-boost basamaklı kuadratik Buck topolojisine dayalı yeni bir LED sürücü güç kaynağı türü önermektedir.Kadratik Buck topolojisi temelinde, bir Buck-boost dönüştürücü, giriş akımının sıfır geçişini ortadan kaldırmak için kademelendirilmiştir. Bölge, THD'sini iyileştirdi ve güç kaynağının güç faktörünü daha da iyileştirdi. Aynı zamanda, diyotun gerilim stresini azaltan ve anahtar tüpünün görev döngüsünün daha makul bir alanda çalışmasını sağlayan iki aşamalı bir kademeli yapı benimsenmiştir.
1 Ana devre topolojisinin çalışma prensibi
Şekil 1, Buck-boost basamaklı kuadratik Buck topolojisine dayalı LED sürücü güç kaynağının ana devre topolojisi şemasını gösterir. Bu topoloji, bir Buck-boost topolojisi ve ikinci dereceden bir Buck topolojisi basamaklandırılarak, Q anahtarını paylaşarak oluşturulur. Buck-boost topolojisi, anahtarlama tüpü Q, indüktör L1, kapasitör C1, diyot D2 ve diyot D3'ü içerir.Kadratik Buck topolojisi, anahtarlama tüpü Q, diyotlar D4, D5, D6, D7, indüktör L2, L3 ve kapasitörler C2, Co. L1 ve L2 indüktörleri Kesintili İletim modunda (DCM) çalıştığında devre otomatik olarak PFC uygular. Güç kaynağını daha verimli hale getirmek için, indüktör L3, kritik bir sürekli modda (Kritik İletim Modu, CRM) çalıştırılır.
Analizi basitleştirmek için bu makalede varsayalım:
(1) Tüm anahtar tüpleri, diyotlar, indüktörler ve kapasitörler ideal bileşenlerdir.
(2) Anahtarlama frekansı fS, şebeke frekansı fL'den çok daha büyüktür.
(3) Anahtarlama süresi boyunca, kondansatör voltajı sabit bir değerdir.
Analizden sonra dönüştürücü, Q tüpünü açma ve kapama için iki ana çalışma moduna bölünebilir Konvertörün ana çalışma modu eşdeğer devresi Şekil 2'de gösterilmektedir ve tahrik güç kaynağının ana dalga biçimi Şekil 3'te gösterilmektedir.
(2) Kapatma modu: Şekil 2 (b) 'de gösterildiği gibi, anahtar kapatıldığında, D3, D5 ve D7 diyotları açılır ve L1 indüktöründeki akım D3 diyotundan akar ve C1 kapasitörüne deşarj olur. L2 indüktöründeki akım, D4 diyotundan serbestçe döner ve C2 kondansatörüne deşarj olur ve indüktör L3 üzerindeki akım, D7 diyotundan serbestçe döner ve Co kapasitörüne ve yüke deşarj olur. Yani, indüktör akımının tepe değeri ile serbest dönme süresi arasındaki ilişki şudur:
Bunlar arasında, sırasıyla indüktör akımının serbest bırakma süresi vardır.
İndüktör L3 CRM modunda çalıştığından, indüktör akımı ile çıkış akımı Io arasındaki ilişki şu şekildedir:
2 LED sürücü gücünün çalışma özelliklerinin analizi
2.1 Görev Döngüsü D Analizi
Analizden sonra, ideal koşullar altında, sürücü güç kaynağının gerilim aktarım oranının:
Formül (11) 'e göre, geleneksel kuadratik Buck topolojisine kıyasla çizim 4 elde edilebilir, aynı gerilim iletim oranı altında, bu makalede önerilen devre topolojisi daha ideal bir görev döngüsü koşulunda çalışabilir. , Güç kaynağı istikrarını ve güç verimliliğini artırın.
2.2 C1 ve C2 kapasitörlerinin karakteristik analizi
2.3 L1, L2 ve L3 indüktörlerinin çalışma özelliklerinin analizi
İndüktör L3 CRM modunda çalıştığından, formül (10) ve formül (16) 'ya göre, şunları alabiliriz:
Endüktansı L2 = 400 H olarak alın Hesaplama ve analizden sonra, L1 ve L2 endüktanslarının değerleri (22) ve (23) denklemlerini karşılar.
3 Deneysel sonuçların analizi
Teorik analizin doğruluğunu doğrulamak için 32 W gücünde bir LED sürücü güç kaynağı tasarlanmıştır, giriş voltajı 220 V, 50 Hz frekanslı alternatif akım ve çıkış 20 V voltajla 1,6 A doğru akım ve anahtarlama frekansı 30 kHz'dir. Endüktans oranının özel deneysel parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
Şekil 6'dan görülebileceği gibi, giriş akımı iin ve giriş voltajı uin temelde aynı fazı tutuyor ve orijinal kuadratik Buck dönüştürücünün giriş akımında sıfır geçişli ölü bölge problemi ortadan kalkıyor, giriş akımının THD'si büyük ölçüde iyileştiriliyor ve PF değeri kadar yüksek. % 97.7. Çıkış akımı Io temelde düz bir çizgidir, bu da dalgalanmayı büyük ölçüde azaltır ve titremeyi ortadan kaldırır.
Dönüştürücünün deneysel parametrelerine göre, 137 V ve 273 V denklem (15) ve (16) 'dan elde edilebilir.Şekil 7'den deneysel sonuçların analiz ile tutarlı olduğu görülmektedir.
Şekil 8'deki analize göre, indüktörler L1 ve L2 DCM modunda çalışır ve indüktör L3, teorik analizle de tutarlı olan CRM modunda çalışır.
4. Sonuç
Bu makale, Buck-boost basamaklı kuadratik Buck topolojisine dayalı yeni bir LED sürücü güç kaynağı türü önermektedir. Bir anahtar tüpünü paylaşmak, kontrol basit ve kolaydır. Orijinal ikinci dereceden Buck topolojisinin giriş akımı ölü bölgesi sorunu ortadan kaldırılır, güç faktörü daha da iyileştirilir ve giriş akımı THD iyileştirilir. Deneyler, çıkış akımı dalgalanmasının düşük olduğunu ve LED sürücü gücü gereksinimlerini karşılayan sabit akım çıktısının elde edilebileceğini göstermektedir.
Referanslar
Liao Zhiling, Ruan Xinbo.Yarıiletken aydınlatma mühendisliğinin statükosu ve gelişme eğilimi.Elektroteknik Teknoloji Dergisi, 2006, 21 (9): 106-111.
Wang Fei, Zhong Yuanxu, Ruan Yi Elektrolitik kapasitör teknolojisini ortadan kaldırmak için AC-DC LED sürücü güç kaynağına genel bakış. Journal of Electrotechnical Technology, 2015, 30 (8): 176-183.
Shen Xia, Wang Hongcheng, Xu Jin SEPIC dönüştürücüye dayalı yüksek güç faktörlü LED aydınlatma güç kaynağı tasarımı.Elektrik Makineleri ve Kontrol Dergisi, 2010, 14 (1): 41-46.
XU Y, LIN W, XU Y, ve diğerleri. IEEE Elektrik Bilgi ve Kontrol Mühendisliği, LED sürücüsünde BCM buck-PFC için indüktör tasarımı optimize eder Wuhan: IEEE, 2011: 2264-2267.
Yao Yunlong, Wu Jianxing. Tek aşamalı birincil yan kontrol LED sürücü tasarımı Elektronik Cihazlar, 2012, 35 (4): 447-452.
Zhang Yiwen, Jin Ke. Tek aşamalı yüksek güç faktörlü elektrolitik kapasitörsüz AC / DC LED sürücü güç kaynağı Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2015, 35 (22): 5821-5858.
Yan Tiesheng, Xu Jianping, Zhang Fei, vb Değişken zamanında kontrol kritik sürekli mod geri dönüş PFC dönüştürücü Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2013, 33 (27): 60-68.
Wang Shu, Ruan Xinbo, Yao Kai, vb Elektrolitik kapasitörsüz ve titreşimsiz LED sürücü gücü Journal of Electrotechnical Technology, 2012, 27 (4): 173-178.
Yan Tiesheng, Xu Jianping, ve diğerleri.Kadratik Buck PFC dönüştürücüye dayalı titreşimsiz ve transformatörsüz LED sürücü güç kaynağı. Journal of Electrotechnical Technology, 2015, 30 (12): 512-519.
Liu Xueshan, Xu Jianping, Wang Nan. Kritik sürekli mod tek endüktans çift çıkışlı Buck güç faktörü düzeltme dönüştürücü Elektrik Güç Otomasyon Ekipmanı, 2015, 5 (35): 64-69.
Liu Zhongfeng, Liu Chun, Ni Wenbin.SG3525 yongasına dayalı yüksek güçlü sabit voltaj / sabit akım LED güç kaynağının geliştirilmesi Güç Kaynağı Teknolojisi, 2016, 40 (2): 404-407.
Lu Zhifei, Yang Ping, Liu Xueshan, vb. Tek anahtarlı ikinci dereceden DCM Buck dönüştürücü.Elektroteknik Teknoloji Dergisi, 2011, 26 (1): 65-70.
