新一代LED區(qū)域照明應(yīng)用的研究

　　這個(gè)電路圖顯示了非隔離轉(zhuǎn)換器電路的最基本實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)電源轉(zhuǎn)換技術(shù)有經(jīng)驗(yàn)的讀者將可以看出，這是一個(gè)將交流主電源電壓以D1到D4進(jìn)行整流，接著通過(guò)由電感器L1、MOSFET開關(guān)Q1、輸出電容C4以及控制器所組成降壓電路轉(zhuǎn)換到較低電壓的簡(jiǎn)單降壓式轉(zhuǎn)換電路。在這個(gè)90到135 Vac輸入的特定電路中，由并行電流傳感電阻R4、積分電路R6和C6以及光電耦合器所組成的簡(jiǎn)單反饋網(wǎng)絡(luò)可以讓這個(gè)電路以定電流輸出模式運(yùn)作。通常在非隔離式設(shè)計(jì)中并不需要光電耦合器，但在這里用它來(lái)對(duì)LED串頂端的電流傳感信號(hào)進(jìn)行移位處理，這個(gè)電路的特殊實(shí)現(xiàn)方式使得它能夠提供高功率因數(shù)和定電流輸出，降壓輸入電容C2，通常又稱為降壓電容則必須對(duì)輸入橋式整流電路上所出現(xiàn)的120 Hz全波整流波形擁有高阻抗，否則功率因數(shù)就會(huì)如電容式輸入濾波器一樣出現(xiàn)大幅劣化的情況，這個(gè)電容的典型值大約在0.1μF到0.47μF的范圍，主要依電路的目標(biāo)輸出功率而定。

　　電感L1在設(shè)計(jì)上主要是電感值要夠低以便讓降壓式轉(zhuǎn)換器可以在非連續(xù)導(dǎo)電模式下運(yùn)作，這對(duì)電路的高功率因數(shù)相當(dāng)重要，這也代表了在開關(guān)斷開的時(shí)間內(nèi)，儲(chǔ)存于電感器中的能量會(huì)下降到0，同時(shí)流經(jīng)它的電流也會(huì)在Q1導(dǎo)通進(jìn)行下一個(gè)開關(guān)周期前停止。通常降壓式轉(zhuǎn)換器會(huì)以連續(xù)導(dǎo)電模式運(yùn)作，二極管D6在Q1斷開時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)電感器電流永遠(yuǎn)大于0，后者需要較高的L1電感值，不過(guò)扼流圈中的電流紋波成份可以變得相當(dāng)?shù)?，將有助于通過(guò)C4的電容性濾波輸出降到最低。在非連續(xù)導(dǎo)電模式中，C4的值也可以相當(dāng)小，原因是它只需用來(lái)濾除電流波形中的高頻開關(guān)成份，LED負(fù)載上出現(xiàn)的輸出紋波波形為降壓轉(zhuǎn)換器輸入端120Hz脈波式直流的縮小版本，C4的典型值大約在1到5 μF，同時(shí)應(yīng)該采用低ESR的聚丙烯薄膜電容。

　　NCP1216控制器在實(shí)現(xiàn)上是以占空比或MOSFET的脈波寬度通過(guò)由光電耦合器所提供引腳2上的反饋信號(hào)控制，電阻R3將控制器設(shè)定為傳統(tǒng)的PWM模式而非電流模式，反饋信號(hào)通過(guò)由R6和C6組成的RC網(wǎng)絡(luò)積分，因此120Hz波形的平均直流值被用來(lái)做為反饋信號(hào)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成了大約在10 Hz處的低頻極點(diǎn)，因此光電耦合器不會(huì)對(duì)輸出紋波的120Hz波封進(jìn)行反應(yīng)，所得到的結(jié)果則是MOSFET會(huì)在開關(guān)周期中維持固定的導(dǎo)通時(shí)間，這個(gè)低帶寬閉環(huán)路情況對(duì)高功率因數(shù)而言也是必要條件，因此由以上所描述的電流運(yùn)作可以看出，降壓式轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗看起來(lái)為純電阻，也使得輸入主電流波峰會(huì)和輸入電壓波峰一樣，同時(shí)功率因數(shù)會(huì)接近一單位，而控制器也能夠維持不受主電源線路電壓或LED順向壓降影響的平均電流大小，提供給LED負(fù)載穩(wěn)定的固定平均電流輸出，電流環(huán)路的增益為光電耦合器電流轉(zhuǎn)換函數(shù)斜率的函數(shù)，能夠適用于典型的定電流運(yùn)作LED負(fù)載。

　　這個(gè)電路配置事實(shí)上有一些限制，最高串行連接LED正向電壓(Vf max)為最低交流輸入電壓、輸出電容C4以及NCP1216最高占空比的函數(shù)，這個(gè)數(shù)字可以由下列的簡(jiǎn)單相對(duì)關(guān)系取得：Vf max (dc)=0.55Vac (min)，因此對(duì)90到135Vac的輸入來(lái)說(shuō)，如果固定光度輸出必須維持到壽命終了，我們可以得到Vf max=0.55×90=49.5Vdc，如果Vf比這個(gè)數(shù)字高上很多，那么輸出將會(huì)開始出現(xiàn)電流下滑。此外，如前面所討論，要達(dá)到良好的功率因數(shù)，流經(jīng)電感器的電流必須為非連續(xù)，因此帶來(lái)了最低LED數(shù)量的限制。最佳電感值將受到主電源線路電壓和LED燈串整體串行順向壓降Vf的影響，測(cè)試顯示，假設(shè)主電源線路電壓變化在標(biāo)準(zhǔn)情況，同時(shí)LED的Vf介于最高Vf到它的50%之間，以下的電感值將適用于大部分的離線式應(yīng)用，假設(shè)PWM控制器的開關(guān)頻率為100kHz，那么在90到135Vac的輸入范圍內(nèi)，平均LED電流為350mA時(shí)的電感值在220到250μH之間，對(duì)190到285Vac的輸入范圍，350mA平均LED電流的電感值則為390到470μH，圖2和圖3分別描述了正常工作條件下的功率因數(shù)和電流調(diào)整表現(xiàn)。

　　圖2 輸入電壓和電流波形Vin = 115 Vac, Vf = 31V, Iout = 350 nom