Design and Analysis of Soft Switched Interleaved Boost-Flyback Pfc Converter for Ac–dc Led Driver

Abstract

Son yıllarda aydınlatma teknolojileri üzerine yapılan çalışmalar, yüksek verimli ışık yayan diyot (LED) ışık ve uygulamaları için yeni ufuklar açmıştır. LED'ler farklı frekanslarda ve farklı düşük voltaj seviyelerinde çalıştığından, genellikle bir sürücü devresinden beslenirler. Bu nedenle LED'lerin kullanıldığı uygulamalarda genellikle güç elektroniği devreleri içeren sürücü devreleri vardır. Bu güç elektroniği devreleri doğrusal olmayan yükler olduğundan, şebekeye bağlı uygulamalarda şebekeden harmonik akım çekilmesine neden olurlar. Bu nedenle, şebekeden beslenen LED sürücüleri, IEC 61000-3-2 ve IEEE 519 standartlarını karşılamak için genellikle pasif veya aktif güç faktörü düzeltme (GKD) devresi içerir. Bu çalışmada, geliştirilmiş tek aşamalı izole LED sürücü önerilmiştir. Önerilen LED sürücüsü, güç anahtarlarını aynı anahtarlama periyodunda paylaşacak şekilde tasarlanmış olan faz-farklı yükseltici ve flyback devrelerini entegre ederek geliştirildi. Önerilen LED sürücüsünde GKD, darbe genişlik modülasyonu (PWM) yöntemi kullanılarak sağlanırken, indüktör akımları kesintili iletim modunda (DCM) çalışır. Giriş akımı frekansı, faz-farklı sarmaşık yöntemi nedeniyle anahtarların frekansının iki katıdır. Giriş akımının frekansının anahtarlama frekansının iki katı olması elektromanyetik girişim (EMI) filtre boyutunu azaltır. Önerilen devrede kullanılan pasif kayıpsız söndürücü devre DA-DA geri dönüş devresinden kaynaklanan salınımları sıkıştırarak anahtarlar üzerindeki yüksek gerilim stresini azaltır. Yüksek güç faktörüne (PF) ve yüksek verimliliğe sahip önerilen tek aşamalı izole AA-DA LED sürücü, 12 V çıkış voltajı ve 100 W çıkış gücü değeri için simülasyon ortamında doğrulanmıştır.

Studies on lighting technologies in recent years have opened new horizons for high efficiency light-emitting-diode (LED) light and its applications. Since LEDs operate at different frequencies and different level of low voltages, they are usually fed through a driver circuit. For this reason, in applications where LEDs are used, there are usually driver circuits containing power electronics circuits. Since power electronics circuits are non-linear loads, they cause harmonic current to be drawn from the grid in grid-connected applications. Therefore, LED drivers powered from an AC grid often contain passive or active power factor correction (PFC) circuitry to meet IEC 61000-3-2 and IEEE 519 standards. In this study, an improved single-stage isolated LED driver is proposed. The proposed LED driver was developed by integrating interleaved boost and flyback circuits which were designed to share the semiconductor power switches at the same switching period. In the proposed LED driver, PFC is provided by using the pulse-width-modulation (PWM) method, while the inductor currents operate in discontinuous conduction mode (DCM). The input current frequency is twice the frequency of the switches due to the interleaving method. The fact that the frequency of the input current is twice the switching frequency reduces the electromagnetic interferences (EMI) filter size. The passive lossless snubber circuit used in the proposed circuit reduces the high voltage stress on the switches by clamping the oscillations originating from the DC-DC flyback circuit. The proposed single-stage isolated AC-DC LED driver with high power factor (PF) and high efficiency has been verified in simulation environment for 12 V output voltage and 100 W output power value.