大功率LED照明电源研究及基于Matlab的仿真

由于单个 Ｌ Ｄ的功率较小 ，一般多个 串联使 Ｅ 用。用 ２ ０个 参数 一 致 的 Ｌ Ｄ串联 为 Ｌ Ｄ 列 ， 静 Ｅ Ｅ 其
态 电 阻为 ２ ０ ０ Ｑ．动 态 电 阻为 ２ Ｑ。从 Ｌ Ｄ 的模 型 ２ Ｅ
看 ． Ｌ Ｄ正 向导 通后 其 正 向电压 的细 小变 动将 引 在Ｅ 起 Ｌ Ｄ电流 的很 大 变化 ， 且环 境温 度 等 因素也 将 Ｅ 并 影 响 Ｌ Ｄ的 电气 性能 。然 而 ，Ｅ Ｅ Ｌ Ｄ的光 输 出直接 与 Ｌ Ｄ 的电流相 关 ， 以 Ｌ Ｄ的驱 动 电路在 输 入 电压 Ｅ 所 Ｅ
ａ ｄ ｃ ｐ ｌ ｆａ ａ ｔｔ ｎ ｔ ａ ｏ ｓＬ ｈ ｒ ｃｅ ｓ ｃ ｎ ｒｎ ｐ ｌｇ ． ｅ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｒ ｓ ｌ ｉ ｅ ｙ Ｍａｌｂ ａ ｅ ｉ ｎ ａ ａ ｅ ｏ ｄ ｐａ ｉ ｏ ｖ ｒ ｕ ＥＤ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓａ ｄ ｗｉ ｇ ｔ ｏｏ ｙＴ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ａｄ ｄ ｂ ｔ ｒ ｎ ｂ ｏ ｉ ｉ ｉ ｉ ｏ ｈ ｏ ｓ ａ
定 稿 日期 ：０ ６ ０ － １ ２０ － ９ ０
图 １ 电源 主 电 路 原 理
当功 率 ＭＯ Ｆ Ｔ管 Ｖ ＳＥ Ｑ 触发 导通 时 ，由 电源 电 压 ／￣ Ｑ、 － Ｖ 电感 ￡ 形成 回 路 ， ￡ 充 电储 能 ，Ｄ ｔ Ｓ 田 向 田 Ｖ 截 止 ； Ｖ 止 时 ，ｓ 田， Ｄ、 波 电容 Ｃ 形成 当 Ｑ截 ｕ， Ｖ 。 ￡ 滤 田 回路 ，嘟 储 能 向 Ｃ 释放 ， 向 Ｂ ｃ ￡ 田 并 ｕ ｋ电路 供 电。 当
摘要 ： 出了一种使用市 电的大功率 Ｌ Ｄ照 明整流 电源的 电路方案。在 Ｍａ ａ 提 Ｅ ｔ ｂ环境下 ， ｌ 对该电路进行 了辅 助分 析和仿真实验 ； 完成 了 ５ Ｗ 实验装 黄。实验 结果表明 ， 电源 具有较高的功率因数和效率 ； ０ 该 并且 电路简单 、 可靠 ， 易 于调整 ． 合用于不 同的 Ｌ Ｄ特 性和连接方式 。在 Ｍａ ａ 适 Ｅ ｔ ｂ环境下对该 电路进行 仿真 ， ｌ 其结果与在 实验 装置上的实验
ａ ａ ｙ ｅ ｎ ｉ ｌ ｔｄ ｉ ｔ ｂ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ， ｎ ａ ５ Ｗ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｄ ｖｃ ｓ ｃ ｏ ｌ ｈ ｄ Ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｓｍｕ ａｅ ｎ Ｍａｌ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ａ ｄ ０ ａ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｉｅ ｉ ｉ ａ ｃ ｍｐ ｉ ｅ ． ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｌ ｒ ｓ ｌ ｓ ｉ ｓ
ａ ｃ ｒ ｉ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ。 ｃ ｏ ｄ ｗ ｔ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎａ ｒ ｓ ｌ ｈ ｉ ｌ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｉ ｈ ｉｇ；ｐ ｗｅ ｃｏ ｏ ｒ ｃ ｉｎ ｙ ｒ ｓ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ；ｌ ｔ ｇ ｎ ｏ ｒ ａ ｔｒｃ ｒｅ ｔ ｆ ｏ
长期 工 作在大 电流 下将 影 响 Ｌ Ｄ的可靠 性 和寿 命 。 Ｅ
由于 不 可 控 整 流 电源 没 有 功 率 因 数 校 正 Ｐ Ｃ Ｆ 装置 ． 或采 用 串联 电感 的无源 Ｐ Ｃ 所 以电流 的 总谐 Ｆ， 波 失 真 Ｔ Ｄ较 大 ， 率 因数 很低 ， 以满 足要 求 。 Ｈ 功 难 为 此提 出 了可 控整 流 电源 ．其主 电路拓 扑选 择 能够 满
Ｂ值 的 ５倍 ， Ｋ 因而 ＬＫ １ ｍＨ。由 Ｂ ０ ＝
Ｐ Ｃ的 输 出 电压 在 眦 上 分 压 成 ＵＦ作 为 参 考 输 Ｆ Ｐ Ｃ
入 。将 电流 ｉ 经 电 阻 产 生 的 电压 ｕ 作 为 第 一 流 ｉ 个 受 控 量 ：将 流 过 负 载 Ｌ Ｄ 的 电流 在 小 分 压 电 Ｅ 阻 。 分 压 成 ｕ 作 为 第 二 个 受 控 量 。 控 制 目标 上 。 是 ， ｕ跟 踪 ｕ 让 让 ｕ 维 持 在 期 望 电压 ｕ 即 Ｌ Ｄ 。 。， Ｅ 的工 作 点 电流 。虽 然 功率 ＭＯ Ｆ Ｔ是 通 断 工 作 的 ， ＳＥ 但 因采用 了电感 的 Ｃ Ｍ 工 作 方 式 ，因而 易 于 滤 除 Ｃ 它 们 所 含 的谐 波 。
１ 引 言
大功率发光二极管（ 简称 Ｌ Ｄ 的发光效率高 ， Ｅ ） 体积 小 ，Ｏ万 小时寿 命 ， １ 使用 安 全 ， 是照 明的 理想 光 源 。在 许 多场合 ，它 取代 传统 光源 只是 一个 时 间 问 题。 是， 但 由于 Ｌ Ｄ的特 性 ， 供 电 电源 的功 率 因数 Ｅ 其
及 效率 一 直较 低 ． 因而成 为阻碍 Ｌ Ｄ照 明工程 化 应 Ｅ 用推 广 的一个 因素 。
和 环 境 温 度等 因素 发 生 变 动 时 应 能 控 制 Ｌ Ｄ 电流 Ｅ 的 大小 ．否则 ，Ｅ 的光 输 出 将 随输 入 电压 和温 度 ＬＤ 等 因素 的变化 而 变化 ， 并且 ， Ｌ Ｄ 电流 失控 ，Ｅ 若 Ｅ ＬＤ
ｆ １Ｄ） ／ 由于 Ｄ（— 在 Ｄ＝ ．３时 ， 最 Ｄ（ － ２ １ Ｒ ２ １Ｄ） ０３ 取 大值 Ｏ１８ 为使 电流连 续 ，ｏｓ 电路 的 电感 断 为 ． ， ４ Ｂ ｏｔ Ｌ ｓ值 的 ５倍 ， Ｌ － Ｏ Ｂ ｒ 取 ￣＝ＩｍＨ。 Ｉ 电容 Ｃ ＝ ／氓 ， Ｄ（ Ｄ
将 整 流 后 的 ｕ 在 电位 器 Ｐ 上 分压 成 ｕ 和 将 ｕ
态 时 ．ｕｋ电路 的 电感最 小 ，为 Ｂｃ
路 的 电感 雕为
５ Ｆ 取 ２ｘ 。 ｎ， １ Ｆ
Ｂ （一 Ｒ２ｏ Ｋ １Ｄ） ／ ＝ ｆ
由于 （一 最 大取 １则 为 了使 电流连 续 ， Ｂ ｃ １Ｄ） ， 取 ｕｋ电
大 功 率 Ｌ Ｄ 照 明 电源 研 究 及 基 于 Ｍａａ Ｅ ｔ ｂ的 仿 真 ｌ

截止 时 ， 通过 Ｖ ： Ｄ 形成 回路 ， Ｌ Ｄ负载 供 电。 向 Ｅ
＝
５ ｋ ｚ选择 Ｄ ／ Ｃ变 换 Ｐ ０Ｈ ； ＣＤ ＷＭ 频率 ｆＷ＝０ Ｈｚ Ｐ ５ｋ 。 Ｍ
Ｂ ｏｔ Ｆ ｏｓＰ Ｃ电路 工作 于 电流 连 续模 式 （ Ｃ ， Ｃ Ｍ）并
第 ４ 卷 第 ４期 １
２０ ０ ７年 ４ 月
电力 电子 技 术
Ｐｏ ｒＥｌ ｃｒ ｎｉｓ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ
Ｖｏ 。 。 ． １ ４１ Ｎｏ４
Ａｐｒｌ ２ ７ ｉ ， ００
大功率 Ｌ Ｄ照明电源研究及基于 Ｍａｌ Ｅ ｔ ｂ的仿真 ａ
李 为 民
（ 宝鸡 文理 学院，陕西 宝鸡 ７ １０ ） ２０ ７
图 １示 出 电源主 电路 原理 。它 由整流 桥 、 ｏ ｓ Ｂ ｏｔ 型 Ｐ Ｃ电路 、 ｕ ｋ型 Ｐ Ｆ Ｂｃ ＷＭ 直 流 变 换 电路 、负 载和 检测 环 节组成 。
Ｄ
Ｅ Ｌ Ｄ的 启 动 电压 ， ＝ ．Ｖ ３１ 环 境 温 度
Ｒ — Ｌ Ｄ的通态 电阻 ， １１ Ｅ Ｒ ．２ １ 广 －Ｌ Ｄ正向电压 的温度系数 ，ｖ２ Ｖ ￣ ＿ Ｅ Ｔ＝ ｍ ／
Ｌ ｅ ｎ Ｉ Ｗ ｉｍｉ
（ ａｊ Ｕ ｉ ｒ ｙ ｔ Ｓｉｎｅ Ｂ ｏｉ ２０ ７ ｈｎ ） Ｂ ｏｉ ｎｖ ｓ ｓ＆ ｃｅｃ ， ￣ｊ ７ １０ ，Ｃ ｉａ ｅ ｈ Ａｒ
Ａ ｓ ａ ｔ ｎＡ ／Ｃ ｐｗ ｒ ｕｐｙｆ ｉ ｐｗ ｒ ｉ ｔ ｇＬ Ｄ ｉ ｐｏｏｅ 。 Ｔ ｅｐ ｗ ｒｓｐｌ ｉ ｕｔ ｃ ｅ ａ ｃｉ ｂｔ ｃ： ＣＤ ｏ ｅ ｐ ｌ ｏ ｈ曲 ｏ ｅ ｇ ｉ Ｅ ｓ ｒｐ ｓｄ ｈ ｏ ｅ ｕ ｐｙｃ ｃ ｉｓｈ ｍ ｔ ｓ ｒ Ａ ｓ ｒ ｌｈ ｎ ｒ ｉ
最大 为 １ 取 Ｃ ２ Ｆ ． ￣＝ Ｉ 。 ｘ
由滤 波 后 的 ｕ 及 将 ｕ 经 过 有 效值 计 算 所 得
的‰ 和 由 Ｐ Ｃ输 出 的直 流 电压 眦 经 过滤 波 放 Ｆ
大 所 得 的 眦 行 运 算 ， 进 即调 制 增 益 Ｇ ， 到 输 得
５ 仿 真 及 实 验
采 用 后 沿 调 制 ：后级 Ｐ ＷＭ 电路 采 用 前 沿 调 制 ， 且
两级变 换 的 电压波 纹 系数 均 为 ｒ １ ＝ ％，负载 电阻 ＝ ２ ０￣ 当 Ｂ ｃ 换 电路 工作 于 电流 断 续 的临 界状 ０ ｌ ｕ ｋ变
Ｐ Ｃ电路 与 Ｐ Ｆ ＷＭ 电路 同步 驱动 ， 以降低 谐波 电流 。
２ 大功率 Ｌ Ｄ 的特性 Ｅ
以 Ｌ — Ｐ ０ Ｗ 为例 ． 功 率 Ｌ Ｄ 的伏 安特 性 Ｌ Ｈ ６Ｅ 大 Ｅ 模型 可表 示 为 ：
式 中 （ 卜
足 Ｌ Ｄ负载的电气特性和低成本 、 Ｅ 高效率的结构。
＝ ＋ ＋ （ ２ ） Ｒ ５
（） １
３ 整 流 电路 结 构 与控 制 原 理
ＶＱ 触 发导通 时 ， 田 通过 Ｖ ：电感 ￡ Ｋ ： Ｃ Ｑ、 Ｂ 形成甸 路 ， 向
作者简介 ： 李为 民（９ ８ ） 男 ， １６ － ， 陕西宝鸡人 ， 讲师。研 究
方 向 为 电 力 电子 及 电 力传 动 与控 制 。
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￡Ｋ 电储 能 ， 向 Ｌ Ｄ负 载 供 电 ， ２ 止 ； Ｖ ２ 丑充 并 Ｅ ＶＤ 截 当 Ｑ
ｐｏｅｔａ ｔｅｐｗ ｒ ｕ ｐｙｇｉｓ ｉｈｐ ｗ ｒａｔｒ （ Ｆ ａ ｄｈｇ ｆｃ ｎｙｗ ｉ ｅｃｒ ｉｉｆｉｙｓ ｐｅ ｒｌｂｅ ｒｖ ｔｈ ｏ ｅ ｐｌ ａ ｇ ｏ ｅ ｃｏ Ｐ ） ｎ ｉ ｅ ｉ ｃ ， ｈｌ ｔ ｉ ｕｔｓ ａｒ ｉ ｌ， ｉ ｌ， ｈ ｓ ｎｈ ｆ ｈ ｉ ｅ ｅ ｈ ｃ ｌ ｍ ｅａ
结 果 符 合 得 很好 。
关键词 ： 电源 ： 明；功率 因数 照 中图分 类号 ： Ｍ ６ Ｔ ４１ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ （ ０７ ０ — ０４ ０ １０ － ０ Ｘ ２ ０ ）４ ０ ７ － ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉｈ Ｐｏ ｒＬＥＤ ｇ ｔ ｇ Ｓ ｕ ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｉ ａ ｌ ｂ ｓ ａ ｃ ｎ Ｈ 【 ｗｅ ｇ Ｌｉｈ ｉ ｏ ｒ ｅａ ｄ Ｓ ｍ ｌｔ ｎ Ｍ ｔａ ｎ ｏ