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研究生: 莊凱程
kai-cheng chuang
論文名稱: 單級高功因轉換器於LED球泡燈電源設計與實現
Design and Implementation of Single-stage High Power Factor Converter with LED Bulb Power
指導教授: 徐國鎧
Kuo-Kai Shyu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 資訊電機學院 - 電機工程學系在職專班
Executive Master of Electrical Engineering
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 積分球量測系統LED單級返馳式轉換器流明
外文關鍵詞: Fly-back converter, Lumen, light emitting diode, Integrating sphere measurement system
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  • 本論文目的在設計LED球泡燈模組之光電系統,並設計符合安規的隔離式高功率因數之LED球泡燈電源。
    此外,在設計一個LED燈板前,先利用軟體模擬排列如何可以達到預定的流明值,再算出LED所需的數量,並採定電流方式驅動LED,此方式可以亮度穩定及避免LED壽命減損。並利用光學軟體Trace Pro 模擬出表面光源特性,以計算LED球泡燈的流明值與照度值。
    透過單級馳返式架構,以及在ㄧ次側回授控制LED電流,減少光耦合零件,和二次側電流控制電路零件,以提昇整體效率。最高能量轉換效率為88%,且其具有功率因數校正能力,使功率因數能達到0.97,以達到節能減碳、減少能源的消耗。
    最後利用積分球去驗證LED球泡燈,實際的流明、色座標、演色性指數(Ra)、光譜圖等參數。本論文利用實際一個7W的電源跟LED燈板,做出LED球泡燈,實驗的結果;總流明達到639 lm,而整體含電源的每瓦發光效率可高達89 lm/W,可達到要取代的目標,60W鎢絲燈泡,光通量610 lm,每瓦發光效率為10.172 lm/W。


    This thesis designs an electro-optic system based on light emitting diode (LED) bulbs. If also designs isolated-type LED bulb drive circuits with high power factor.
    Additionally, software simulations are performed first to determine the number of LEDS of a bulb. Such that the LED bulb could meet the desired lumen value. LEDS are driven by constant current control. The drive method provides constant brightness and longer life time. Moreover, optical software Trace Pro is used to simulate optical characteristics of optical source so that the lumen value and illumination intensify of LED bulb could be obtained.
    Through single stage fly-back structure and current feedback from the primary side, the drive circuit could be dramatically simplified. In this case, the overall every conversion efficiency is increased. The highest conversion efficiency is 88%. In addition, the power factor reaches 0.97 due to the power factor correction.
    Finally, and integration sphere system is used to measure LED bulb parameters like lumen, colors coordinate, light spectrum, etc. An 7w LED bulb is realized. Experimental results show that the LED bulb has 639 lumen and high conversion efficiency 89 lumen/W. These data also show that the designed LED bulb could be used to replace the traditional 60W bulb with 610 lumen and conversion efficiency 10.172 lumen/W.

    中文摘要 i 英文摘要 ii 誌 謝 iv 目 錄 v 圖 目 錄 ix 表 目 錄 xii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目標 3 1.3 論文架構 5 第二章 高亮度白光LED與驅動電路介紹 6 2.1 LED簡介 6 2.2 LED的發光原理 7 2.2.1 LED光源的優點 8 2.2.2 白光LED的實現方法 10 2.2.3 LED波長 12 2.2.4 LED色溫 13 2.2.5 LED演色性 13 2.3 LED的排列組合 16 2.3.1 串聯式 16 2.3.2 並聯型 17 2.3.3 串並聯型 17 2.4 LED電源供應器的種類 18 2.4.1 定電壓(Constant Voltage,C.V.)型 18 2.4.2 定電流(Constant Current,C.C.)型 19 2.4.3 混合型(C.V.+C.C.) 20 第三章 LED球泡燈光學模擬分析與設計 21 3.1 LED燈具設計 21 3.2 Trace Pro軟體 23 3.2.1機構尺寸建立 23 3.2.2 LED參數設定 24 3.2.3 擴散片參數設定 25 3.3 模擬LED球泡燈配光曲線跟照度圖 26 第四章 功率級電路分析與設計 29 4.1 前言 29 4.2 功率因數定義 29 4.2.1 功率因數校正電路 33 4.2.2 雙級式PFC架構 34 4.2.3 單級式PFC架構 35 4.3 LED照明燈具諧波電流與THD規範 36 4.4 LED電源EMI規範 36 4.5 返馳式轉換器之基本工作原理 37 4.5.1返馳式轉換器連續導通模式CCM之穩態分析 40 4.5.2 返馳式轉換器連續導通模式CCM與DCM之邊界條件 42 4.6 LED電源主電路 44 4.6.1 EMI濾波及橋式整流電路 45 4.6.2 功率開關驅動電路 46 4.6.3 回授電路 48 4.6.4 整流電路 49 4.6.5 保護裝置電路 49 第五章 實驗結果與比較 51 5.1 系統規格 51 5.2 光學量測數據與模擬比較 52 5.3 實際LED球泡燈電源開機暫態波形與輸出電流波形 53 5.4 LED電源PF與EFF數據 58 5.5 積分球與照度計量測系統 59 5.6 LED球泡燈電源實體圖 62 5.7 LED球泡燈溫度測試數據 62 第六章 結論與未來研究方向 64 6.1 結論 64 6.2 未來展望 65 參考文獻 66 附錄A NICHIA 3014 LED規格書 69 附錄B LNK IC規格書 70 附錄C 日系Rubycon長壽命電容ZLH規格書 71 作者簡介 72

    參考文獻
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