一种基于自适应技术的高功率因素高效市电LED照明系统

1、电子科技大学大学生创新训练项目申 报 书项目名称：一种基于自适应技术的高功率因素高效市电LED照明系统申 请 人： 段开锋，何鸣，刘洋，黄嘉宁，万千 .所在学院： 微电子与固体电子学院 . 指导教师： 宁宁 .申请金额： 5000元 .申请日期： 2012/6/7 .联系电话： .电子科技大学教务处二一一年十一月制一、 基本情况1项目情况项目名称一种基于自适应技术的高功率因素高效市电LED照明系统项目性质小发明、小创作、小设计等 基础性研究 应用性研究 新实验开发 社会调研项目来源自主立题 教师指导选题项目起止时间 2012 年 9 月至 2014年 9 月申请金额（元）5000元2申请者（项

2、目负责人）情况姓名段开锋性别男所在学院微固学号19专业微电子技术联系方式3项目组成员情况姓名性别学号主要负责工作联系方式何鸣男22Led调研资料整理刘洋男18数据整理黄嘉宁男11焊接电路与调试万千男26指标方案确定4指导教师情况姓名宁宁职称副教授年龄31所在学院微电子与固体电子学院联系方式二、 研究方案1 研究目的和意义：LED作为新型固态光源，其功耗低，寿命长，启动时间短，无紫外线，色彩丰富以及低压安全等特点，使其成为21世纪照明领域的趋势，并被列为“十一五”能源规划“中国绿色照明工程”，LED产品的开发研制生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年

3、6月份首次提出发展半导体照明计划。 多年来，LED照明以其节能、环保的优势，已受到国家和各级政府的重视，各地纷纷出台相关政策和举措加快LED灯具的发展；大众消费者也对这种新型环保的照明产品渴求已久。然而，市电LED照明由于要求功率较大，其散热问题显得很突出。大量实际应用表明，LED不能加大输入功率的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减严重影响LED的光电参数。甚至使功率LED失效。这也是LED用于市电照明必须迈过的门槛。对于传统市电LED照明，大多采用恒流驱动方式，如果要实现较高功率因素，

4、需要使用变压器或者电感元件，导致电路复杂程度提高。21世纪能源日趋紧张，提高能源利用率成为一大重要课题。作为LED照明系统，提高功率因数将使无功功率降低，从而有效减少线路供电损失，提高电网供电效率。较高效率的LED照明系统可减少不必要的能量耗散，从而减少热量的产生，使LED照明更加经济，绿色环保。2. 研究内容与方法：（1）提高市电LED照明功率因数在交流电路中，功率因数是有功功率和视在功率的比值。因而功率因数是电气系统一个重要的参数，提高功率因数即减少电气系统中无功功率的消耗。市电是50Hz交流电，而用电设备所需要的供电电源为直流电，为此，通常是将交流电压先整流，再滤波，后通过直流变换器获得

5、直流电压。整流滤波部分通常采用二极管桥式整流和电容滤波。只有在输入电压的峰值附近才有输入电流，输入电流中含有丰富的谐波，因此输入功率因数(Power Factor， PF)很低，大约为0.6。输入电流中的谐波会严重危害电网。该“危害”大致如下：a) “二次效应”，即由于阻抗的作用，谐波电流产生压降，造成电网电压不再正弦，产生畸变；b) 干扰其他用电设备，引起电子设备、仪器仪表和保护装置等的误测量和误动作；c) 使电网的线路附加损耗增大。为提高功率因数，功率因数校正(Power Factor Correction， PFC)技术被广泛研究和应用。视采用有源器件与否而定，可将PFC技术分为无源和有

6、源两种。无源PFC变换器是在整流桥后增加电感和电容构成无源滤波网络进行功率因数校正。其主要优点是：电路简单、可靠性高、成本低。主要缺点是：滤波电感值和滤波电容值较大，因此体积大、重量重，而且难以得到高的PF值，满载时PF值一般可提高至0.9左右，但轻载时PF值依然较低。有源PFC变换器是采用电力电子变换器，使输入电流波形呈正弦，并且与输入电压同相位，从而实现PFC。本项目通过研究有源PFC技术，学习不同模式功率因数校正电路，设计符合本项目的PFC方案。（2）市电LED照明系统自适应技术市电频率为50Hz，电压值90V-264V。因此凡是由市电供电的系统，都要求其适应于市电电气参数的变化。同时，

7、在LED照明系统中，当个别LED出现故障时，需要LED照明系统自动调整保证其正常工作。市电LED系统自适应技术是通过控制电路检测LED灯上的电流实现自动调整，使LED上的电流有效值为与供电电压无关的恒定量，保证LED能稳定工作。同时控制芯片自动应对LED系统中可能出现的个别LED短路、开路等各种电路故障，以保证照明系统能正常工作。从而实现宽电压输入范围，LED稳定工作，同时在个别LED故障时自动调整。（3）提高市电LED照明系统效率LED本身发热量比较大，尤其是功率增加，随着电流的增大，LED散热问题显得越来越突出。LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，

8、发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响LED的光电参数，甚至使功率LED失效。因此，必须提高市电LED照明系统的效率，减少不必要的功率消耗。本项目通过研究LED电流和发光性能的关系，设计出高性能LED驱动电路。本项目实施过程，首先查阅有关市电LED照明，以及功率补偿方面的相关技术资料，学习有关提高交流电气系统功率因数与效率，及市电LED照明的知识。通过对知识的掌握，设计出初步的系统方案。在对方案进行调试修改，并进行计算机软件仿真后，用相关电子元器件搭建出所设计的电子系统。最后对所搭

9、建的电路进行调试，比较相关参数与理论值是否相符。在系统测试结束后，进行设计资料整理，作结题报告。3. 研究目标与结果：目标 ：设计完成的市电LED照明系统需满足以下要求：（1） 具有较高的功率因数,减少线路供电消耗，提高整体电源系统的供电效率。（2） 具有自适应功能，能自动应对电路可能产生的各种故障，保证LED照明系统的稳定工作。（3） 工作效率较高，能有效较少系统的热量产生。结果: 作关于基于自适应技术的高功率因数高效市电LED照明系统的结题报告，并制作出相关实际电路。4. 研究进度及安排：2012/9-2012/11：进行led调研与并整理出有关高功率因数高效市电LED照明系统的资料2012/11-2013/3:学习关于市电LED照明，及相关的知识。2013/3-2013/9:进行基于自适应技术的高功率因数市电LED照明系统的方案设计，仿真调试与修改2013/9-2014/6:根据所确定的设计方案，进行电路搭建与调试2014/6-2014/8:整理该项目的有关设计资料与实验数据2014/8-2014/9:作基于自适应技术的高功率因数高效市电LED照明系统结题报告5经费来源及使用计划：经费由学院划拨： 5000元经费