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研究生: 李耿逸
Li, Keng-Yi
論文名稱: 無輸出電解電容之昇降壓LED驅動線路研製與分析
Development and analysis of buck-boost LED driver circuit without output electrolytic capacitor
指導教授: 陳建富
Chen, Jiann-Fuh
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系碩士在職專班
Department of Electrical Engineering (on the job class)
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: LED燈昇降壓轉換器峰值電流控制無電解電容
外文關鍵詞: LED lamps, buck-boost converter, peak current control, no electrolytic capacitor
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  • 發光二極管(LED)在照明市場中越來越受歡迎,在車用顯示、公共照明應用中逐漸取代傳統光源。LED器件本身及驅動器的可靠性與壽命,開始受到了關注。本文研製一無輸出電解電容之昇降壓轉換器,以鋸齒波電流驅動白光LED。由於線路中不存在可抑制電壓之電容器元件,故開關轉態時,LED會受到電感器之影響而產生負電流。本文透過一顆二極體來抑制及減少負電流的產生。最後,本文使用電流模式控制IC,實作一8W無輸出電解電容之昇降壓轉換器,輸入電壓固定為13.5Vdc,開關頻率25kHz,可驅動負載為三、六或九顆串聯白光LED,量測其色溫範圍、光通量數值及器件溫度。再以定電流、定功率驅動的方式來驅動相同LED負載作數據比較。透過實驗證明,本文提出之線路具備可行性。

    Light-emitting diodes (LEDs) are becoming more and more popular in the lighting market, gradually replacing conventional light sources in automotive display and public lighting applica-tions. The reliability and lifetime of the LED device and the driver have begun to attract. In this thesis, a buck-boost converter without electrolytic capacitors is developed to drive the white LEDs with sawtooth wave current. Because there is no capacitor assembly in the circuit to sup-press the voltage, the negative current cauld be generated on the LEDs due to the influence of the inductor when the switch transitions. In this thesis, a diode is used to suppress and reduce the generation of negative currents. Finally, an 8W buck-boost converter without electrolytic capaci-tors is implemented based on a common current mode control IC. The converter is designed as input voltage 13.5Vdc and switch frequency for 25kHz. In addition, it can be used to drive the load of three, six, and nine white LEDs in series, and show its color temperature range, luminous flux value and device temperature. Using a fixed current and a fixed power driver to drive the same LED loads for data comparison. Through experiments, it is proved that the proposal in this study is feasible.

    目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 VI 目錄 VII 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與目的 1 1.2 論文大綱 4 第二章 介紹白光LED的原理及特性 5 2.1 CIE 1931 x,y色度圖簡介 5 2.2 照明常用參數簡介 6 2.3 發光二極體之發光原理 8 2.4 發光二極體特性曲線及等效模型 11 2.5 高亮度白光LED簡介 14 2.6 LED量測規範 17 2.7 LED參數量測 20 第三章 LED的驅動 22 3.1 LED的定電壓驅動 22 3.2 LED的定電流驅動 23 3.3 LED的調光方法 23 3.4 常見LED驅動線路 25 3.4.1 降壓型轉換器 (Buck Converter) 25 3.4.2 昇壓型轉換器 (Boost Converter) 27 3.4.3 昇降壓型轉換器 (Buck-Boost Converter) 29 第四章 無輸出電解電容之昇降壓LED驅動線路設計與分析 33 4.1 線路架構 33 4.2 動作原理與操作模式 34 4.3 反向保護線路 38 4.4 電流模式PWM控制器 39 4.5 線路參數設計 44 4.5.1 電感器設計 44 4.5.2 固定頻率震盪器數值設計 45 4.5.3 PWM輸出驅動緩衝設計 46 4.5.4 電壓模式設定 47 4.5.5 過電流保護設計 47 4.5.6 電壓迴授控制 48 4.5.7 電壓迴授補償設計 49 第五章 實驗結果 57 5.1 完整應用線路圖 57 5.2 實際電路板與LED模組 58 5.3 量測波形與討論 59 5.3.1 三晶白光LED波形 59 5.3.2 六晶白光LED波形 61 5.3.3 九晶白光LED波形 63 5.4 光學表現量測與分析 65 第六章 結論及未來研究 70 6.1 結論 70 6.2 未來研究 70 參考文獻 72

    參考文獻
    [1] LEDinside, “Ban on incandescent lamps creates immense business potential,” Belight, vol. 3, pp. 14-16, 2010.

    [2] 經濟部能源局,「LED照明節能應用技術手冊」,財團法人台灣綠色生產力基金會,2016年8月。

    [3] Yijie Wang, J. Marcos Alonso, and Xinbo Ruan, “A Review of LED Drivers and Related Technologies,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 7, 2017.

    [4] 史光國,「半導體發光二極體及固態照明」,全華科技圖書股份有限公司,2005年。

    [5] 周志敏、周紀海、紀愛華,「LED驅動電路設計與應用」,五南圖書出版股份有限公司,2003年。

    [6] S. Y. R. Hui and Y. X. Qin, “A general photo-electro-thermal theory for light emitting diode (LED) systems,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, no. 8, pp. 1967-1976, 2009.

    [7] S. Li, S. Tan, C. K. Lee, E. Waffenschmidt, S. Y. Hui, and C. K. Tse, “A survey, classification, and critical review of light-emitting diode drivers,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 2, pp. 1503-1516, Feb. 2016.

    [8] Nassary M, Orabi M, Arias M, Emad M. Ahmed EM, and Hasaneen E-S, “Analysis and control of electrolytic Capacitor-Less LED Driver Based on Harmonic Injection Technique,” Energies, vol. 11, no. 11, Nov. 2018.

    [9] 凃宏錫,「應用於高功率LED驅動電路之降壓式轉換器設計」,國立高雄應用科技大學電子工程系碩士論文,2011年1月。

    [10] 康淑雰,「發光二極體驅動應用之電流模式升壓型穩壓器設計與驗證」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2013年1月。

    [11] 李嘉峻,「峰值電流控制模式昇降壓發光二極體驅動電路之小信號模型建構與分析」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2010年10月。

    [12] Point Somee Limited Liability Company Dover, DE (US), “System and Method for driving LED,” U.S. Patent 8 749 175 B2, Jun. 10, 2014.

    [13] Honeywell International Inc., Morristown, NJ (US), “Optimal power supply topologies for switched current-driven LEDs,” U.S. Patent 8 823 284 B2, Sep. 2, 2014.

    [14] Richtek technology Corp, “LED driver and control method thereof,” U.S. Patent 0 015 178 A1, Jan. 15, 2009.

    [15] Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm (SE), “Driver circuit and method of operating the same,” U.S. Patent 6 198 405 B1, Mar. 6, 2001.

    [16] A. Bhattacharya, B. Lehman, A. Shteynberg, and H. Rodriguez, “A Probabilistic Approach of Designing Driving Circuits for Strings of High-Brightness Light Emitting Diodes,” Proceedings of 2007 Power Electronics Specialists Conference, pp. 1429-1435, Jun. 2007.

    [17] J. Zhou and W. Yan, “Experimental Investigation on the Performance Characteristics of White LEDs Used in Illumination Application,” Proceedings of 2007 Power Electronics Specialists Conference, pp. 1436-1440, Jun. 2007.

    [18] 劉軒良,「以脈波驅動發光二極體提升發光效能之研究」,國立成功大學機械工程研究所碩士論文,2007年7月。

    [19] L. Dong, Y. Ye, and L. He, “A Novel PWM Controller IC for LED Driver with Frequency Spread,” Proceedings of Asia-Pacific Power and Energy Engneering Conference, pp. 1-4, Apr. 2010.

    [20] 陳建維,「照明白光LED調光特性及驅動電路之研究」,國立高雄應用科技大學電機工程系碩士論文,2009年7月。

    [21] 林東震,「具高功因及高效率可調光及色溫之LED室內照明驅動源研製」,國立高雄應用科技大學電機工程系碩士論文,2017年7月。

    [22] 曾偉菁,「發光二極體發光特性與其驅動電路之研究」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2006年7月。

    [23] UNECE, “Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the installation of lighting and light-signalling devices,” Regulation No. 48, Jan. 2013.

    [24] 劉如熹、王健源,「白光發光二極體製作技術」,全華科技圖書股份有限公司,2003年。

    [25] 紀國鐘、蘇炎坤,「光電半導體技術手冊I」,經濟部技術處,2002年。

    [26] 陳隆建,「發光二極體之原理與製程」,全華科技圖書股份有限公司,2008年。

    [27] 陳品翰,「圓型疊層壓電變壓器應用於白光二極體驅動電路之研究」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2004年6月。

    [28] K. H. Loo, W. K. Lun, S. C. Tan, Y. M. Lai, and C. K. Tse, “On driving techniques for LEDs : Toward a generalized methodology,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, no. 12, pp. 2967–2976, Dec. 2009.

    [29] 郭朝龍,「具數位調光之高頻交流發光二極體驅動電路設計與研製」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2009年6月。

    [30] 蔡義傳,「單級式高頻脈波發光二極體驅動電路設計與研製」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2011年1月。

    [31] OSRAM Opto Semiconductors, “LE UW U1A3 01 Datasheet,” Aug. 2018.

    [32] OSRAM Opto Semiconductors, “Reliability of the OSRAM OSTAR Headlamp Pro,” Application Note AN011, Feb. 2013.

    [33] 黃建豪,「高亮度LED之驅動電路研製」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2009年6月。

    [34] 潘淑秀,「高亮度發光二極體用高效率驅動電路之研製」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2013年6月。

    [35] 經濟部標準檢驗局,「CNS-15249、CNS-15250」,2008-2009。

    [36] U.S. EPA, “ENERGY STAR Lamps V2.1 Final Specification,” 2017.

    [37] 陳廷杰,「高效率PWM /PFM雙模升壓轉換調整器之白光二極體驅動設計分析」,朝陽科技大學資訊工程學系碩士論文,2007年7月。

    [38] Texas Instruments, “Understanding Inverting Buck-Boost Power Stages in Switch Mode Power Supplies,” Application Report SLVA059B, Mar. 2019.

    [39] Texas Instruments, “UCCx8C4x BiCMOS Low-Power Current-Mode PWM Controller,” Jan. 2017.

    [40] OSRAM Opto Semiconductors, “Virtual LE_UW_U1A1_T,” 2018.

    [41] W. F. Feng, Y. Z. He, and F. G. Shi, “Investigation of LED light output performance characteristics under different alternating current regulation modes,” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronic, vol. 17, pp. 720-723, 2011.

    [42] 許日滔、王溫良,「LED晶片大小對汽車頭燈設計之影響」,財團法人車輛研究測試中心,2006。

    [43] 何耀民、江志彬、許日滔、廖學隆,「車輛遠燈用LED封裝體結構之一次光學設計」,2009。

    [44] 王溫良,「汽機車用LED方向燈設計」,2009。

    下載圖示 校內:2025-08-24公開
    校外:2025-08-24公開
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