智能数字式多级母线电压调制无电解电容LED驱动器关键技术研究

LED lighting technology is a revolutionary breakthrough in the area of energy saving and environment protection and has great meaning for the development of human society. The key technology of advanced LED driver is one of the most important research topic in world for the energy saving and environment protection. The traditional aluminum electrolytic capacitor strongly restricts the advantage of LED in lifetime. How to achieve the aluminum electrolytic capacitor-less LED driving is becoming a technical bottleneck for the development of LED lighting system, which is the main research target of this project..This project focuses on the LED driver with multi-level Bus voltage modulation, studies the concept derivation, and tries to build a general mathematical model for the multi-level Bus voltage modulation based on the basic topology pattern analysis. Meanwhile, it tries to optimize the control strategy and variable topology for the key electrical performance such like high conversion efficiency, high power factor and high LED utilization rate. It tries to propose the standard candidate for the variable topology and the standard design guideline. It also tries to employ smart digital control to achieve the adaptive adjustment for the optimum control strategy to compensate the asymmetrical line voltage in dynamic operation, which is helpful to build a whole smart digital control system for different electrical specification.

LED 照明技术是节能环保方面的一次革命性飞跃,对于人类社会的进步具有极其重要的意义。对先进LED 驱动器关键技术的深入研究是符合我国乃至全球节能环保需求的重要科研课题。传统铝电解电容严重限制LED 灯源在寿命方面的优势发挥，研究并发展无电解电容的驱动器技术成为推广、普及LED 照明系统过程中的重要环节，同时也是本项目的科学研究重点目标所在。. 本项目以多级母线电压调制LED驱动器作为研究目标，研究概念演变过程，从拓扑图形的角度出发，建立多级母线电压调制的准确统一数学模型，针对变换效率、功率因数及LED 利用率等系统关键电气特性进行优化设计策略研究，优选变结构拓扑，提出变结构拓扑标准化候选，建立系统的设计规范；利用数字控制技术，实现自适应优化策略调整及实时动态电网不对称补偿，构建面向不同电气指标要求下的智能控制系统。

LED半导体照明因其高流明、低功耗、寿命长等多方面的优势在全球节能环保方面具有重要的意义，研究发展先进的LED驱动技术能够更好地推广普及LED照明系统在人类社会中的应用。而传统铝电解电容在LED驱动器中的使用却极大地限制了LED灯源本体在使用寿命方面的优势发挥。因此研究发展无电解电容LED驱动器技术具有相应的学术及工程意义。本项目在该现状背景下，重点研究了多级母线电压调制LED驱动技术，在交流正弦电压输入条件下，通过调节后级LED灯串的连接结构方式，降低输入电压和输出电压之间的压差，从而不需要采用大容值电解电容来承担功率平衡的工作。在实现LED灯串的连接结构方式时，会面临整机系统的变换效率，功率因数以及灯源的利用率等方面的问题。本项目首先从数学图形的角度出发，研究合理的设计策略，针对不同应用场合不同出发点需求，实现相应的优化设计。在此研究的基础上，考虑到电网电压的不对称性，传统模拟控制难以实时适应，难免存在灯源频闪的问题，影响终端客户的使用体验，因此本项目引入数字控制技术，对LED的利用率及输出功率做实时的调节控制，以求在不对称电网电压条件下依然能够稳定输出功率，避免灯源频闪。除此之外，结合北美市场的应用需求，可控硅调光器的使用会对多极母线电压调制策略带来额外的复杂因素，对LED功率的平衡稳定输出也带来新的挑战。本项目提出相应的多极母线可控硅数字调光技术，较好的解决了可能面临的技术问题，为实际产品开发应用提供了解决方案的参考。上述研究成果对现有LED驱动技术是一种积极的补充，能够为工业届产品开发提供方案参考。项目组基本完成项目预定的研究内容，项目研究成果和结论基本达到预期目标。