新型AC LED變換器拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì)

　摘要：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、諧波成分增加等問題，提出了一種新型的AC LED 變換器http://butianyuan.cn/article/176390.htm

　　傳統(tǒng)的LED 燈恒流控制是通過AC/DC，再通過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)）。基于以上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?、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]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

　　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

　　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：