本論文針對低瓦數照明LED應用，提出一具有定電流輸出與功率因數修正之LED驅動器。LED驅動器採用非隔離型降壓式轉換器，而為了達到功率因數修正的目的，根據電感電流不同的動作模式，分別以操作於不連續導通模式(DCM)之電壓隨耦法控制與操作於連續導通模式(CCM)之非線性載波控制來實現，不需像傳統的功因修正需乘法器，因此可減少成本。本論文以IsSpice 軟體模擬與實驗來驗證，並從結果證明系統可達到高功因和定電流輸出的目的。

In the thesis, LED driver circuits which are applied in low power lighting LED with constant output current and Power Factor Correction are presented. The non-isolated Buck converter are used for the LED drivers. According to different operating mode of inductance current, Power Factor Correction are realized with both the method of Voltage Follower Approach Control under Discontinuous Conduction Mode and the method of Nonlinear Carrier Control under Continuous Conduction Mode. NLC doesn’t need the multiplier which is used in traditional power factor correction, therefore NLC can reduce the system cost. The designed circuits are verified by simulation of IsSpice software and practical experiments. From simulation and experimental results, it shows the proposed approaches achieve the goal with high power factor and constant output current.

目錄

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 簡介 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法 1
1.3 論文大綱 3
第二章 LED驅動方法與功率因數修正技術簡介 4
2.1 LED發光原理與驅動技術 4
2.2 功率因數之定義 6
2.3 功率因數修正控制方法 8
2.3.1 被動式功因修正技術 9
2.3.2 主動式功因修正技術 10
2.3.2.1 非隔離型功因修正器 10
2.3.2.2 隔離型功因修正器 12
2.4 功率因數修正器操作模式 14
2.4.1 連續導通模式 15
2.4.2 不連續導通模式 17
2.4.3 邊界導通模式 18

第三章 降壓式轉換器分析與模型建立 19
3.1 降壓式轉換器之工作原理與穩態分析 19
3.2 降壓式轉換器CCM/DCM之邊界條件 23
3.3 降壓式轉換器之規格建立 24
3.4 降壓式轉換器模型建立與方塊化 25
3.5 降壓式轉換器開迴路模擬分析 31
3.5.1 降壓式轉換器開迴路DCM模擬分析 31
3.5.2 降壓式轉換器開迴路CCM模擬分析 32
第四章 電壓隨耦法之功因修正電路設計 35
4.1 電壓迴路分析 35
4.2 電壓隨耦法電路模擬分析 36
第五章 非線性載波控制之功因修正電路設計 40
5.1 非線性載波控制原理簡介 40
5.2 非線性載波產生器設計 43
5.3 非線性載波控制模擬分析 45
5.4 模擬結果比較 49
第六章 硬體電路建立與實驗結果分析 50
6.1 降壓式轉換器之開迴路試驗 50
6.1.1 DCM開迴路量測 51
6.1.2 CCM開迴路量測 52
6.2 電壓隨耦法功因修正硬體電路 54
6.2.1負載為電阻之實驗結果 54
6.2.2 負載為LED之實驗結果 56
6.3 非線性載波法功因修正硬體電路 59
6.3.1負載為電阻之實驗結果 59
6.3.2 負載為LED之實驗結果 61
6.4 實驗結果比較 63
第七章 結論與未來展望 64
7.1 結論 64
7.2 未來展望 65
參考文獻 66


圖目錄

圖1-1 研究流程圖 2
圖2-1 LED發光原理 4
圖2-2 實驗用之白光LED V-I特性曲線 5
圖2-3 LED定電壓驅動示意圖 5
圖2-4 LED定電流驅動示意圖 6
圖2-5 LC濾波器 9
圖2-6 π型濾波器 9
圖2-7 填谷式濾波器 10
圖2-8 降壓式轉換器架構 11
圖2-9 升壓式轉換器架構 11
圖2-10 降升壓式轉換器架構 12
圖2-11 順向式轉換器架構 13
圖2-12 返馳式轉換器架構 13
圖2-13 乘法器法架構 15
圖2-14 磁滯電流控制 16
圖2-15 峰值電流控制 16
圖2-16 平均電流控制 17
圖3-1 降壓式轉換器基本電路圖 19
圖3-2 降壓式轉換器於連續導通模式之各電壓與電流波形 20
圖3-3 降壓式轉換器功率開關導通期間等效電路圖 21
圖3-4 降壓式轉換器功率開關截止期間等效電路圖 21
圖3-5 降壓式轉換器CCM / DCM邊界情況波形 23
圖3-6 降壓式轉換器之狀態變數 25
圖3-7 降壓式轉換器等效方塊圖 28
圖3-8 輸入電壓至輸出電壓轉移函數波德圖 30
圖3-9 工作週期至電感電流轉移函數波德圖 30
圖3-10 IsSpice模擬降壓式轉換器之開迴路架構圖 31
圖3-11 Buck DCM開迴路輸入電壓與輸入電流波形 31
圖3-12 Buck DCM開迴路電感電流 32
圖3-13 Buck DCM開迴路相位差及THD分析 32
圖3-14 Buck CCM開迴路輸入電壓與輸入電流波形 33
圖3-15 Buck CCM開迴路電感電流 33
圖3-16 Buck CCM開迴路相位差與THD分析 34
圖4-1 電壓隨耦法架構 35
圖4-2 VFC模擬電路 36
圖4-3 VFC輸入電流追隨輸入電壓之示意圖 37
圖4-4 VFC電感電流波形 37
圖4-5 VFC輸出電壓波形 38
圖4-6 VFC輸出電流波形 38
圖4-7 VFC相位差與THD模擬分析 39
圖5-1傳統乘法器控制法 40
圖5-2 非線性載波控制架構 41
圖5-3 NLC各點電壓時序圖 42
圖5-4 Vnc與 Vnc*之波形 44
圖5-5 非線性載波產生器電路 44
圖5-6 NLC模擬電路 45
圖5-7 NLC Vnc與Vq波形 46
圖5-8 NLC輸入電流追隨輸入電壓之示意圖 46
圖5-9 NLC電感電流波形 47
圖5-10 NLC輸出電壓波形 47
圖5-11 NLC輸出電流波形 48
圖5-12 NLC相位差與THD模擬分析 48
圖6-1 降壓式轉換器實體電路圖 50
圖6-2 DCM開迴路電感電流波形圖 51
圖6-3 DCM開迴路輸入電壓與輸入電流波形圖 51
圖6-4 DCM開迴路THD分析圖 52
圖6-5 CCM開迴路電感電流波形圖 52
圖6-6 CCM開迴路輸入電壓與輸入電流波形圖 53
圖6-7 CCM開迴路THD分析圖 53
圖6-8 50 kHz鋸齒波 54
圖6-9 VFC功因修正硬體電路(負載為電阻) 55
圖6-10 電阻負載之VFC輸入電壓與輸入電流波形 55
圖6-11電阻負載之VFC THD量測結果 56
圖6-12 12顆1W白光LED串聯模組 56
圖6-13 LED負載之VFC輸入電壓與輸入電流波形 57
圖6-14 LED負載之VFC THD量測結果 57
圖6-15 LED負載之VFC輸出電壓波形 58
圖6-16 LED負載之VFC輸出電流波形 58
圖6-17 NLC控制硬體電路照片 59
圖6-18 電阻負載之NLC輸入電壓與輸入電流波形 60
圖6-19 電阻負載之NLC THD量測結果 60
圖6-20 LED負載之NLC輸入電壓與輸入電流波形 61
圖6-21 LED負載之NLC THD量測結果 61
圖6-22 LED負載之NLC輸出電壓波形 62
圖6-23 LED負載之NLC輸出電流波形 62

表目錄

表2-1功因修正器電路架構之比較 14
表3-1 降壓式轉換器設計參數 25
表5-1 模擬結果綜合比較表 49
表6-1實驗結果綜合比較表 63

參考文獻
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