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新型AC LED變換器拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-08-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

 摘要:針對(duì)傳統(tǒng)的 燈整流電路的濾波電容使整流前端的交流輸入電流波形變成尖脈沖,造成功率因數(shù)低、諧波成分增加等問題,提出了一種

  傳統(tǒng)的 燈恒流控制是通過/DC,再通過DC/DC進(jìn)行恒流控制,在/DC 中,通常在整流電路后面用濾波電容使輸出的電壓平滑,但是大電容的存在造成交流端的輸入電流波形變成尖脈沖,而不再是正弦函數(shù)(降低功率因數(shù))?;谝陨螸ED 控制存在的缺陷,本文采用ACLED 變換器控制。DC LED 變換器中由于輸入功率為脈動(dòng)的,輸出功率為恒定的,需要中間儲(chǔ)能電容來平衡兩者的差值,因此,儲(chǔ)能電容一般值較大,并采用電解電容,但數(shù)值高的電解電容壽命遠(yuǎn)小于LED 的壽命,導(dǎo)致整體變換器的壽命降低。

  如果采用AC LED,輸入和輸出功率都是脈動(dòng)的,則需要的儲(chǔ)能電容值較小,會(huì)提高整體變換器的壽命。現(xiàn)有AC LED 燈電路結(jié)構(gòu)有串聯(lián)結(jié)構(gòu),梯形結(jié)構(gòu)和橋式結(jié)構(gòu)。在AC LED 電路結(jié)構(gòu)中,當(dāng)輸入AC 源為電網(wǎng)電壓220 V,50 Hz 時(shí),若不串聯(lián)限流電阻,則需要大量LED 燈串聯(lián)以限制LED 電流,此時(shí)增大了總的開啟電壓導(dǎo)致功率因數(shù)很低。當(dāng)串聯(lián)限流電阻時(shí),則需要串聯(lián)的LED 數(shù)量減小,功率因數(shù)有所提高,但是因?yàn)橄蘖麟娮鑼?dǎo)致效率降低。另外,當(dāng)LED 工作頻率為50 Hz 時(shí),光源將明顯產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象;而工作頻率為100 Hz 時(shí),大部分人感覺不到燈光的閃爍情況。為了解決AC LED 存在的功率因數(shù)和效率低,以及提高負(fù)載結(jié)構(gòu)所示的頻率問題,本文提出了一種的AC LED 變換器拓?fù)潆娐?,并?duì)該拓?fù)潆娐芳翱刂品椒ㄟM(jìn)行分析和研究。

  1 AC LED 燈的變換結(jié)構(gòu)

  圖1 為所提出的AC LED 變換器結(jié)構(gòu)圖。vdc為220 V 交流電壓經(jīng)過不控整流的脈動(dòng)電壓,為了提高功率因數(shù),本文采用Buck PFC 電路來校正電流波形。Buck PFC 電路輸出電壓經(jīng)過半橋變換器轉(zhuǎn)換成交流信號(hào),作為后級(jí)LCC 電路的輸入電壓,提供給負(fù)載LED 燈。因此,該拓?fù)潆娐分饕ㄕ麟娐贰uck PFC、半橋變換器和LCC 諧振電路。從圖1 中可以看出,C1和C2的取值很小能達(dá)到,因此,該電容對(duì)整個(gè)拓?fù)潆娐返膲勖鼪]有影響;LCC 諧振電路輸入和輸出交流電壓的基波頻率為100 Hz,從而負(fù)載LED 的電壓頻率也為100 Hz,該頻率看不出電壓的閃爍。

  圖1 新型的AC LED 變換器

  圖1 的AC LED 變換器

  1.1 Buck PFC 電路參數(shù)的設(shè)定

  在圖1 中,如果整流后的輸入電壓為:

  

  V 為正弦輸入電壓的有效值,則輸入電流為:

  

  I 為正弦輸入電流的有效值。由變換器的輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系可知:

  

  將(2)帶入(3),可得d(t)的表達(dá)式為:

  

  聯(lián)立(2)、(3)、(4)式可得:

  

  所以電容紋波電流的有效值為:

  

  對(duì)于雙管正激電路,變壓器原邊電流和副邊電流的關(guān)系如下:

  

  首先設(shè)定主開關(guān)管頻率為fs1=16.6 kHZ.因?yàn)殡娊怆娙萦绊懽儞Q器的使用壽命,因此盡量使得儲(chǔ)能電容C1和C2小,取C1=C2=1 mF.當(dāng)電感電流工作于連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM 模式)下時(shí),電流紋波大小為:

  

  式中:D 為開關(guān)管S1的占空比,CCM 模式下D = Vce/Vdc.考慮到Vdc最大值為310 V,根據(jù)Buck PFC 電路輸出電壓限制Vce峰值不宜超過220 V,設(shè)定電感電流紋波ΔI L1最大值不超過4A,則L1最佳參考值為:

  

  考慮Buck PFC可以工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)下,電感L1值可取0.865 mH.

 1.2 LCC 參數(shù)的選擇

  下面我們分析LCC 參數(shù)的計(jì)算方法,通過開關(guān)管S2和S3互補(bǔ)導(dǎo)通,使得LCC 諧振電路輸入為交流,工作狀態(tài)如圖2 所示。

  圖2 LCC等效電路

  圖2 LCC等效電路

  根據(jù)其工作狀態(tài)可得到LCC 等效電路,其中C=2 C1=2 C2,LED 用其等效模型代替。

  Von為串聯(lián)開啟電壓23.5V,Re為串聯(lián)等效電阻7Ω。當(dāng)輸出電壓Vo絕對(duì)值小于開啟電壓Von時(shí),io=0,相當(dāng)于空載情況,輸入輸出傳遞函數(shù)為:

  

  當(dāng)輸出電壓Vo絕對(duì)值大于開啟電壓Von時(shí),負(fù)載等效為Ro,輸入輸出傳遞函數(shù)為:

  

  根據(jù)負(fù)載特性,當(dāng)|Vo| 《Von時(shí),應(yīng)盡快使得|Vo|上升至Von,以使得LED盡快點(diǎn)亮。從而可使得式(12)的諧振頻率等于S2的開關(guān)頻率fs=45kHz即:

  


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