论文部分内容阅读
LED作为一种绿色环保的新型半导体固态照明光源,以其发光效率高、低碳健康、安全节能、绿色环保和可靠耐用等优点受到各界关注,在近几年来成为发展的重点。由于LED照明同其他电气照明一样是一种非阻性负载,因而需要对其进行功率因数校正,减小谐波对电网的“污染”。而使用功率因数校正技术能够保证输入电流跟随输入电压呈正弦变化,但会导致输入功率呈两倍工频脉动,因此电路需要容值较大的电解电容来保证输出功率尽可能恒定。电解电容的使用会降低驱动电源的寿命；反之,若使用容值较小、寿命较高的陶瓷电容或薄膜电容,又使得输出端的输出功率产生较大脉动,对于恒流驱动电路,即为输出电流包含较大的两倍工频纹波。因此,在实现功率因数校正的同时,还需要避免使用低寿命的电解电容并且要控制输出电流纹波在一个较低的范围内,这对LED驱动电路的设计提出了更高的要求。本文在对BCM原边反馈反激式PFC变换器分析的基础上,设计了自适应固定导通时间生成电路,使得导通时间能够跟随输入电压峰值、负载变化而变化,从而实现恒流效果,同时在输入电压峰值与负载固定时,导通时间固定,实现了功率因数校正。针对输出电流两倍工频纹波,设计了纹波抑制电路来替代寿命较低的储能电容,能够对输出电流进行有效的纹波抑制。本文对低纹波无电解电容AC-DC LED驱动电路进行建模,使用Simplis软件对改进的电路模型进行了有效性验证。在此基础上,本文采用HHNEC 0.5μm 5V/40V HVCMOS工艺对电路进行了设计,使用Cadence Spectre进行了仿真验证,绘制了PFC控制芯片版图并流片,使用分立器件搭建了纹波抑制电路。通过对原型电路进行测试,交流输入电压在90V-264V范围内,输出功率在12-18W时,整个系统的功率因数高于0.9,最高达到0.9961,总谐波失真不高于20%,最小值仅为6.29%,采用纹波抑制电路后,输出电流纹波分量最高为4.37%,转换效率高于81.07%,满足了设计指标。随着两倍工频纹波造成LED频闪的问题越来越受到人们的关注,因此对于使用功率因数校正技术的LED驱动电路输出电流纹波的抑制这方面研究,尤其是对于单级PFC,逐渐成为一个热门方向,但是目前还处在较为初级的阶段。本文的纹波抑制电路立足于现有方法的理论基础,不仅避免使用低寿命的电解电容,又降低了输出电流纹波,同时还保证对电路其他性能没有影响,或有着影响较小,这为纹波抑制电路集成化、小型化、产品化提供了有力的理论支持,为早日设计出有自主知识产权的无频闪PFC LED驱动电路打下良好的基础。