具交錯式功因修正之單級LED燈驅動電路

A Single-Stage LED Driver with Interleaved Power Factor Correction

馮平漢(Ping-Han Feng)

指導教授 ： 鄭竣安

義守大學/電機資訊學院/電機工程學系/碩士(2015年)

https://doi.org/10.6343/ISU.2015.00402

摘要

隨著世界各國提倡綠色照明以及節能減碳的趨勢下，發光二極體(LED)具有體積小、壽命長、亮度高、環保等特點，因此成為新一代固態照明的新寵兒。
傳統應用於路燈照明的LED驅動電路為兩級架構，由前級功因修正電路與後級直流-直流轉換器所組成。兩級式的驅動電路架構功率開關與元件數目較多，且電路效率不高。因此，本論文提出了一種新型且具有交錯式功因修正之單級LED燈驅動電路，可適用於路燈照明。主電路架構整合交錯式升壓型轉換器與半橋式LC串聯諧振串接全波整流之轉換器成為單級功率轉換電路。且設計交錯式升壓轉換器的電感操作在不連續導通模式下，可自然達到高功因的效果，以及將半橋式LC串聯諧振槽路設計在電感性負載，可讓兩個功率開關具有零電壓切換(ZVS)的特性，藉此降低功率開關的切換損失以提高電路效率。
本論文已完成一個165W單級LED燈雛型驅動電路的研製與動作模式分析。藉由實測電路的波形得知，在220伏特的交流輸入電壓下，本論文提出具交錯式功因修正之單級LED路燈驅動電路具有高功因(>0.99)、低輸入電流總諧波失真因數(<10%)、低輸出電壓漣波率(<10%)、低輸出電流漣波率(<10%)與高效率(>90%)等特點。

關鍵字

驅動電路 ； 交錯式功因修正 ； 發光二極體 ； 路燈

並列摘要

With world-wide big promotions for green lighting and energy saving, light-emitting-diode (LED) has features of small size, long life-time, high luminous and environmental protections. They are going to play important roles as new solid-state lighting sources.
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 conventional two-stage driver has more circuit components, higher cost and limited efficiency. Therefore, this thesis presents a novel single-stage LED driver with interleaved PFC suitable for street-lighting applications, which integrates a interleaved PFC converter with the half-bridge LC series resonant converter cascaded with a full-bridge rectifier. The inductors inside the interleaved PFC converter are designed to operate at discontinuous-conduction-mode (DCM) for achieving high power-factor, and half-bridge LC series resonant tank is designed as a 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 220V input utility-line voltage, high power-factor (>0.99), low current THD (<10%), low output voltage ripples (<10%), low output current ripples (<10%), and high circuit efficiency (>90%) are achieved in the proposed single-stage LED driver.

並列關鍵字

Drivers ； Interleaved PFC ； LED ； Street-lighting

參考文獻

[1] 黃孟嬌，“台灣路燈市場分析”，IEK產業服務-產業情報網，pp.1-7，2010年10月。

[2] 台灣電力網： http://www.taipower.com.tw

[3] 吳文隆、李麗玲，“LED照明應用”，電機月刊第十五卷第七期，pp.116-123，2005年。

[4] 國立成功大學能源科技與策略研討會工研院LED照明技術發展規劃資料, 2011,pp.178。

[5] 蘇炎坤、林俊良，“白光LED之照明應用”，電機月刊第十五卷第七期，pp.166-172，2005年。