大功率LED驱动系统单级对称多复合交直流变换器研究

Multiplexed switch single-stage AC-DC converter, which is used as front end converter for high power LED drive system, has two common problems, one is the high voltage and current stress of the multiplexed switch and the other is the high bus voltage in light load and low input voltage state. To solve the problems above, the project will do research on a family of single-stage symmetrical multi-multiplexed AC-DC converter, since there is more than one switch device which is multiplexed, the voltage and current stress are shared equally by the multiplexed switches. Firstly, summarize the integration rules of the switches for the single-stage AC-DC converter，study on the formation rules of AC-DC converter with multi-multiplexed switch devices, and propose a family of single-stage symmetrical multi-multiplexed AC-DC converter. Secondly, based on the sensitivity analysis, expended describing function method and state-plane trajectory analysis, propose optimized control and design methods, lower the bus voltage in light load and low input voltage state, and improve efficiency of the system. Thirdly, build experimental platform to verify the correctness of the family of typologies and the validity of the optimal control methods. The achievements of this project will provide a theoretical basis for the formation of the single-stage AC-DC converter topology, system control and the parameter design, and it will also improve the performances of the front end AC-DC conversion part for the high power LED driver system.

应用于大功率LED驱动系统前端的复合开关器件型单级交直流变换器，存在复合开关器件电流电压应力较高、低载以及低输入电压时母线电压较高的共性问题。为解决上述问题，本项目将开展研究一族单级对称多复合交直流变换器的研究工作，通过复合多个开关器件，均分复合开关器件的电流以及电压应力。首先，总结单级交直流变换器开关器件的集成规律，在此基础上，研究复合多开关器件的单级交直流变换器的形成规律，提出一族单级对称多复合交直流变换器。其次，结合灵敏度分析、状态平面轨迹分析方法以及扩展描述函数方法，建立优化的控制方法以及设计方法，降低低载以及低输入电压时的高母线电压，提高系统效率。最后，搭建实验平台验证拓扑族和优化控制方法的有效性。本项目的研究成果将为单级交直流变换器拓扑形成、系统控制和设计提供理论依据，并将改善大功率 LED驱动系统前端交直流变换环节的性能。

大功率LED 已经逐渐应用于汽车照明系统、路灯照明系统以及背光显示系统中，运用单级技术，在保证照明系统性能的前提下，最大限度降低系统的成本，是LED 能否被广泛推广的关键。大功率LED 驱动系统前级采用单级交直流变换器虽然能够降低系统的成本，但也具有低载以及高输入电压时的输入输出功率难于匹配，复合开关器件损耗高等问题，为更好提高大功率LED 前端单级交直流变换器的性能，本项目研究了以下两方面内容：1）单级以及多复合单级交直流变换器形成规律及运行机理；2）所提多复合单级交直流变换器控制方法以及设计方法研究。本项目完成全部研究内容，同时建立了实验平台，验证了所总结集成规律以及所提拓扑结构的正确性。基于此项研究，共发表文章13篇，其中SCI检索期刊11篇，EI检索期刊2篇。授权发明专利1项，受理2项。本项目的研究成果为单级交直流变换器拓扑形成、系统控制和设计提供理论依据，并将改善大功率LED驱动系统前端交直流变换环节的性能。