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用于汽车照明系统的LED驱动研究

作　者: 王强
导　师: 陆治国
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 发光二极管驱动固定导通时间控制固定导通时间单周期控制三态开关切换控制
分类号: TM923.45
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 207次
引　用: 2次
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内容摘要

现阶段发光二极管(Light-Emitting Diode)的应用日趋普遍。LED灯具具有强于传统光源的若干优势,随着LED功率不断提高,高亮度的LED灯具有着取代传统照明灯具的趋势,应用潜力非常大。在车载照明领域LED灯具也有这广泛的应用,目前主要用在车内的各种仪表盘背光灯、指示灯、阅读灯、装饰彩灯等和车外的高位刹车灯上。虽然只是小功率应用,但相信随着LED制造技术的不断提高,未来不久,大功率的车外侧灯、尾灯、日间行车灯甚至头灯都将采用LED。大功率LED的驱动电源研究显得迫切而具有挑战。目前的LED直流驱动电路中性能最强、效率最高的是电感式开关变换电路。此前这些直流变换器被普遍应用在稳压电源中,而LED因其特殊的光电特性需要高稳定的恒流电源来作驱动,因此需要对各种DC-DC变换器进行调整和优化。本文针对汽车照明系统的用电环境,分成三部分设计和分析了不同电压结构的驱动电源。在降压型驱动电源中利用输出电流受电感电流直接控制的特性,选择了最简单快速的固定导通时间控制策略进行控制,获得了良好稳态精度和动态性能。在升压型驱动电源中采用三态开关技术消除了右半平面零点的不利影响,配合固定导通时间单周期控制、开关切换控制和电感电流调节器,获得了精确的输出平均电流和较快的动态响应以及很高的稳定裕度。在升降压型驱动电源中提出改进的Zeta变换器拓扑,结合固定导通时间控制策略和一定的元件参数匹配规律,可以得到同降压型驱动电源一样的高动态性能。另外,在改进的Zeta变换器基础上引入三态开关电路,使系统获得了更好的稳定性并降低了对元件参数的依赖程度。随后还提出了若干适用本文所提出的控制策略的升降压电路拓扑,进行了稳态分析和简要介绍。以上各部分驱动电源都通过仿真和部分实验验证了理论分析的正确性。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 LED 的发展  9-10
    1.2.1 LED 的发展史  9-10
    1.2.2 LED 在汽车照明中的应用前景  10
  1.3 LED 的结构与特性  10-15
    1.3.1 LED 的结构  10-11
    1.3.2 LED 的光电特性  11-13
    1.3.3 LED 的特点  13-15
  1.4 汽车照明系统的用电环境  15-16
  1.5 LED 的驱动现状研究  16-17
    1.5.1 LED 驱动电源设计要点  16
    1.5.2 LED 驱动电源研究现状  16-17
  1.6 课题的研究意义和内容  17-19
2 降压型 LED 驱动电源  19-43
  2.1 降压型Buck 变换电路的工作原理  19-21
  2.2 Buck 变换电路的小信号模型  21-24
    2.2.1 状态空间平均法  21
    2.2.2 Buck 变换器的小信号模型  21-24
  2.3 变换器控制策略研究  24-29
    2.3.1 电压控制模式  25-27
    2.3.2 电流控制模式  27-28
    2.3.3 非线性控制模式  28-29
  2.4 降压型LED 驱动电源的控制策略  29-33
    2.4.1 固定导通时间控制模式  29-31
    2.4.2 COT 控制模式下系统的动态性能  31-33
  2.5 设计与仿真  33-38
    2.5.1 元件参数设定  33-35
    2.5.2 仿真与分析  35-38
  2.6 实验验证  38-41
  2.7 本章小结  41-43
3 升压型 LED 驱动电源  43-61
  3.1 升压型Boost 变换电路的工作原理  43-44
  3.2 Boost 变换器的小信号模型  44-47
    3.2.1 Boost 变换器的小信号模型  44-46
    3.2.2 Boost 变换器右半平面零点问题  46-47
  3.3 基于Tristate Boost 变换器的LED 驱动电源研究  47-55
    3.3.1 Tristate Boost 变换器的结构与工作原理  47
    3.3.2 固定导通时间单周期控制策略  47-49
    3.3.3 附加开关切换控制策略  49-52
    3.3.4 电感电流调节器  52-53
    3.3.5 系统的动态小信号模型  53-55
  3.4 仿真分析  55-59
    3.4.1 元件参数设定  55-56
    3.4.2 仿真与分析  56-59
  3.5 本章小结  59-61
4 升降压型 LED 驱动电源  61-89
  4.1 升降压型变换电路的工作原理  61-66
    4.1.1 Zeta 变换器的工作原理  62-64
    4.1.2 Zeta 变换器的小信号模型  64-66
  4.2 控制策略  66-71
    4.2.1 固定导通时间控制模式  66-68
    4.2.2 系统稳定性分析  68-70
    4.2.3 改进的Zeta 变换器及其稳定条件  70-71
  4.3 仿真与实验  71-80
    4.3.1 仿真与分析  71-76
    4.3.2 实验验证  76-80
  4.4 基于Tristate Zeta 的升降压型驱动电路  80-85
    4.4.1 Tristate Zeta 变换器  80-83
    4.4.2 仿真分析  83-85
  4.5 其它升降压型驱动电源  85-88
  4.6 本章小结  88-89
5 结论与展望  89-91
  5.1 全文总结  89-90
  5.2 后期工作展望  90-91
致谢  91-93
参考文献  93-97
附录  97

用于汽车照明系统的LED驱动研究

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