帶功率因數(shù)校正的LED日光燈驅(qū)動電源

摘要：文中提出了一種帶功率因數(shù)校正的LED日光燈驅(qū)動電源，該電源具有電路簡單、可靠的優(yōu)點，實測數(shù)據(jù)表明，在較寬電壓范圍內(nèi)，驅(qū)動電源工作穩(wěn)定，其具有較高功率因數(shù)。
關(guān)鍵詞：LED照明；Boost電路；功率因數(shù)校正；恒流源

LED照明由于具有環(huán)保、壽命長、高可靠性等特點，正在發(fā)展成為實施綠色節(jié)能照明工程中最具有前途的第4代光源。由LED的電學(xué)特性可知，LED在正向?qū)ê?，流過LED的電流及其兩端電壓對LED能否正常工作起著關(guān)鍵性的作用。所以，設(shè)計合理的驅(qū)動電源對于LED照明燈就顯得十分重要。
Energy Star標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：商業(yè)照明的供電設(shè)備的功率因數(shù)不得低于0．9。因此LED的供電電源除了能滿足上述LED特性要求，還應(yīng)有功率因數(shù)校正(PFC)功能文。文中針對近年來迅速發(fā)展的LED照明驅(qū)動電路的應(yīng)用，提出一種帶功率因數(shù)校正的LED日光燈驅(qū)動電源。

1 電路原理
圖1為功率因數(shù)校正原理框圖(虛框內(nèi)為控制電路)，主電路為Boost升壓電路，并由控制電路實現(xiàn)雙閉環(huán)控制：外環(huán)電壓控制環(huán)實現(xiàn)穩(wěn)定輸山電壓；內(nèi)環(huán)電流環(huán)實現(xiàn)輸入電流i(t)跟蹤輸入電壓vg(t)波形，其中i(t)=iL(t)。

對于Boost電路，只要輸入電壓低于輸出電壓，電感的電流就完全受開天的控制。以下結(jié)合圖2電感電流受控的特點進行說明。
由于開關(guān)頻率遠高于輸入電壓頻率，可認(rèn)為一個開關(guān)周期內(nèi)輸入電壓平均值與瞬時值相等，平均值不變，即：
vg(t)>Ts≈vg(t) (1)
由于Boost升壓電路低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率遠小于開關(guān)頻率時，可認(rèn)為一個開關(guān)周期內(nèi)狀態(tài)變量的平均值與瞬時值近似相等，平均值近似不變，即：
x(t)>Ts≈x(t) (2)
在滿足上述條件下，開關(guān)元件Q1的電流iQ1(t)與開關(guān)元件D1的端電壓vD1(t)波形如圖2(c)所示。取電感電流iL(t)與電容電壓vO(t)為狀態(tài)變量，在一個開關(guān)周期Ts內(nèi)，可用電感電流iL(t)的平均值iL(t)>Ts與電容電壓vO(t)的平均值vO(t)>Ts來表征Q1的平均電流與D1的平均端電壓，如公式(3)、(4)，式中d(t)為Q1導(dǎo)通截止的占空比時間函數(shù)。


式(3)表明Q1的作用可由數(shù)值為d(t)iL(t)的受控電流源取代在電路中的作用；式(4)表明D1的作用可由數(shù)值為d(t)vO(t)的受控電壓源取代D1在電路中的作用。從而得到圖2(b)Boost升壓電路的一個開關(guān)周期Ts內(nèi)的等效電路模型。進一步用戴維寧定理簡化為圖2(d)簡化模型，則電感兩端電壓為vL(t)為：
vL(t)=(1-d(t))vO(t)-vg(t) (5)