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研究生:吳修奇
研究生(外文):Hsiu-Chi Wu
論文名稱:具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路
論文名稱(外文):Design and Implementation of A Single-Stage LED Streetlight Driver with Power-Factor-Correction
指導教授:鄭竣安
指導教授(外文):Chun-An Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:驅動電路功因修正功能發光二極體路燈
外文關鍵詞:DriversPFCLEDStreetlight
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LED (Light-Emitting Diode)具有體積小、壽命長、節能、環保等優點,因應全球各國提倡節能與減碳的趨勢。一般傳統應用於路燈照明的LED驅動電路為兩級式架構,由前級功因修正電路與後級直流-直流轉換器組成,第一種為具功因修正功能的升壓轉換器與半橋式LLC諧振轉換器構成,第二種為具功因修正功能的交錯式升壓型轉換器與半橋式LLC諧振轉換器構成。此兩種路燈照明的LED驅動電路架構組成元件數目多,相對成本較高,且電路轉換效率不高。
因此,本論文研製具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路,由圖騰柱型無橋式升壓轉換器整合半橋式LC串聯諧振串接全波整流器成為單一級的電路架構,且設計圖騰柱型無橋式升壓轉換器之升壓電感LB操作在不連續導通模式下,使電路具有功因修正的功能。此外,將半橋式LC串聯諧振電路設計在電感性負載下,使功率開關具有零電壓切換(ZVS)的功能,減少切換損失,以提高電路整體的效率。
本論文已完成設計165W單級LED燈雛型驅動電路的動作模式分析。藉由實測電路波形結果得知,在110伏特的交流輸入電壓下,本論文提出具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路實測結果為功因大於0.98、輸入電流總諧波失真因數小於10%、效率大於91%、輸出電壓漣波率小於3%、輸出電流連波率小於7%。
LED (Light-Emitting-Diode) has the advantages of small size, long life, energy saving, environmental protection, in response to the trend of energy conservation and carbon reduction around the world. The traditional LED driver circuit used in street-lighting is a two-stage architecture. The conventional two-stage LED driver for street-lighting applications is consisted of a power-factor-correction (PFC) converter and a DC-DC converter. The first kind of conventional two-stage LED street-lighting driver is consisted of a boost PFC converter and a half-bridge LLC resonant converter, and the second kind one is composed of an interleaved PFC converter and a half-bridge LLC resonant converter. The disadvantages of these two-stage LED driving circuits are large numbers of components, relatively high cost, and low circuit conversion efficiency.
Therefore, this thesis presents a novel single-stage LED driver with PFC, which integrates a totem-pole bridgeless boost PFC converter with the half-bridge LC series resonant converter cascaded with a full-bridge rectifier. The inductor inside the totem-pole bridgeless boost PFC converter is designed to operate at discontinuous-conduction-mode (DCM) for achieving power-factor-correction, and half-bridge LC series resonant tank is designed to be an inductive load for achieving zero-voltage switching (ZVS) in order to lower the switching losses of power switches and boost-up the circuit efficiency.
A 165W-rated single-stage LED prototype driver has been implemented in the thesis including analysis of its operational modes. From the experimental results at a 110V input utility-line voltage, power-factor larger than 0.98, current Total-harmonics-distortion THD smaller than 10%, circuit efficiency larger than 91%, output voltage ripple factor smaller than 3%, and output current ripple factor smaller than 7% are obtained in the proposed single-stage LED streetlight driver.
中文摘要.................................................i
英文摘要................................................ii
致謝...................................................iv
目錄....................................................v
圖目錄.................................................vi
表目錄...............................................viii
第一章 緒論..............................................1
1.1 研究動機與背景.......................................1
1.2 論文大綱.............................................7
第二章 市售LED路燈模組與驅動電路的介紹.....................8
2.1 市售LED路燈模組的介紹................................8
2.2 一般應用於路燈照明的LED路燈驅動電路...................10
第三章 具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路分析與設計.......14
3.1 具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路介紹及模式分析......14
3.2 圖騰柱型無橋式升壓轉換器電路參數設計..................30
3.3 半橋式LC串聯諧振串接全波整流器電路參數設計............32
第四章 具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路模擬與實測結果....36
4.1 具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路的參數與元件規格....36
4.2 具功因修正功能之單級LED路燈驅動電路之模擬與實測波形....38
第五章 結論與未來研究方向................................50
5.1 結論...............................................50
5.2 未來研究方向........................................51
參考文獻................................................52
[1]殷媛媛,“白光LED照明的特點及分類”,第一情報-資訊產業,2012年。
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[22]Chun-An Cheng, Chien-Hsuan Chang, Tsung-Yuan Chung, and Fu-Li Yang,“Design and Implementation of a Single-Stage Driver for Supplying an LED Street-Lighting Module With Power Factor Corrections,”IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 2, February 2015。
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