LED sürücü devre tasarımı ve uygulaması
LED driver circuit design and application
Yazar: KENAN GÜRÇAM
Danışman: PROF. DR. MEHMET NURİ ALMALI
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
AA veya DA kaynakla beslenen LED aydınlatma devrelerinde sabit ışık akısını korumak için, LED akımını ve gerilimini düzenlemek oldukça önemlidir. Günümüzde, kullanıcılar değişen sayıda seri bağlı LED'leri sürebilmek amacıyla geniş bir aralıkta çıkış gerilimi sağlayacak sabit akımlı sürücülere ihtiyaç duymaktadırlar. Bu çalışmada, sürekli iletim modunda (CCM) çalışan izole edilmiş SEPIC-FLYBACK dönüştürücü ile modifiye bir VIENNA doğrultucunun birleştirilmesi ile oluşturulan bir LED sürücü önerilmektedir. Önerilen topolojide, entegre SEPIC -FLYBACK dönüştürücü, değiştirilmiş bir VIENNA doğrultucuyu tek anahtarla kontrol etmektedir. Bu sürücü yapısı ile geleneksel köprü doğrultuculara göre birçok avantaj sağlanmıştır. Çalışmanın doğrulanması ve fizibilitesinin sınanması amacıyla, sürekli iletim modunda (CCM) çalışan bir prototip devre tasarlanmıştır. Benzetim çalışması prototip devre modelinden elde edilen bulgular ile doğrulanmıştır. Önerilen LED sürücü devresi 18W çıkış gücünde test edilmiş ve %95'e varan yüksek bir verimde çalıştığı görülmüştür. Kullanılan güç faktörü düzenleyici (PFC) ile giriş akım dalgasında toplam harmonik bozulma (THD) %4'ün altına indirilmiş ve 0,97 seviyesinde yüksek güç faktörü sağlanmıştır. Devredeki PI kontrolcü değişken yüklerde çıkış akımı ve gerilimindeki hatayı azaltmaktadır. Giriş tarafındaki modifiye VIENNA dönüştürücü anahtar üzerindeki gerilim stresini önemli ölçüde azaltmaktadır. Ek olarak, çalışma literatürdeki güncel çalışmalarla karşılaştırıldığında, önerilen LED sürücünün daha az bileşen sayısı ile daha yüksek verim sağladığını göstermektedir. LED yük için C sınıfı 3-2 ve IEC61000 kapsamında zorunlu standartları karşıladığı görülmüştür. Bu durum, önerilen LED sürücüsünün enerji verimliliği ve standartlara uygunluğuyla öne çıktığını göstermektedir.

Abstract:
To maintain constant luminous flux in LED lighting circuits fed by AA or DC sources, regulating the LED current and voltage is very important. Nowadays, users need constant current drivers to provide a wide range of output voltages to drive varying numbers of serially connected LEDs. In this study, an LED driver created by combining a modified VIENNA rectifier with an isolated SEPIC-FLYBACK converter operating in continuous conduction mode (CCM) is proposed. In the proposed topology, the integrated SEPIC -FLYBACK converter controls a modified VIENNA rectifier with a single switch. This driver structure provides many advantages over traditional bridge rectifiers. To verify the work and test its feasibility, a prototype circuit operating in continuous conduction mode (CCM) was prepared. The simulation study was validated with the results obtained from the prototype circuit model. The proposed LED driver circuit has been tested with 18W output power and found to operate at a high efficiency of up to 95%. With the power factor regulator (PFC) used, total harmonic distortion (THD) in the input current wave was reduced below 4% and a high power factor of 0.97 was achieved. The PI controller in the circuit reduces the error in output current and voltage at variable loads. The modified VIENNA converter on the input side significantly reduces the voltage stress on the switch. In addition, the study shows that, compared to current studies in the literature, the proposed LED driver provides higher efficiency with fewer components. It has been found to meet mandatory standards under class C 3-2 and IEC61000 for LED load. This shows that the proposed LED driver stands out with its energy efficiency and compliance with standards.