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關(guān)鍵字：  電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，  DC/DC變換器，  LED控制

分別對(duì)Buck PFC 功率因素校正電路和LCC 電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析。分析了Buck PFC 電路的工作原理、開(kāi)關(guān)管工作頻率和電容值的大小，同時(shí)理論和仿真分析了半橋電路的工作原理和參數(shù)值的選擇。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能提高功率因數(shù)。該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能克服傳統(tǒng)整流電路由于后端電容造成控制器使用壽命和諧波成分減小等問(wèn)題。

傳統(tǒng)的LED 燈恒流控制是通過(guò)AC/DC，再通過(guò)DC/DC變換器進(jìn)行恒流控制，在AC/DC 變換器中，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?A taget="_blank">LED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(lái)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?，F(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(kāi)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(jué)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(wèn)題，本文提出了一種新型的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(guò)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(lái)校正電流波形。Buck PFC 電路輸出電壓經(jīng)過(guò)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?、Buck 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](méi)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

1.1 Buck PFC 電路參數(shù)的設(shè)定

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(guò)開(kāi)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

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(kāi)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(kāi)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：

式中：Vomax為輸出電壓的峰值，Vimax為|Vcc/2|的最大值。結(jié)合式(10)~(12)可得在滿(mǎn)足式(13)等式條件下，根據(jù)式S95H的限制條件，可選擇電感L2應(yīng)小于0.45mH.

我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)為輸出功率20W，輸出最高峰值電壓不超過(guò)34V.每串LED負(fù)載開(kāi)啟電壓為 23.5V，等效內(nèi)阻為7Ω，流過(guò)最大峰值電流不超過(guò)1.5A.因此，選擇電感r6值分別為50、100、150、200uH得到圖3的仿真波形，根據(jù)增益和諧振頻率限制條件，取L2=100uH，再由式(12)可得C2=133nF.

圖3 帶負(fù)載情況下帶輸入-輸出傳遞函數(shù)Bode圖

通過(guò)以上的理論分析，我們對(duì)圖1中沒(méi)有PFC校正電路和有PFC校正電路進(jìn)行了仿真分析，如圖4和圖5所示。通過(guò)仿真分析可知，圖1的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)和參數(shù)的選擇是可行的。

根據(jù)前面的理論分析，我們制作了AC LED 燈的控制模塊，其設(shè)計(jì)參數(shù)以仿真數(shù)據(jù)為依據(jù)，輸入交流電壓Vin為220V，S1開(kāi)關(guān)頻率為20 kHz，S2和S3開(kāi)關(guān)頻率為30 kHz;主功率電感L1為0.865 mH;諧振電感L2為0.1 mH，儲(chǔ)能電容C1和C2都為1.2 mF;諧振電容C3為133 nF，開(kāi)關(guān)管的PWM 信號(hào)由DSP 產(chǎn)生。圖6 為在圖1 中沒(méi)有PFC 電路時(shí)測(cè)試的電源輸入端的交流電壓和交流電流測(cè)試波形，圖7 為有PFC 電路時(shí)測(cè)試的電源輸入端的交流電壓和交流電流測(cè)試波形。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)的LED 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(wèn)題，提出了一種新型的AC LED 變換器拓?fù)潆娐?。通過(guò)對(duì)圖1 新型的拓?fù)潆娐防碚摲治觯贚CC 電路中的電容值較小，解決了傳統(tǒng)整流電路的大電容給LED 帶來(lái)的使用壽命短的問(wèn)題。本文還理論分析了Buck PFC 電路參數(shù)值的選擇，仿真分析了有功率因素校正電路與沒(méi)有功率因素校正電路的輸入電壓和電流的相位關(guān)系，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的新型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可行性。