本論文針對LED照明裝置，設計具有功率因數修正(PFC)與輸出端定電流效果之驅動電路，其中開迴路轉換器的部分，採用隔離型的返馳式電力轉換器(Flyback Converter)，設計電感值使其操作於連續電流導通模式(CCM)，並推導出其等效數學模型，再根據模型繪製方塊圖。論文核心在於運用電感電壓感測技術設計閉迴路的功率因數修正控制架構，並分析其控制理論，使系統同時達到功率因數修正及輸出端定電流的目的。此外，本論文亦提出傳統的電感電流感測控制方式進行比較，分別將兩種控制架構透過IsSpice模擬軟體驗證，並使用各式類比元件建構實際硬體電路進行量測。最後整理模擬與實驗結果，比較兩種架構的各項控制參數，其功率因數結果在滿載情況下皆可以達到0.97以上，並且達成輸出端定電流的目的。

In the thesis, an LED driver circuit with Power Factor Correction (PFC) and constant output current is presented. For open-loop LED driver, an insulated switching Flyback power converter is designed, and the Flyback converter will be operated in Continuous Conduction Mode(CCM). One develops equivalent mathematical model for the drivers system. The main part of this thesis is about the design and the study of a closed loop PFC control circuit using inductor voltage sensing technology. In addition, one introduces another traditional inductor current sensing control technique is included to compare with the designed control circuit. Then, one confirms the designed circuits by simulation and the experiment. From the results, the power factor can reach to 0.97, and the expected constant output current control has also been achieved.

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究方法 2
1-3 論文架構 4

第二章 LED驅動方法與功率因數修正技術介紹 5
2-1 LED簡介 5
2-2 LED架構 7
2-3 LED驅動技術 9
2-4 功率因數的意義與定義 11
2-5 功率因數修正技術 14
2-5-1 被動式功因修正技術 14
2-5-2 主動式功因修正技術 15

2-6 典型主動式功率因數修正控制架構 16
2-6-1 連續導通模式電流控制法分類 18

2-7 電力轉換器之分類與選擇 20
2-7-1 非隔離型電力轉換器 20
2-7-2 隔離型電力轉換器 22

第三章 返馳式電力轉換器原理分析與設計 23
3-1 返馳式電力轉換器工作原理 23
3-1-1 連續電流導通模式 24
3-1-2 不連續電流導通模式 27

3-2 返馳式電力轉換器之CCM/DCM邊界條件 28
3-3 以狀態空間平均法進行返馳式電力轉換器穩定度分析 29
3-4 返馳式電力轉換器開迴路模擬分析 35

第四章 電感電流感測控制法之功因修正電路設計 39
4-1 電感電流感測控制法原理簡介 40
4-1-1 控制原理推導 41

4-2 電感電流感測控制法之載波產生器設計 44
4-3 電感電流感測控制法模擬分析 45

第五章 電感電壓感測控制法之功因修正電路設計 51
5-1 電感電壓感測控制法原理簡介 51
5-1-1 控制原理推導 53
5-1-2 電感電壓感測控制法電壓迴路設計 55
5-1-3 電感電壓感測控制法電流迴路設計 56
5-2 電感電壓感測控制法模擬分析 57

第六章 控制電路強韌性模擬結果分析 62
6-1 中重載(RL=80Ω)情況下兩種控制方法模擬比較 62
6-1-1 電感電流感測控制法模擬結果 62
6-1-2 電感電壓感測控制法模擬結果 65

6-2 半載(RL=60Ω)情況下兩種控制方法模擬比較 67
6-2-1 電感電流感測控制法模擬結果 67
6-2-2 電感電壓感測控制法模擬結果 69

6-3 輕載(RL=40Ω)情況下兩種控制方法模擬比較 71
6-3-1 電感電流感測控制法模擬結果 71
6-3-2 電感電壓感測控制法模擬結果 73

6-4 負載變動(RL=120Ω→180Ω)情況下兩種控制方法模擬比較 75
6-4-1 電感電流感測控制法模擬結果 75
6-4-2 電感電壓感測控制法模擬結果 75

6-5 負載變動(RL=120Ω→240Ω)情況下兩種控制方法模擬比較 76
6-5-1 電感電流感測控制法模擬結果 76
6-5-2 電感電壓感測控制法模擬結果 77

6-6 系統強韌性模擬結果綜合比較 78

第七章 硬體電路建立與實驗結果分析 80
7-1 返馳式電力轉換器硬體電路 80
7-1-1 CCM開迴路返馳式電力轉換器實驗結果 82

7-2 電感電流感測控制法之功因修正硬體電路 83
7-2-1 以電阻為負載之實驗結果 83
7-2-2 以LED為負載之實驗結果 86

7-3 電感電壓感測控制法之功因修正硬體電路 89
7-3-1 以電阻為負載之實驗結果 89
7-3-2 以LED為負載之實驗結果 93

7-4 實驗結果綜合比較 95
第八章 控制電路強韌性實驗結果分析 97
8-1 中重載(RL=80Ω)情況下兩種控制方法實作比較 97
8-1-1 電感電流感測控制法以電阻為負載之實驗結果 97
8-1-2 電感電流感測控制法以LED為負載之實驗結果 100
8-1-3 電感電壓感測控制法以電阻為負載之實驗結果 102
8-1-4 電感電壓感測控制法以LED為負載之實驗結果 105
8-2 半載(RL=60Ω)情況下兩種控制方法實作比較 107
8-2-1 電感電流感測控制法以電阻為負載之實驗結果 107
8-2-2 電感電流感測控制法以LED為負載之實驗結果 110
8-2-3 電感電壓感測控制法以電阻為負載之實驗結果 112
8-2-4 電感電壓感測控制法以LED為負載之實驗結果 115
8-3 輕載(RL=40Ω)情況下兩種控制方法實作比較 117
8-3-1 電感電流感測控制法以電阻為負載之實驗結果 117
8-3-2 電感電流感測控制法以LED為負載之實驗結果 120
8-3-3 電感電壓感測控制法以電阻為負載之實驗結果 122
8-3-4 電感電壓感測控制法以LED為負載之實驗結果 125

8-4 各種不同負載實驗結果綜合比較 127

第九章 結論與未來展望 130
9-1 結論 130
9-2 未來展望 132
參考文獻 134

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