臺灣博碩士論文加值系統

由於節能議題持續受到全球的關注，且因具有低汙染、壽命長及低耗能等優點，LED在照明應用上已逐漸取代傳統光源。因此，本文使用高功率LED作為路燈之光源，並以升降壓轉換器結合前向-返馳式轉換器作為驅動器，使其具備高功因及高效率之特性。此外，在驅動器架構中加入一能量再生緩衝電路，以提高轉換效率，並應用初級側偵測(PSS)與準諧振(QR)調控技術，達到減少電路體積及降低切換損失之目的。在系統控制方面則以數位訊號處理器(DSP)作為核心，進行數位式整合調控。除了輸入特性之改善外，本文針對LED之調光，採用序相PWM技術進行亮度控制。最後，本文研製一系統原型，並進行電路特性與光學特性測試與分析；同時以田口工程法找出驅動源變壓器、升降壓電感及輸出電感參數，用以使效率最佳化，實驗結果證實本研究的可行性。

Since energy conservation has been continuously concerned, the traditional lighting are being replaced by LED because of the advantages of LED, including low pollution, low energy consumption, and long life, etc. Therefore, high power LED is used as the light source to design street lighting in this thesis. The LED driver is built up by combining a buck-boost converter and a forward-flyback converter. Besides, a energy regenerative snuber is integrated into the driver circuit, which can improve the efficiency. Furthermore, the Primary-Side Sensing(PSS) technique and Quasi Resonance (QR) technique are employed to decrease circuit size and switching losses. A Digital Signal Processor (DSP) is used to integrate all related controls for the driver and the dimming circuit with the phase-shifted PWM method. Finally, the magnetic parameters of the driver are determined by using Taguchi method to optimize the system efficiency, and a prototype is produced and tested in laboratory. The test results are proposed and verify the feasibility of the system.

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目錄
圖目錄
表目錄
第一章 緒論
1.1研究背景與動機
1.2國內外研究概況
1.3研究方法與貢獻
1.4論文內容概要
第二章 LED路燈照明
2.1照明簡介
2.2演色性及色溫
2.3高功率LED構造與特性
2.3.1 LED元件構造
2.3.2 LED發光原理
2.3.3 LED特點
2.4 道路路燈之發展
2.4.1傳統式路燈
2.4.2 LED路燈
2.5 高功率LED之驅動源與調光方式
2.5.1 LED驅動源
2.5.2 LED調光方式
第三章 功因及效率改善電路
3.1前言
3.2功率因數簡介
3.3功率因數校正電路
3.3.1被動式功因校正電路
3.3.2主動式功因校正電路
3.4 LED驅動源效率之改善
第四章 田口工程
4.1田口工程簡介
4.2品質特性之理論
4.3直交表
4.3.1直交表之定義
4.3.2直交表之配置
4.4品質計量之實驗設計法
4.4.1品質損失之定義
4.4.2品質損失函數
4.4.3S/N比之計算
第五章 高效率LED驅動源設計與調控
5.1驅動源電路架構
5.1.1前向-返馳式轉換器
5.1.2能量再生緩衝器
5.1.3初級側輸出電壓控制
5.1.4驅動源之功率因數改善
5.1.5驅動源之效率改善
5.2 驅動電路參數設計與實現
5.2.1主要電路元件設計
5.2.2 周邊電路設計
5.3數位式偵測與調控
5.3.1準諧振控制 59
5.3.2準諧振控制數位式PI控制器調控
5.4 LED路燈調光電路設計與實現
5.4.1LED陣列調光電路設計
5.4.2數位式序相PWM調光控制
5.5主電路元件最佳參數設計
5.5.1參數設計流程
5.5.2控制因子反應分析
5.5.3變異數分析
5.5.4最佳化參數分析與轉換效率預估
5.5.5最佳化參數測試與比較
5.6原機型製作與特性測試
5.6.1整體電路特性測試
5.6.2 LED路燈之光學特性量測
第六章 結論與未來研究方向
6.1結論
6.2未來研究方向建議
參考文獻

[1]李嘉猷、羅佳典、洪祥富，“全導通式單級高功因交流發光二極體驅動電路之研製，”第九屆台灣電力電子研討會論文集，2010年9月3日，pp. 272-277。
[2]李佳學，石進名，江松柏，蔡文田，黃耀德，李麗玲，楊秉純，“ AC LED照明及模組設計製作，”電力電子雙月刊，第5期，第7卷，2009年9月，pp.19-24。
[3]T. L. Chern, “Single-Stage Flyback Converter for LED Driver with Inductor Voltage Detection Power Factor Correction,” Proceedings of 5th IEEE Industrial Electronics and Applications Conference, Jun. 2010, pp.2082-2087.
[4]T. F. Pan, H. J. Chiu, S. J. Cheng, and S. Y. Chyng, "An Improved Single-Stage Flyback PFC Converter for High-Luminance Lighting LED Lamps," Proceedings of 8th Electronic Measurement and Instruments, Aug. 2007, pp.4-212 - 4-215.
[5]Y. C. Hsu, Y. K. Lin, M. H. Chen, C. C. Tsai, J. H. Kuang, S. B. Huang, H. L. Hu, Y. I. Su, and W. H. Cheng, “Failure Mechanisms Associated With Lens Shape of High-Power LED Modules in Aging Test ,” IEEE Transactions on Electron Devies, Vol. 55, No. 2, Feb. 2008, pp. 689-694.
[6]X. Xie, J. Wang, C. Zhao, Q. Lu, and S. Liu, “A Novel Output Current Estimation and Regulation Circuit for Primary Side Controlled High Power Factor Single-Stage Flyback LED Driver,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.27, Is. 11, Nov. 2012, pp.4602-4612.
[7]J. E. Yeon, D. S. Kim, K. M. Cho, and H. J. Kim, “A Single Stage Flyback Power Supply Unit for LED lighting Applications,” Proceedings of International Electrical and Electronics Engineering Conference, Dec. 2009, pp.288-292.
[8]江建成，單級功因修正返馳式電源轉換器之製作，國立中山大學電機工程學系碩士論文，2007年7月。
[9]黃建歷，高功率白光LED照明之光學設計，國立台灣科技大學電子工程學系碩士論文，2009年7月。
[10]楊金璋，高功率白光LED室內照明之整合式數位調控，國立高雄應用科技大學碩士論文，2011年7月。
[11]H. L. Cheng, Y. N. Chang, C. A. Cheng, and C. S. Chen, “Analysis and Design of a Single-Switch HPF AC/DC Converter for Driving Power LEDs,” 2013 IEEE International Conference on System Science and Engineering (ICSSE), Jul. 2013, pp.455-459
[12]R. L. Lin and Y. H. Huang, “Forward-Flyback Converter with Snubber-Feedback Network for Contactless Power Supply Applications,” 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Sep. 2010, pp.1422-1427.
[13]F. Chen, E. Auadisian, J. Shen, and I. Batarseh, “Forward-flyback mixed ZVS DC-DC Converter with Non-dissipative LC Snubber Circuit,” 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Mar. 2013, pp.2132-2138.
[14]C. S. Liao and K. M. Smedley, "Design of High Efficiency Flyback Converter with Energy Regenerative Snubber," Proceedings of IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, Feb. 2008.
[15]K. I. Hwu, Y. T. Yau, and L. L. Lee, "Powering LED Using High-Efficiency SR Flyback Converter," Proceedings of IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, Feb. 2009.
[16]L. Hua and S. Luo, “Design Comparisons Between Primary-Side Control and Secondary-Side Control Using Peak Current Mode Controlled Active Clamp Forward Topology,” Proceedings of Applied Power Electronics and Exposition Conference, Feb. 2006, pp.886-892.
[17]R. Nalepa, N. Barry, and P. Meaney, “Primary Side Control Circuit of a Flyback Converter,” Proceedings of IEEE Applied Power Electronics and Exposition Conference, Mar. 2001, pp. 542-547.
[18]J. Xiao, J. Wu, W. Li, and X. He, “Primary-Side Controlled Flyback Converter with Current Compensation in Micro-Power Application,” Proceedings of IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference, May. 2009, pp. 1361-1366.
[19]J. Bao, C. Hu, and W. Bao, “Design of A High-Efficiency Quasi-Resonant LED Street-Lamp Power Supply,” Proceedings of the IEEE International Conference on Automation and Logistics, Aug. 2011, pp.4619-4629.
[20]P. C. Hsieh, C. J. Chang, and C. L. Chen, “A Primary-Side Control Quasi-Resonant Flyback Converter with Tight Output Voltage Regulation and Self-Calibrated Valley Switching,” Proceedings of the 2013 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Sep. 2013, pp.3406-3412.
[21]陳彥捷，雙模式控制返馳式轉換器最佳化設計，國立臺灣科技大學電子工程學系碩士論文，2011年6月。
[22]T. W. Ching, “Transition-Mode Dimmable LED Driver for Illumination Applications,” Proceedings of IEEE International Power Electronics Conference, Aug. 2010, pp.398-402.
[23]A. Bhattacharya, B. Lehman, A. Shteynberg, and H. Rodriguez, “A Probabilistic Approach of Designing Driving Circuits for Strings of High-Brightness Light Emitting Diodes,” Proceedings of 2007 Power Electronics Specialists Conference, Jun. 2007, pp. 1429-1435.
[24]J. Zhou and W. Yan, “Experimental Investigation on the Performance Characteristics of White LEDs Used in Illumination Application,” Proceedings of 2007 Power Electronics Specialists Conference, Jun. 2007, pp. 1436-1440.
[25]劉軒良，以脈波驅動發光二極體提升發光效能之研究，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2007年7月。
[26]L. Dong, Y. Ye, and L. He, “A Novel PWM Controller IC for LED Driver with Frequency Spread,” Proceedings of Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, Apr. 2010, pp.1-4.
[27]陳建維，照明白光LED調光特性及驅動電路之研究，國立高雄應用科技大學電機工程系碩士論文，2009年7月。
[28]王皇明，田口方法於照明LED驅動器轉換效率改善之應用，國立高雄應用科技大學碩士論文，2010年1月。
[29]許燕輝，具同步整流主動箝位順向式轉換器效率改善之研究，國立高雄應用科技大學碩士論文，2010年9月。
[30]謝秉澍，應用田口工程計畫法於高功率RGB LED情境照明驅動源電路參數設計，國立高雄應用科技大學碩士論文，2012年7月。
[31]周東毅，應用田口工程計畫法於高功率LED路燈驅動源效率改善之研究，國立高雄應用科技大學碩士論文，2015年1月。
[32]光線及色彩的來源(上) http://arthur.pixnet.net/blog/post/20974882。
[33]黃秉鈞，”LED照明時代已來臨，”科儀新知，第3期，第28卷，2006年12月，pp. 6-10。
[34]李碩重，照明設計學，全華科技圖書股份有限公司，1994年1月。
[35]張詩意，高功率白光LED之混光實驗、模組設計及模組優化，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，2006年6月。
[36]行政院經濟部能源局，全台設置LED路燈，2012年。
[37]LED路燈產業聯盟，LED路燈的未來新風貌，2011年。
[38]M. Day, “LED驅動器的選擇與設計，”電子工程專輯，2004年7月，pp.42-5。
[39]T. F. Pan, H. J. Chiu, S. J. Cheng, and S. Y. Chyng, “An Improved Single-Stage Flyback PFC Converter for High-Luminance Lighting LED Lamps,” Conference on Electronic Measurement and Instruments, Aug. 2007, pp. 4-212-4-215.
[40]曾偉菁，發光二極體發光特性與其驅動電路之研究，國立成功大學電機工程學系碩士論文，2006年7月。
[41]劉軒良，以脈波驅動發光二極體提升發光效能之研究，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2007年7月。
[42]J. Zhou and W. Yan, “Experimental Investigation on the Performance Characteristics of White LEDs Used in Illumination Application,” Proceedings of 2007 Power Electronics Specialists Conference, Jun. 2007, pp. 1436-1440.
[43]陳廷杰，高效率PWM/PFM雙模升壓轉換調整器之白光二極體驅動設計分析，朝陽科技大學資訊工程學系碩士論文，2007年7月。
[44]蔡侑昇，具功因校正之單級柔性切換返馳式轉換器，國立高雄應用科技大學碩士論文，2009年7月。
[45]梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計，全華科技圖書，2004年。
[46]方嘉隆，高效能主動功因修正電路研製，國立中山大學電機工程學系碩士論文，2006年10月。
[47]林保偉，基本電力轉換器功因校正能力分析與隔離式Zeta電力轉換器之模式推導及控制器設計，國立成功大學，2002年7月。
[48]功率因數修正電路之介紹來源http://eshare.stust.edu.tw/EshareFile/2010_4/2010_4_7ebc1433.pdf
[49]李輝煌，田口方法-品質設計的原理與實務，高立圖書有限公司，2008年。
[50]蘇朝墩，產品穩健設計-田口品質工程方法的介紹與應用，中華民國品質管制學會，1997年8月。
[51]劉克琪，實驗設計與田口式品質工程，1994年1月。
[52]失野宏，陳耀茂譯，品質工程計算法入門，全華科技圖書股份有限公司，2004年3月。
[53]蘇朝墩，品質工程，中華民國品質管制學會，台北，2002年。
[54]謝沐田，高低頻變壓器設計，全華圖書股份有限公司，2008年10月。
[55]Hitachi Data Sheet, Material ML24D.
[56]張宇良，單級單開關高功因返馳-順向式轉換器及光源系統，國立高雄應用科技大學碩士論文，2013年7月。
[57]Fairchild Data Sheet, IRFP450 500V N-Channel Power MOSFET, Jan. 2002.
[58]Motorola Data Sheet, MUR 3040 Ultrafast Rectifier, Jan. 2002.
[59]STMicroelectronics Data Sheet, STTH3002CT Ultrafast Rectifier, May. 2006.
[60]Texas Instruments Datasheet, TMS320F28035 Piccolo Microcontrollers, May. 2010.
[61]Philips Lumileds Data Sheet, LUXEON TX.