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完成单位：东南大学，山东大学，香港理工大学

主要完成人：曲小慧，董政，吴昊，李晓璐，刘青

项目亮点

揭示了LED照明系统可靠性评估物理机制，建立了高效驱动拓扑衍生理论，提出了基于电力电子手段的LED光色控制方法。

项目介绍

该项目属于节能减排领域。绿色环保、低碳节能的半导体发光二极管（Light-emitting diode, LED）照明设备对助力我国实现“双碳”目标具有重要意义。尽管宽禁带半导体技术的发展给LED发光效率和寿命的提升带来质的飞跃，但LED器件的高散热性使其运行中不可避免存在光衰、色偏、寿命下降等问题；低压电流型驱动特性使得驱动电路结构复杂，效率低；光源和驱动器的热交叉耦合，进一步降低了系统运行效率和可靠性，无法真正实现节能减排。

为解决LED照明系统可靠性物理评估机理不清晰、驱动架构效率低、发光质量难提升等问题，本项目经过多年的研究，取得了以下创新成果：

1. 揭示了LED光-电-热耦合特性对LED寿命的影响机理，构建了计及驱动电流与芯片内部PN结温度的LED寿命模型，形成了一套完整的LED照明系统可靠性评估方法，有效指导LED照明系统热设计。

2. 提出了非整数级LED驱动架构，形成了单路输出非整数级LED驱动系列拓扑衍生规律。针对多路LED供电，提出了电流源型单电感多端口的LED驱动拓扑，形成其高效解耦拓扑衍生规律，从而为构建电流源型LED驱动系列拓扑奠定了理论基础。

3. 提出了一套采用电力电子手段的自主光色控制方法，有效解决了LED照明系统长期运行中存在的色偏和光衰问题。进一步针对流明要求高的多灯并联场景，构建一系列高精度高可靠的均流网络。

基于该项目的理论成果，指导本科生参加“第十五届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛”，获国家级特等奖，指导多家创新型企业LED照明产品的研发，并与江苏省未来城市公共空间开发运营有限公司开展产学研合作开发智慧路灯杆，参与智慧路灯杆的行业规范制定，实现了我国智慧照明技术产品在国际上的领先地位。

项目图片

完成单位介绍及对项目的贡献

东南大学：揭示了LED光-电-热耦合特性对LED寿命的影响机理，提出了考虑光-电-热多物理场相互作用的结温预测方法，并基于韦伯分布统计学原理和寿命模型，提出了LED照明系统可靠性评估方法，有效指导LED照明系统热设计。提出了非整数级LED驱动架构，减少了功率处理级数，实现了高效率和无电解电容的LED驱动。提出了采用电力电子手段的自主光色控制方法，构建了LED导通压降和结温存在的线性关系，实现了全电气量反馈，建立了输出光色与LED导通压降及驱动电流的解耦控制模型，解决了LED照明系统长期运行中存在的色偏和光衰问题。并进一步针对流明要求高场景，揭示了无源器件实现多路均流的网络特征和均流能力，形成了器件数量少的无源均流电路网络衍生规律，构建一系列高精度高可靠的无源均流网络。

山东大学：阐释了电路中对偶原理以及电力电子电路中存在的诸多相互对偶的元素，指明了电流源型变换器的推演规律及运行特性，揭示了电流源型变换器占空比调制与电流传输增益直接等价关系，指出了其在控制敏感度和线性度等方面优势。建立了多路输出电流源型多端口LED驱动拓扑理论,形成了高效高功率密度LED驱动拓扑衍生规律，解决了分布式中小型LED驱动器功率密度低、多端口耦合、控制策略复杂、敏感度高、线性度差等技术难题。进一步有效整合多种互补的能源形式，实现了多路输出LED照明系统的清洁高效可靠供电。

香港理工大学：提出了单路输出非整数级LED驱动系列拓扑衍生规律，阐明了输出端口与去耦合端口间的能量分配机制及优化理论，获得了功率处理级数的最小极值点，实现了高效率、高功率密度、无电解电容的LED驱动设计。针对输入多输出LED供电，揭示了该架构多端口输出能量优化分配的管理机制。通过整合多种具有互补性质的能源，有效实现了LED照明系统的高效可靠供电、多种清洁新能源灵活接入、输入功率的合理分配。

第一完成人简介

曲小慧 教授

东南大学

曲小慧，东南大学教授、博士生导师。主持国家自然科学基金3项、江苏省自然科学基金2项、其他省部级、企业项目三十余项。担任IEEE TPEL和CPSS TPEA的Associate Editor、IEEE Senior Member、中国电源学会照明分会副主任委员、无线电能传输技术及装置分会委员。获得IEEE Transactions on Power Electronics 2017和2022年度优秀论文奖，2018年度入选澳门大学“濠江杰出访问学者”，获得2021年度中国电源学会优秀青年奖。主要研究方向包括LED照明技术、无线电能传输技术、电力电子功率变换、新能源并网等。