LED燈高功率因數(shù)驅(qū)動器的設(shè)計(jì)方案(一)

元件C1,D5,C2,D7,D6組成主要填谷電路，每個(gè)周期內(nèi)交流電經(jīng)由橋堆D1~D4整流后，給C1,C2串聯(lián)著充電，D6防止C2反經(jīng)過C1放電，C1,C2的充滿的電荷經(jīng)由D7,D5并連著放電。圖3右側(cè)是電路輸入電流的仿真結(jié)果，能觀察到每個(gè)周期的輸入線電流從30°到150°和210°和330°角度內(nèi)連續(xù)變化，而150°到210°和330°到360°角度內(nèi)不連續(xù)變化，大多電流的畸變都是在這些不連續(xù)的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，如果減少這些畸變，會進(jìn)一步提高諧波性能。仿真圖看到每個(gè)正負(fù)周期內(nèi)有一個(gè)高的電流尖峰，這也是造成電流畸變的因數(shù)之一，可以通過其它元件來抑制這個(gè)尖峰，但在大功率應(yīng)用里，需要平衡好效率和發(fā)熱方面的問題。

3.2 實(shí)驗(yàn)測試填谷式驅(qū)動器的功率因數(shù)

在常規(guī)的BUCK結(jié)構(gòu)上增加了上面介紹的被動式填谷電路，這里的元件分別是C1,C2,D2,D3,D4和R2組成，電阻R2可以改幫助改善諧波電流，降低圖3.1仿真結(jié)果上的最大電流尖峰，實(shí)驗(yàn)中主控制降壓芯片用恩智浦公司的SSL21084產(chǎn)品，SSL21084只是把主開關(guān)管集成到芯片內(nèi)部，開關(guān)控制方式與SSL2109是完全一樣的，具體線路如圖3.2-1所示：

圖3.2-1:填谷式降壓結(jié)構(gòu)線路和測試結(jié)果

圖3.2-1右側(cè)是20W的LED驅(qū)動器的測試結(jié)果，采用被動式填谷電路后，當(dāng)輸入電壓從200V到265V內(nèi)變化時(shí)，功率因數(shù)PF已經(jīng)從原來的0.6提高到了0.9以上，效率也能達(dá)到92%,所以在提高功率因數(shù)的同時(shí)，效率沒有明顯的降低。圖3.2-2是輸入電壓和輸入電流的波形圖，綠色通道是輸入電壓波形，淺藍(lán)色通道是輸入電流波形，很明顯雖然功率因數(shù)提高了，但輸入電流波形還是有畸變的，所以總諧波因數(shù)不是很好，測試數(shù)據(jù)顯示總電流諧波在38%,如圖3.2-2右側(cè)諧波測試數(shù)據(jù)所示，第3,5,7,9次奇次諧波值還是非常高。

圖3.2-2:填谷降壓式結(jié)構(gòu)測試波形和諧波結(jié)果

4 主動式LED驅(qū)動器

主動式功率因數(shù)校正的方式和特點(diǎn)

主動式功率因數(shù)校正常規(guī)上采用兩極拓?fù)鋪韺?shí)現(xiàn)，前級用升壓電路結(jié)構(gòu)，后級直流轉(zhuǎn)換部分用隔離反激式結(jié)構(gòu)，如圖4.1示，功率因數(shù)校正芯片用恩智浦半導(dǎo)體的SSL4101控制器，它運(yùn)行在臨界導(dǎo)通模式下，恒定導(dǎo)通時(shí)間控制，流過電感電流與橋堆整流后的電壓成正比例關(guān)系，所以輸入平均電流的相位會跟隨輸入電壓，得到非常高的功率因數(shù)。這種控制環(huán)路可靠度高，常在中、大功率驅(qū)動器中使用。SSL4101也集成了反激轉(zhuǎn)換控制功能，如目前常采用準(zhǔn)諧振斷續(xù)式控制，準(zhǔn)諧振工作的特點(diǎn)就是確保主開關(guān)上的寄生電容上的電壓降到最低時(shí)導(dǎo)通，降低開關(guān)損耗，并對電磁輻射有一定程度的幫助。副邊輸出的電壓和電流電平通過光電耦合器 (簡稱光耦)來回授反饋給原邊控制器。相比填谷式結(jié)構(gòu)，主動式功率因數(shù)校正設(shè)計(jì)可以達(dá)到更高的功率因數(shù)和低的諧波電流，輸出LED電流紋波也非常低。但是這種兩級結(jié)構(gòu)的驅(qū)動設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，元件成本也很高，一般只適合在功率大于75W以上的LED驅(qū)動器中使用。

圖4:兩級主動式功率因數(shù)校正結(jié)構(gòu)圖