变压器级联的双路均流准谐振反激LED驱动器

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基于准谐振双buck电路的高频led驱动技术

摘要传统的LED驱动电路为两级式结构，前级为功率因数校正电路，后级为直流变换电路，其主要优点在于能够对每一级电路进行单独设计，设计过程更为简单，控制也更为精确。

为进一步提高效率及功率密度，本文提出一种适用于工作在较高频率的基于准谐振双Buck电路的LED驱动系统，准谐振双Buck 电路开关器件工作在软开关状态，系统具有较高的效率和功率密度。

主要研究内容包括：本文分析了双Buck电路的工作原理，得到了其工作在准谐振状态的条件约束，提出了优化的参数设计方法。

为进一步降低系统通态损耗并提高开关频率，本文采用了GaN system公司的GaN器件，针对所选器件，提出优化的驱动电路设计方法。

同时针对平面磁性元件中的绕组损耗，寄生电容和漏感等参数难于预测的问题，本文分析了磁性元件的结构、磁性元件的匝数和层数、绕组厚度和宽度等对上述寄生参数的影响，提出了平面磁性元件的精确设计方法，并结合Maxwell仿真软件，采用有限元仿真验证了其准确性。

本文提出了准谐振双Buck电路优化的数字化控制方法。

开关管的开通和关断时刻分别由零电压检测环节和峰值电流检测环节确定，实现了开关器件的自适应零电压开通，同时有效控制了开关器件的峰值电流，提高了系统的稳定性。

同时，本文提出通过采样输入平均电流的方法来对输出电流进行精确调节，实现了LED驱动系统的闭环控制。

由于状态空间平均法忽略了电路中寄生参数，具有一定的局限性，因此本文采用电路平均法，对工作在断续模式下的非理想Buck电路进行建模，建立了其小信号模型，得到了系统开环传递函数，并采用滞后环节对系统进行了补偿，同时根据相应的差分算法，提出了优化的数字补偿策略，提高了系统的鲁棒性。

最后设计并搭建了一台满载60W、工作频率500kHz的样机进行实验验证，实验测得额定功率时系统功率因数大于0.98，THD小于5%，效率达到92.9%，验证了理论分析的正确性。

关键词：高频；双Buck电路；平面磁性元件；氮化镓；LED驱动AbstractTraditional LED driver is a two-stage topology, which is composed of power factor correction stage and DC/DC stage. Two-stage converter has the advantages that each stage can be designed separately with easier design method, and the control of each stage is more accurate. In this paper, in order to increase the efficiency and power density further, a quasi-resonant dual Buck circuit which is suitable for higher frequency applications is proposed. The switches work in soft switching state and the system obtains high efficiency and power density. The major research contents are introduced as follow.In this paper, dual Buck circuit is analyzed in detail and the condition constraint of quasi-resonant state is obtained, and an optimized parameter design method is also proposed. In order to further reduce the system on-state loss and increase the switching frequency, GaN devices of GaN system are adopted, and an optimized driving circuit design method for the selected devices is proposed. At the same time, the parameters such as winding loss, parasitic capacitance and leakage inductance in the planar magnetic components are difficult to be predicted. Therefore, the influence of the structure of the magnetic components, the number of turns of the magnetic components and the number of layers, the thickness and width of the winding on the parasitic parameters are discussed. The precise design method of planar magnetic components is put forward, and the accuracy of the method is verified by finite element simulation with Maxwell simulation software.An optimized digital control method is utilized in this paper. Zero voltage signal detection and peak current detection are designed to determine the turn on and turn off moments of switches. The zero voltage opening of the switching device is realized, and the peak current of the switching device is effectively controlled and the stability of the system is improved. Moreover, constant current control method is also added to maintain output current constant, realizing the closed-loop control of the LED driving system.Because the state space averaging method neglects the parasitic parameters in the circuit and has some limitations, this paper adopts the circuit averaging method to model the non-ideal Buck circuit which works in the discontinuous current mode, and establishes its small signal model. And the system is compensated by hysteresis. At the same time, the optimized digital compensation strategy is proposed according to the corresponding difference algorithm, which improves the robustness of thesystem.Finally, a 60-W and 500kHz prototype was designed to demonstrate the theoretical analysis. The obtained power factor was as high as 0.98, THD was lower than 5%, and efficiency reached 92.9% at full load. The experimental results correspond with the theoretical analysis.Keywords:High frequency, Dual Buck circuit, Planar magnetic component, GaN-FETs, LED driver目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1课题来源及研究背景与意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1 LED驱动拓扑研究现状 (2)1.2.2 高频开关器件研究现状 (5)1.2.3 平面磁性元件研究现状 (8)1.3课题主要研究内容 (9)第2章双BUCK电路拓扑分析 (12)2.1拓扑结构及模态分析 (12)2.2双B UCK电路暂态分析 (14)2.3系统控制策略分析 (17)2.4本章小结 (21)第3章平面磁性元件设计及寄生参数优化 (22)3.1平面磁性元件设计 (22)3.2平面磁性元件寄生参数优化 (26)3.2.1 绕组损耗分析及优化 (26)3.2.2 寄生电容分析及优化 (32)3.2.3 漏感分析及优化 (35)3.3本章小结 (36)第4章断续模式BUCK电路模型建立 (37)4.1大信号动态电路模型 (37)4.2小信号线型电路模型 (42)4.3数字控制器补偿方法 (44)4.4本章小结 (47)第5章样机研制与实验验证 (48)5.1变换器整体结构 (48)5.2电路参数设计 (49)5.2.1 双Buck电路参数设计 (49)5.2.2 驱动电路设计 (52)5.3实验结果 (53)5.4本章小结 (58)结论 (59)参考文献 (61)攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (67) (68)致谢 (69)第1章绪论1.1 课题来源及研究背景与意义课题来源于中国博士后特别资助项目《超高频LED驱动技术研究》和光宝基金项目《超高频功率变换器关键技术研究》。

基于移相补偿的两相交错并联LLC_均流技术

- 87 -工业技术在两相交错并联LLC 中，谐振元件参数差异会导致变换器输出电流不均，使用时需要对其采取均流措施。

文献[1]在其中一相的谐振回路中增加一个耦合电感，并将其作为虚拟电压源，通过移相调节虚拟电压源的大小，调节由谐振参数不同引起的电压差异，从而达到均流目的，但辅助绕组会增加系统的效率和成本。

文献[2]利用磁集成将谐振电感耦合在一个磁性元件，减少了磁性元件的数量，但是相间的交错角固定为180°，电流纹波抑制效果不好。

文献[3]通过在整流侧加入有源开关构成混合整流器，并通过调节有源开关的导通角来补偿电压增益，从而实现两相输出均流，但该方案成本高、控制难度大。

还有研究人员在相间引入开关电感匹配相邻相的阻抗网络，从而平衡谐振腔谐振参数以实现输出均流，但该方案控制复杂，还会增加开关电感损耗。

该文提出了一种基于移相补偿和交错角抑制电流纹波的交错并联均流方案，该方案不会增加任何辅助电路或元件，而是通过移相控制和交错角控制来实现均流和纹波抑制，控制简单，经济性良好，具有较高的实用性。

1 交错并联LLC 谐振变换器1.1 拓扑结构基于移相补偿的两相交错并联LLC 功率拓扑电路结构如图1所示。

理想情况下，交错并联两相的谐振参数完全一致，即L r 1=L r 2，L m 1=L m 2，C r 1=C r 2。

此时并联两相输出不存在电流不均匀现象，负载电流等于单相输出电流的2倍。

其有2个谐振点，分别出现在谐振腔发生串联谐振和串并联谐振时。

2个谐振点表达式如公式（1）、公式（2）所示。

rf （1）（2）f m 式中：f r 、f m 分别为串联谐振频率和串并联谐振频率。

基于移相补偿的两相交错并联LLC均流技术罗松（黑龙江科技大学电气与控制工程学院，黑龙江哈尔滨 150000）摘要：两相交错并联LLC 具有降低输入、输出纹波的能力，但实际使用中难以保证每相谐振元件参数一致，参数差异会使交错并联谐振变换器输出无法实现均流。

双管准谐振反激技术用于一体机电脑电源的高效率实现

双管准谐振反激技术用于一体机电脑电源的高效率实现双管准谐振反激技术是一种用于一体机电脑电源的高效率实现的技术。

它通过合理的电路设计和控制策略，可以在电源转换过程中实现高效率的能量转换，提高电源的效率和性能。

以下将详细介绍双管准谐振反激技术在一体机电脑电源中的应用。

一体机电脑是现代生活中常见的电子设备之一，它通常由显示器、计算机主机和电源三个部分组成。

其中，电源的效率和性能对整个一体机电脑的使用体验和能耗有着重要影响。

传统的一体机电脑电源往往采用开关电源技术，虽然在一定程度上满足了电源的输出要求，但存在着一些问题，例如效率较低、热损失大、功率因素低、电磁干扰等。

为了改善传统电源的这些问题，双管准谐振反激技术被引入到一体机电脑电源中。

该技术以谐振电路为基础，通过对电源的控制和调节，实现高效率能量转换。

在双管准谐振反激技术中，通过合理的电路设计和控制策略，将电源的工作频率与变压器的谐振频率相匹配，以减小开关损耗和谐振回路的能耗，从而提高电源的整体效率。

双管准谐振反激电源的基本工作原理是通过在输入端串联电感，使电源供电端看到一个较大的电感值，降低电流幅值，减小电路开关损耗。

同时，在输出端串联电容，使补偿电流回流到源极，形成零电流开关。

另外，在控制方面，采用自适应控制算法，实时调节开关频率和占空比，以实现电源工作在最佳工作点，进一步提高能量转换效率。

通过应用双管准谐振反激技术，一体机电脑电源可以获得以下几个方面的优势。

首先，该技术可以显著提高电源的效率，减少能量损耗，降低电源的负载和运行温度，延长电源的使用寿命。

其次，双管准谐振反激技术可以提高电源的功率因素，减少电网的谐波污染和无功功率的产生，提高电网的利用率。

此外，该技术还可以降低电磁干扰，减少电子设备之间的电磁干扰，提高整个系统的稳定性和可靠性。

总结来说，双管准谐振反激技术是一种用于一体机电脑电源的高效率实现的技术。

通过合理的电路设计和控制策略，该技术可以提高电源的转换效率、功率因素和稳定性，降低能量损耗和电磁干扰，提高整个系统的性能和可靠性。

准谐振反激式电源原理

准谐振反激式电源原理
NCP1207是一种集成了主要功能的准谐振反激式电源控制器。

它包含了开关管驱动器、电源启动电路、电流模式控制器等组成部分，能够有效地控制和保护电源运行。

NCP1207的工作原理如下：
1.启动电路：当电源开启时，启动电路立即开始工作。

它通过一个启动电阻和一个降压电容组成，通过电容的充电过程使得控制器工作。

2.开关管驱动器：NCP1207能够控制和驱动开关管，实现开关管的正常工作。

它通过调整PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比来控制开关管的导通和关断。

3.调整输出电压：NCP1207通过反馈电路检测输出电压，并将这个信息应用于PWM控制器中。

通过控制PWM信号的占空比，可以实现输出电压的稳定调整。

4.控制保护：NCP1207还集成了多种保护功能，如过电流保护、过温保护等。

当电源工作异常时，控制器会自动对电源进行保护，避免损坏设备。

准谐振反激式电源的优点主要包括低能耗、高效率和小尺寸等。

它可以在高频范围内工作，减小传输损耗，提高电能转换的效率。

同时，由于采用了变压器隔离、反馈控制和多重保护措施，该电源拓扑结构能够提供稳定可靠的电源输出。

总结起来，准谐振反激式电源原理是通过准谐振变换器实现高效的电能转换和稳定可靠的电源输出。

NCP1207作为一种集成了主要功能的准谐振反激式电源控制器，能够更好地实现电源的控制和保护。

一种高可靠性准谐振反激式开关电源的设计王富光

收稿日期：2012-01-15一种高可靠性准谐振反激式开关电源的设计王富光，陈修林，张顺彪，谭红林（株洲南车电气技术与材料科学研究院基础与平台研发中心，湖南株洲412001）摘要：介绍了一种高可靠性准谐振反激式开关电源。

分析了准谐振反激式开关电源和电源冗余的工作原理及实现方式。

通过实验分析，验证了理论分析的准确性，提高了电源可靠性。

证明该电源降低了开关损耗，具有较高的电源效率；表明了两路冗余电源具有较好的均流效果。

关键词：准谐振；冗余；反激；开关电源Design of a High Reliability and Quasi-resonantFlyback Switching Power SupplyWANG Fu-guang ，CHEN Xiu-lin ，ZHANG Shun-biao ，TAN Hong-lin(Base And Platform R &D Center ，Zhuzhou CSR Research Of Electrical Thchnology &Material Engineering ，ZhuzhouHunan 412001，China)Abstract:A high reliability quasi-resonant flyback switching power supply is introduced.The Principles of quasi-resonant technology and power redundancy are analyzed.Experimental results confirmed the accuracy of the theoretical analysis;proved that the power decreased the switching losses and increased power efficiency;shown that redundant power supply has better current-sharing effect and high reliability.Keywords:quasi-resonant;redundancy;flyback;switching power supply随着社会对能源效率和环保问题的关注度日益提高，人们对开关电源的效率期望越来越高，而减少开关损耗是提高效率的重要途径之一。

基于后级调整的多路独立可控恒流输出LED反激式驱动电源

基于后级调整的多路独立可控恒流输出LED反激式驱动电源王睿;王金华;张军明【摘要】针对RGB混光LED照明系统需要多个驱动电源分别驱动且系统复杂、成本较高的问题,提出了一种基于后级调整的多路独立可控恒流输出LED反激式驱动电源,在副边各路加入了MOSFET,以控制各路分时段导通,实现了多路输出电流的独立可控,详细分析了所提驱动电源的系统结构和工作原理,并进行了系统拓展.研究结果表明,该驱动电源不仅实现了多路输出电流的独立控制,而且不受负载电压、变压器匝比的影响,与传统混光驱动方案相比,能有效简化系统、降低成本,具有较高的实用价值.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】5页(P101-105)【关键词】反激;后级调整;LED驱动;多路输出【作者】王睿;王金华;张军明【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM13随着LED技术的不断发展,LED照明在效率、寿命、环保等方面展现出优于传统照明的特性,因而被广泛应用于民用及商业照明[1]。

然而,受封装及散热技术的限制,市场上大部分单颗LED的功率为1 W～3 W[2],因此,大部分的照明场合需要同时使用多个LED光源串并联,以实现照明强度的要求。

目前,多LED支路并联驱动技术仍是研究热点之一[3]。

与此同时,随着智能照明技术的进一步发展,人们对光源的色温提出了要求。

为了调节LED光源色温,常采用RGB混光技术,即通过叠加红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)三路光源,并分别调节三路光源的强弱以得到不同的色温效果[4-5]。

为驱动RGB三路LED,目前主流方法是每条LED支路电流均采用独立的恒流驱动器来控制。

该方法能保证每路LED电流独立可控,但结构较复杂,需要多个驱动电路,不仅增加了系统成本,还降低了系统效率。

基于CLL谐振的大功率多路输出LED驱动器

基于CLL谐振的大功率多路输出LED驱动器
杨斌;陶雪慧;沈黎韬
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2016(42)12
【摘要】针对大功率LED驱动电源需要实现多路均流的特点,提出了一种基于CL 谐振的多路输出LED驱动方案.驱动电路前级采用临界模式下的Boost拓扑实现功率因数校正(PFC)功能,后级采用CL谐振拓扑实现LED负载恒流.首先对CLL谐振变换器的电路原理进行了分析,通过将副边四路输出等效为单路输出,采用基波近似法分析加平衡电容的CLI谐振变换器,求得该变换器的直流电压增益公式和恒流公式.讨论了CLL谐振变换器和Boost型PFC电路的主要参数设计.在此基础上制作了样机,实验结果表明,采用CLL谐振的两级结构电路能高效地驱动LED电源,且各LED串之间具有较好的均流效果.
【总页数】5页(P134-138)
【作者】杨斌;陶雪慧;沈黎韬
【作者单位】苏州大学城市轨道交通学院,江苏苏州215000;苏州大学城市轨道交通学院,江苏苏州215000;苏州大学城市轨道交通学院,江苏苏州215000
【正文语种】中文
【中图分类】TN86
【相关文献】
1.基于多电容充放电平衡的多路输出LED驱动器 [J], 胡晨;吴新科;彭方正;钱照明
2.基于多路输出的高效LED驱动器的分析和仿真 [J], 程伊炳;金尚忠
3.ROHM成功开发出照明用大功率LED驱动器模块最适合LED驱动器的高进度恒定输出电流 [J],
4.基于可变电感的谐振式多路均流LED驱动器 [J], 梁国壮;田涵雷;徐晓玉
5.谐振式单开关多路低纹波输出LED驱动器 [J], 吕寻斋;刘雪山;周群;史旭;贺明智因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

准谐振反激变换器为LED路灯照明的解决方案

准谐振反激变换器为LED路灯照明的解决方案比传统光源，LED具有高效率、使用寿命长的特点。

因此成为了降低室内外能源消耗的照明首选。

对于路灯照明而言更是如此。

谐振变换器能够提高电源效率，是最受欢迎的电源供应拓扑之一。

LLC谐振变换器因提高大功率转换效率和副边整流管的低压应力而引发关注。

然而，复杂的设计和高制作成本使得LLC谐振变换器难以快速投入市场。

LLC还面临一个问题，那就是它是大型的环形电流，需要使用零电压开关电源。

LLC谐振变换器在轻载时会造成相对高功率的损耗。

当MOSFET的二极管性能不佳时，LLC谐振变换器会出现很多潜在的故障和问题。

双管反激变换器旨在解决LLC谐振变换器出现的问题，作为替代方案。

由于在高侧加了一个开关，再利用泄漏电感能量到输入电流，以此提高效率。

无缓冲电路和损耗。

双管反激拓扑适用于120W的开关电源供应。

下面将呈现设计规格和测试结果的细节。

双开关准谐振反激拓扑双开关准谐振反激拓扑实际上是降低钳位电路的损耗。

此外，FL6300A的准谐振工作模式降低开关损耗和保证高效率。

图1是所提出的双开关准谐振反激变换器的简要图解。

FL7930B是有源功率因数校正(PFC)控制器，FL6300A是照明用准谐振模式电流模式PWM控制器。

FAN7382可对两个高侧和低侧MOSFETs进行驱动。

新型600V385欧姆超结、D-PAK封装的MOSFET应用于PFC开关和反激开关中。

传统的单级开关反激变换器使用RCD钳形电路，将泄漏电感能量转为热损耗。

双开关准谐振反激拓再利用泄漏电感能量到输入电流，将MOSFET的最高电压钳进输入电压。

限制MOSFET的最高电压，钳入输入电压有利于可靠性。

在单级开关反激变换器中，很难控制MOSFET的。

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胡晨，吴新科，彭方正，钱照明
（浙江大学电气工程学院，浙江杭州３１００２７）

摘
要：提出两级变压器级联，后级多个变压器原边绕组串联的双路均流准谐振反激ＩＥＤ驱动器．通过将多个后
ＨＵＣｈｅｎ，ＷＵＸｉｎ～ｋｅ，ＰＥＮＧＦａｎｇ — ｚｈｅｎｇ，ＱＩＡＮＺｈａｏ — ｕｉｒｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
正确性．
关键词：ＬＥＤ驱动器；反激；变压器级联；变压器原边串联中图分类号：ＴＭ４６文献标志码：Ａ文章编号：１００８ —９７３Ｘ（２ｏ１５）０４— ０７４０— ０９
Ｔｗｏ。 ‘ ｏｕｔｐｕｔｑｕａｓｉ－。ｒｅｓｏｎａｎｔｆｌｙｂａｃｋＬＥＤｄｒｉｖｅｒｗｉｔｈｔｗｏｓｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｕｒｒｅｎｔｓｈａｒｉｎｇｔｗｏ — ｏｕｔｐｕｔｑｕａｓｉ — ｒｅｓｏｎａｎｔｆｌｙｂａｃｋＩＥＤｄｒｉｖｅｒｗｉｔｈｔＷＯｓｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｗｉｎｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２ｎｄｓｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｗｅｒｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｓｅｒｉｅｓ．Ｉｎ
第４９卷第４期２０１５年４月
浙江大学学报（工学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＩＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）
ｃｕｒｒｅｎｔｓｈａｒｉｎｇｉｎｓｔｅａｄｏｆｐｏｗｅｒｓｈａｒｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｏｕｔｐｕｔｓ．Ｗｈｅｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅ２ｎｄｓｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｔｈｅＤＣｂｉａｓｓｈｏｕｌｄｂｅｎｏｔｉｃｅｄ．Ｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇｉｎｄｕｃｔｏｒｗｉｔｈｇｉｖｅｎｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔ
Ｖｏｉ．４９Ｎｏ．４
Ａｐｒ．２０１５
ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８ — ９７３Ｘ．２０１５．０４．０１９
变压器级联的双路均流准谐振反激ＬＥＤ驱动器
ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａ１ｆｌｙｂａｃｋｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｓｅｒｉｅｓ，ｔｈｅｑｕａｓｉ — ｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｗａｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏ
级变压器的原边绕组串联，解决了传统的多变压器串联反激变流器中无法利用准谐振控制使电路ｌＴ作于『临界连续模式的问题，也解决了反激变流器将多个变压器串联工作于断续模式时只能实现各路输出功率相等而无法实现各
ｒｅａｌｉｚｅ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｗａｓｓｏｌｖｅｄｂｙａｄｄｉｎｇｔｈｅ２ｎｄｓｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．Ｑｕａｓｉ — ｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｃｏｕｌｄｒｅａｌｉｚｅ
路输出均流的问题．在设计后级变压器时，应考虑后级变压器的直流磁偏．给出根据输出电流偏差要求估算后级变压器励磁电感的方法，提出在二极管两端并联电容．利用该电容与后级变压器励磁电感谐振优化输出电流偏差的设计方法，既能够保证较小的输出电流偏差，还可以减小后级变压器所需的励磁电感，从而减小后级变压器所需磁芯规格，降低成本和损耗．研制一台ｉ００Ｗ两路输出反激ＬＥＤ驱动器样机，每路输出７００ｍＡ，验证了理论分析的