论文部分内容阅读
摘要：LED驱动电源通常采用全桥整流和电容滤波电路实现AC/DC的变换，线路中会产生谐波干扰和波形的失真，这将对电网和线路产生严重的干扰，影响电源的利用率。本文将飞兆公司生产的芯片FAN6961应用于一款智能型LED路灯驱动电源中，较好地实现了功率因数校正，使驱动电源的性能得到较大提升。
关键词：驱动电源 全桥整流 谐波干扰 功率因数校正
0 引言
在世界范围能源危机的背景下，而LED照明无疑成为了这场变革中的重要力量，得到广泛应用。驱动电源作为系统的核心，被称之为“心脏”，其性能优劣直接影响到系统的应用。在电源诸多组成单元中，功率因数校正电路（简称PFC）对于电源性能影响巨大。
众所周知，采用全桥整流和电解电容滤波的电路中实现AC/DC的变换，为后级级联的变换器供电[1]。由于整流二极管导通角很小，使AC输入的电流呈尖峰状脉冲，波形严重畸变。电流波形的基波分量很小，谐波分量却很高，这将对电网造成严重的污染，也会对其他电路和设备产生干扰。另外，由于电流波形存在严重失真，系统功率因数较低，使得电源利用率降低，造成能源浪费。因此，必须采取措施，对功率因数进行有效的校正。就本质而言，是输入AC电流的畸变进行校正或对波形进行整形，使其尽可能保持正弦波，使输入电流尽量与输入电压保持同相位。
1 PFC电路的基本原理
1.1 概述 如图1所示，LED路灯驱动电源基本组成包括：EMI滤波器、全桥整流电路、功率因数校正（PFC）变换器、DC-DC功率变换单元、负载等。
PFC电路可分为无源PFC电路（PPFC）和有源PFC电路（APFC） [2]。无源PFC电路一般使用二极管、阻容和电感等无源元件，其优点是拓扑结构简单和成本低，但效果较差，较典型的结构是填谷式无源PFC。而有源PFC电路采用有源器件，常用的是集成IC。可分为单级PFC和两级PFC电路，单级PFC是兼有校正和反激式变换器拓扑双重功能，单级单开关拓扑结构电路简单、成本低，效率较高。但对于100W以上的LED路灯等照明应用，单级PFC电路难以同时兼顾PFC控制和反激式变换器输出恒流控制。因此，需要两级电路拓扑来完成。含有源PFC电路的两级LED照明电路，前级工作在连续电流模式（CCM）的有源PFC升压变换器，后级通常为PWM驱动的反激式变换器，使用两个独立的控制器和两个开关管。含有两级拓扑的有源PFC电路的电源能输出功率可达几百瓦，功率因数在0.980～0.995范围。AC输入电流THD<10%，甚至达THD<6%，但是效率较单级PFC拓扑结构低，两级架构电路复杂、系统可靠性差、成本高。
在150W以上的LED照明应用中，常采用有源PFC电路+半桥LLC谐振变换器的拓扑结构[3]。输出功率比反激式变化器大、效率高，是电源设计常采用的结构。
1.2 PFC电路基本原理 如图2所示，主电路由全桥整流器和DC-DC Boost变换器组成[4]，下框内为控制电路，包括：电压误差放大器VA及基准电压Ur，电流误差放大器CA，乘法器M，脉宽调制器和驱动器，负载。
原理如下：主电路的输出电压U0和基准电压Ur在电压误差放大器VA比较，输出电压信号和检测到的整流电压Udc值共同送入乘法器M，其输出则作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流is检测值送入电流误差放大器CA进行比较，输出误差信号送到PWM及驱动器，来控制开关管Qr的通断，从而使输入电流iL（即电感电流）的波形与整流电压Udc的波形基本一致，减少电流谐波成分，提高了功率因数。
2 主要参数设计
3 结语
本设计将FAN6961功率因数校正控制器应用于LED路灯驱动电源设计中，配合后级的LLC变换器，有效改善了电路的功率因数，提高了系统的效率。该芯片外围电路较少，工作可靠，极大地减少了设计周期，为中功率及以上开关电源的快速、可靠设计提供可能。
参考文献：
[1]毛兴武，毛涵月，王佳宁，祝大卫编著.LED照明驱动电源与灯具设计[M].北京：人民邮电出版社，2011.
[2]张占松，蔡宣三编著.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3]周太明等.高效照明系统设计指南[M].上海：复旦大学出版社，2004.
[4]毛鸿，吴兆麟.有源功率因数校正器的控制策略综述[J].电力电子技术，2002（2）：58-61.
[5]朱方明，余建刚.有源功率因数校正技术原理及应用[J].现代电子技术，2000（7）：40-42.
[6]Ron Lenk著，王正仕，张军明译.实用开关电源设计[M].北京：人民邮电出版社，2006.
作者简介：
张鹏（1977-），男，讲师，黑龙江哈尔滨人，主要从事教学及科研工作；赵鹏（1979-），男，讲师，甘肃崇信人，主要从事自动控制类教学、科研工作。
关键词：驱动电源 全桥整流 谐波干扰 功率因数校正
0 引言
在世界范围能源危机的背景下，而LED照明无疑成为了这场变革中的重要力量，得到广泛应用。驱动电源作为系统的核心，被称之为“心脏”，其性能优劣直接影响到系统的应用。在电源诸多组成单元中，功率因数校正电路（简称PFC）对于电源性能影响巨大。
众所周知，采用全桥整流和电解电容滤波的电路中实现AC/DC的变换，为后级级联的变换器供电[1]。由于整流二极管导通角很小，使AC输入的电流呈尖峰状脉冲，波形严重畸变。电流波形的基波分量很小，谐波分量却很高，这将对电网造成严重的污染，也会对其他电路和设备产生干扰。另外，由于电流波形存在严重失真，系统功率因数较低，使得电源利用率降低，造成能源浪费。因此，必须采取措施，对功率因数进行有效的校正。就本质而言，是输入AC电流的畸变进行校正或对波形进行整形，使其尽可能保持正弦波，使输入电流尽量与输入电压保持同相位。
1 PFC电路的基本原理
1.1 概述 如图1所示，LED路灯驱动电源基本组成包括：EMI滤波器、全桥整流电路、功率因数校正（PFC）变换器、DC-DC功率变换单元、负载等。
PFC电路可分为无源PFC电路（PPFC）和有源PFC电路（APFC） [2]。无源PFC电路一般使用二极管、阻容和电感等无源元件，其优点是拓扑结构简单和成本低，但效果较差，较典型的结构是填谷式无源PFC。而有源PFC电路采用有源器件，常用的是集成IC。可分为单级PFC和两级PFC电路，单级PFC是兼有校正和反激式变换器拓扑双重功能，单级单开关拓扑结构电路简单、成本低，效率较高。但对于100W以上的LED路灯等照明应用，单级PFC电路难以同时兼顾PFC控制和反激式变换器输出恒流控制。因此，需要两级电路拓扑来完成。含有源PFC电路的两级LED照明电路，前级工作在连续电流模式（CCM）的有源PFC升压变换器，后级通常为PWM驱动的反激式变换器，使用两个独立的控制器和两个开关管。含有两级拓扑的有源PFC电路的电源能输出功率可达几百瓦，功率因数在0.980～0.995范围。AC输入电流THD<10%，甚至达THD<6%，但是效率较单级PFC拓扑结构低，两级架构电路复杂、系统可靠性差、成本高。
在150W以上的LED照明应用中，常采用有源PFC电路+半桥LLC谐振变换器的拓扑结构[3]。输出功率比反激式变化器大、效率高，是电源设计常采用的结构。
1.2 PFC电路基本原理 如图2所示，主电路由全桥整流器和DC-DC Boost变换器组成[4]，下框内为控制电路，包括：电压误差放大器VA及基准电压Ur，电流误差放大器CA，乘法器M，脉宽调制器和驱动器，负载。
原理如下：主电路的输出电压U0和基准电压Ur在电压误差放大器VA比较，输出电压信号和检测到的整流电压Udc值共同送入乘法器M，其输出则作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流is检测值送入电流误差放大器CA进行比较，输出误差信号送到PWM及驱动器，来控制开关管Qr的通断，从而使输入电流iL（即电感电流）的波形与整流电压Udc的波形基本一致，减少电流谐波成分，提高了功率因数。
2 主要参数设计
3 结语
本设计将FAN6961功率因数校正控制器应用于LED路灯驱动电源设计中，配合后级的LLC变换器，有效改善了电路的功率因数，提高了系统的效率。该芯片外围电路较少，工作可靠，极大地减少了设计周期，为中功率及以上开关电源的快速、可靠设计提供可能。
参考文献：
[1]毛兴武，毛涵月，王佳宁，祝大卫编著.LED照明驱动电源与灯具设计[M].北京：人民邮电出版社，2011.
[2]张占松，蔡宣三编著.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3]周太明等.高效照明系统设计指南[M].上海：复旦大学出版社，2004.
[4]毛鸿，吴兆麟.有源功率因数校正器的控制策略综述[J].电力电子技术，2002（2）：58-61.
[5]朱方明，余建刚.有源功率因数校正技术原理及应用[J].现代电子技术，2000（7）：40-42.
[6]Ron Lenk著，王正仕，张军明译.实用开关电源设计[M].北京：人民邮电出版社，2006.
作者简介：
张鹏（1977-），男，讲师，黑龙江哈尔滨人，主要从事教学及科研工作；赵鹏（1979-），男，讲师，甘肃崇信人，主要从事自动控制类教学、科研工作。