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基于SEPIC电路的单级LLC谐振变换器研究

孙佳伟  
【摘要】:LED作为新一代绿色光源,具有光效高、寿命长、响应快等优点,已经广泛应用于路灯照明、汽车照明等领域。传统的LED驱动为两级式结构,两级结构具有较高的PF和较低的THD值,但是存在器件多、体积大、控制较为复杂、成本较高等缺点。单级交直流变换器因其高可靠性、高功率密度而成为研究热点。但是目前的单级结构大多工作在硬开关状态,系统开关损耗较高,无法应用在大功率LED驱动系统中。本文在拓扑集成约束条件下,通过集成Sepic电路的开关器件和LLC半桥谐振电路的开关器件,提出一种新型单级交直流变换器结构。由于集成了两级的开关器件,系统所用的器件较少,降低了系统成本并提高了系统可靠性。同时由于LLC谐振电路在系统集成后,仍具有软开关特性,系统开关损耗较低,母线电压较低,适合应用在大功率LED驱动系统中。本文首先根据SSC集成理论实现了两级变换器到单级变换器的集成变换,对单级结构进行了模态分析,得出了单周期的典型波形。并以母线电压为中间变量,对所提变换器的Sepic单元和LLC单元进行了深入分析,给出了分析过程。其次对所提系统进行了优化设计,包括前后单元典型器件的参数计算与设计,对辅助电源、驱动电路、采样电路的设计等。接下来通过扩展描述函数方法,建立了LLC谐振电路的数学模型,提出了优化的补偿方式,并根据双线性变换法提出系统的数字化控制策略。最后,在理论研究与分析的基础上,对系统进行仿真,并绘制原理图,搭建实验平台,进行实验验证。实验结果表明,所提单级结构能够可靠实现功率因数校正功能,同时系统工作在软开关状态下,稳态时效率高达92%。


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