臺灣博碩士論文加值系統

本論文針對低瓦數之LED照明應用，提出一具有輸出定電流與功率因數修正（PFC）之LED驅動電路。其中功率級部分，採用無需變壓器隔離之切換式降壓型（Buck）電力轉換器，並使電感電流操作於連續導通模式下，推導出Buck轉換器之等效數學模型與方塊圖。接著設計閉迴路功率因數修正控制架構與分析其工作原理，並根據頻域與時域分析設計控制電路，使系統同時達到輸出定電流與功率因數修正的目的。此外，由於典型功率因數修正架構中具有成本較高之乘法器電路，因此本論文亦提出一無需乘法器之功\率因數修正LED驅動電路，再分別將兩種電路利用模擬軟體驗證，並使用類比元件建立硬體電路進行量測。經由模擬與實驗結果可知，系統之功率因數皆可提升至0.92以上，並且達到輸出定電流控制。

In the thesis, a LED driver circuit that is applied in low power LED lighting with constant output current and Power Factor Correction (PFC) is presented. For power stage of LED driver, a non-insulated switching Buck power converter without transformer is used, and develop equivalent mathematical model and block diagram of Buck converter while its inductor current operating in Continuous Conduction Mode(CCM). Furthermore, the closed loop PFC control circuit is designed by time-domain and frequency-domain analysis. In addition, because of the classical PFC control configuration needs the expensive multiplier, a LED driver circuit with PFC without multiplier is presented in this thesis in order to reduce the system cost and space of the circuit. Then, we confirm the designed circuit by simulation and experiment. By the results, the proposed system achieves constant output current control and power factor can reach to 0.92.

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目標與研究方法 2
1.3 論文架構 4
第二章 LED驅動技術與功率因數修正簡介 5
2.1 LED簡介 5
2.2.1 發光二極體（Light Emitting Diode,LED） 5
2.2.2 LED原理與特性 6
2.2 LED驅動技術 7
2.3 功率因數定義 8
2.4 功率因數修正電路簡介 10
2.4.1 功率因數修正電路分類 11
2.2.2 主動式功因修正控制模式 12
2.5 典型主動式功率因數修正控制架構 13
2.4.1 連續導通模式電流控制法分類 15
2.6 電力轉換器選擇 17
2.6.1 電力轉換器分類 11
2.6.2 非隔離型電力轉換器 12
第三章 Buck電力轉換器之分析與模型建立 21
3.1 Buck轉換器之工作原理與穩態分析 21
3.2 Buck轉換器CCM/DCM之邊界條件 25
3.3 Buck轉換器之規格建立 27
3.4 Buck轉換器模型建立與方塊化 28
第四章 乘法器法功率因數修正LED驅動電路設計 35
4.1 乘法器法功率因數修正電路之分析與設計 36
4.2 乘法器法功率因數修正之硬體電路模擬 44
第五章 單週期控制功率因數修正LED驅動電路設計 49
5.1 單週期控制技術簡介 49
5.2 單週期控制法功因修正電路設計與分析 51
5.2.1 單週期控制功因修正電路設計與分析 52
5.2.2 單週期控制功因修正電路理論 53
5.2.2 電壓迴路補償設計 54
5.3 單週期控制法功因修正之硬體電路模擬 55
第六章 硬體電路的實現與量測結果 61
6.1 Buck轉換器與LED模組硬體電路建立 61
6.1.1 Buck轉換器硬體電路建立 61
6.1.2 LED實驗模組硬體電路建立 65
6.2 乘法器法功率因數修正LED驅動電路之建立與實驗 66
6.2.1 硬體電路規格與建立 66
6.2.2 硬體電路實驗結果 68
6.3 單週期控制法功率因數修正LED驅動電路之建立與實驗 76
6.3.1 硬體電路規格與建立 76
6.3.2 硬體電路實驗結果 78
6.4 實驗結果比較與探討 86
第七章 結論與未來展望 88
7.1 結論 88
7.2 未來展望 90
參考文獻 92

[1]Brown R, Soldano M, “One Cycle Control IC Simplifies PFC Designs,” IEEE APEC, pp.825 – 829, vol. 2, March 2005.
[2]Chen Bing, Xie Yun-Xiang, Huang Feng and Chen Jiang-Hui, “A Novel Single-phase Buck PFC Converter Based on One-cycle Control,” IEEE IPEMC, pp.1-5, Aug. 2006.
[3]“Design Example Report – 14W PFC Isolated LED Driver circuit using TOP246F,” Power Integrations, March 30, 2004.
[4]“Focus on LED lighting – Japanese pioneer breaks through LED barrier,” Global Watch Magazine February 2006.
[5]Garcera G., Figueres E., Pascual M. and Benavent J. M., “Novel Analog Adaptive 3-Loop Average Current Mode Control of Parallel DC-DC Converters,” IECON 02, vol. 1, pp.603-608, 2002.
[6]Heinz van der Broeck, Georg Sauerländer, and Matthias Wendt, “Power driver topologies and control schemes for LEDs,” IEEE, pp. 1319 -1325, 2007.
[7]“ICE1PCS01 Datasheet V1. 2 18,” Infineon Technologies AG., Feb 2005.
[8]“IR1150 Datasheet NO. PD60230,” International Rectifier.
[9]Keyue M. Smedley, Member, and Slobodan C’uk, “One-Cycle Control of Switching Converters,” IEEE Transactions on Power Electron, vol. 10, NO. 6, NOVEMBER 1995.
[10]L. Rossetto, G. Spiazzi and P.Tenti, “Control Techniques for Power Factor Correction Converters,” PEMC, pp. 1310 -1318, 1994.
[11]Manjing Xie, “Digital Control For Power Factor Correction,” Virginia Polytechnic Institute and State University, Master, 2003.
[12]M. R. Sahid, N. A. Azli, and N. D. Nuhammad, “A comparative study on the performances of the boost PFC circuit,” PEC Proc, pp.143-147, 2004.
[13]Ned Mohan, Tore M. Undeland and William P. Robbins, “Power Electronics : Converters, Applications, and Design,” Wiley, 2nd, 1998.
[14]R.D. Middlebrook and S. Cuk, “A General Unified Approach to Modeling Switching Power Converter Stages,” IEEE PESC Record, pp.18-34, 1976.
[15]R. W. Brockett and J. R. Wood, “Electrical Networks Containing Controlled Switches,” Addendum to IEEE Symposium on Circuit Theory, April 1974.
[16]R. W. Erickson, S. Cuk, and R. D. Middlebrook, “Large-Sinail Modelling and Analysis of Switching Regulators,” IEEE PESC Record, pp.240-250, 1982,.
[17]“TLP250 Datasheet,” TOSHIBA.
[18]Zheren Lai, “A Family of Continuous-Conduction-Mode Power-Factor- Correction Controllers Based on the General Pulse-Width Modulator,” IEEE, Transactions on Power Electron, vol. 13, NO. 3, May 1988.
[19]“1W COB 高功率LED型錄,” 齊瀚光電股份有限公司.
[20]Michael Day, Texas Instruments, “LED驅動器的選擇和設計,” 電子工程專輯2004年7月號.
[21]宋自恆,林慶仁, “功率因數修正之原理與常用元件規格,” 新電子科技雜誌第217 期4月號, 民國93年.
[22]周志敏, 周紀海, 紀愛華, “開關電源實用技術—設計與應用（第2版）,” 人民郵電出版社, 2007.
[23]周楷勳, “高功率切換式LED背光源電源電路設計與分析,” 國立清華大學碩士論文, 民國95年.
[24]張家榮, “不需輸入電壓感測之主動型功因修正AC/DC轉換器的研製,” 國立中山大學碩士論文, 民國95年.
[25]梁適安, “交換式電源供應器之理論與實務設計,” 全華科技圖書, 民國93年.
[26]“單週期控制PFC電路研究及晶片介紹,” http://www.dianyuan.com/bbs/u/40/1144557722.pdf.
[27]鄭凱方, “主動式功因修正電路模型建立與設計,” 國立中山大學碩士論文, 民國94年.
[28]顧振維, “強韌型SEPIC功率因數修正電路的設計,” 國立中山大學碩士論文, 民國95年.