高能源效率、高可靠性HB-LED驱动电源关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51407149
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0706.电力电子学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Worldwide, more than 20% of all electric power is consumed by residential, commercial or industrial lighting. Due to the potential of high efficacy, good optical performance, long lifetime, environmental friendliness, and compact size over the conventional lighting devices, high-brightness light-emitting-diodes (HB-LEDs) have emerged as a promising lighting technology to replace the energy inefficiency incandescent lamps and mercury-based fluorescent lamps. However, power supplies for HB-LED lighting application have many drawbacks: low efficiency, short lifetime, and poor lighting quality like flicker, which have become the bottleneck for the development of HB-LED lighting. After following the Twin-Bus HB-LED drivers, the efficiency problem under the entire load rang, specifically the efficiency at light load, is firstly addressed in order to maximize the lighting’s potential of energy saving. Thus, the hybrid-mode control with multiple operation modes and improved burst mode control methods with optimized pulse width are studied in this proposal. On the other hand, to achieve the high reliability, the electrolytic capacitors with short lifetime have to be avoided in the HB-LED power supply. However, the conventional methods for eliminating electrolytic capacitors resulted in distorted input current, reduced efficiency, and poor lighting quality. Therefore, in this proposal, two novel control methods with high rejection capability of double line frequency voltage ripple, Proportional Integral cascaded Qusi-Resonant (PI-QR) and Proportional Integral cascaded Qusi-Notch Filter (PI-QNF) are proposed firstly. The proposed solutions provide significant double line voltage reduction while it has negligible impact on the phase and gain margins of the control loop gain. Compared with its counterpart, it has no additional cost, efficiency, and complexity penalties. Furthermore, the high efficiency PWM converter incorporating resonant conversion mode and the driver approach considering light attenuation compensation and temperature compensation are also discussed in this proposal. Finally, the validity and effectiveness of the proposed solutions are verified by the experiment results from the prototype.
照明用电约占人类总用电的20%以上,是节能的关键。HB-LED因其高光效、长寿命、环保等优点,成为21世纪最具潜力的绿色光源。然而其驱动电源却因效率不高(特别是轻载效率)、寿命较短、驱动方式不佳等问题,成为HB-LED 照明发展的瓶颈。项目在继前期研究的Twin-Bus HB-LED驱动电源之后,首次从能源利用率的角度,提出调光状态下的效率问题,即驱动电源的能源效率,并提出和研究多模式混合控制及最佳脉冲宽度Burst Mode的控制策略;针对传统电解电容消去方法致使驱动电源效率降低、输入电流畸变及HB-LED光输出闪烁的问题,首次提出具有较强低频纹波抑制能力的PI级联准谐振和PI级联准陷波器的新型控制方法。该方法不但降低了传统PI控制对高控制带宽的要求,而且没有任何惩罚;讨论了嵌入谐振模式的高效率PWM变换器拓扑和考虑光衰及结温补偿的HB-LED驱动技术。最后,构建了原理样机和实验验证。

结项摘要

HB-LED因其高光效、长寿命、环保等优点,成为21世纪最具潜力的绿色光源。然而其驱动电源却因效率不高、寿命较短、驱动方式不佳等问题,成为HB-LED 照明发展的瓶颈。本项目针对HB-LED驱动电源高效率、高性能、长寿命的需求,从电路拓扑、驱动架构和控制方法进行研究,主要研究成果包括: (1) 针对传统三级式架构中的经典电路拓扑,将Boost PFC与半桥LLC进行集成,提出了一种单级无桥Boost-LLC AC-DC变换器拓扑; (2) 以提出的新型单级Boost-LLC AC-DC变换器为基础,结合Twin-Bus架构,提出一种准单级、无电解电容高功率HB-LED照明驱动方案;该方案具有最少的功率转换级数、较高的转换效率、最低的成本和高的可靠性以及较优的输入输出特性;(3)在分析电路机理和相关调制策略的基础上,提出了基于Bus电压前馈和反馈的两种PFM-PWM混合控制技术, 解决了全球输入电压下Bus电压过高及LLC谐振参数设计困难的问题;(4) 引入准谐振技术术和开关管最小关断时间Toff_min 控制,解决了针对传统低频纹波对消架构中前级CRM Flyback 拓扑存在负载范围和线周期内开关管开关频率变化范围较宽,开关损耗大的问题;(5) 提出了一种改进型的无桥SEPIC PFC电路拓扑, 克服了传统无桥SEPIC PFC存在环流噪声的缺点。.研究成果解决了传统HB-LED驱动电源的低效率、高成本、短寿命等问题,促进了HB-LED照明电源的性能提升,对优化相关电源产品性能、降低成本、节能减排具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(0)
A High-Efficiency Quasi-Single-Stage Bridgeless Electrolytic Capacitor-Free High-Power AC–DC Driver for Supplying Multiple LED Strings in Parallel
一种高效准单级无桥无电解电容器高功率交流-直流驱动器,可为多个 LED 灯串并联供电
  • DOI:
    10.1109/tpel.2015.2490161
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    IEEE Transactions Power Electronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hongbo Ma;Jih-Sheng Lai;Cong Zheng;Pengwei Sun
  • 通讯作者:
    Pengwei Sun
一种宽范围ZVS定频LCC谐振变换器设计
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.170850
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林磊明;许建平;陈一鸣;马红波
  • 通讯作者:
    马红波
高效率、高功率密度无桥PFC设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电力电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    易俊宏;马红波;孟庆伟
  • 通讯作者:
    孟庆伟
An Improved Bridgeless SEPIC Converter Without Circulating Losses and Input-Voltage Sensing
一种改进的无循环损耗和输入电压检测的无桥 SEPIC 转换器
  • DOI:
    10.1109/jestpe.2017.2768545
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Hongbo Ma;Yuan Li;Jih-Sheng Lai;Cong Zheng;Jianping Xu
  • 通讯作者:
    Jianping Xu
CCVM-DCVM 边界模式定频LCC 谐振变换器设计
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.162479
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈一鸣;许建平;李兵兵;林磊明;马红波
  • 通讯作者:
    马红波

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其他文献

三相Buck整流器级联直流变换器控制策略硏究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘高;陈强;马红波;陶壮意
  • 通讯作者:
    陶壮意
基于GaN HEMT的MHz LLC直流变压器的设计
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐康;马红波;林冬武
  • 通讯作者:
    林冬武
准谐振软开关双管反激变换器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄阳强;许建平;殷刚;马红波
  • 通讯作者:
    马红波
基于SiC MOSFET的无桥Boost PFC变换器研究设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电工电能新技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黎晓;马红波;庞亮
  • 通讯作者:
    庞亮
基于GaN HEMT的高效率、高功率密度LLC谐振变换器的设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电工电能新技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李媛;马红波;柯玉连
  • 通讯作者:
    柯玉连

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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