FAN6961在LED路燈驅(qū)動(dòng)電源中的應(yīng)用

摘要：LED驅(qū)動(dòng)電源通常采用全橋整流和電容濾波電路實(shí)現(xiàn)AC/DC的變換，線路中會(huì)產(chǎn)生諧波干擾和波形的失真，這將對(duì)電網(wǎng)和線路產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，影響電源的利用率。本文將飛兆公司生產(chǎn)的芯片F(xiàn)AN6961應(yīng)用于一款智能型LED路燈驅(qū)動(dòng)電源中，較好地實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正，使驅(qū)動(dòng)電源的性能得到較大提升。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)電源 全橋整流 諧波干擾 功率因數(shù)校正

0 引言

在世界范圍能源危機(jī)的背景下，而LED照明無疑成為了這場變革中的重要力量，得到廣泛應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電源作為系統(tǒng)的核心，被稱之為“心臟”，其性能優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的應(yīng)用。在電源諸多組成單元中，功率因數(shù)校正電路（簡稱PFC）對(duì)于電源性能影響巨大。

眾所周知，采用全橋整流和電解電容濾波的電路中實(shí)現(xiàn)AC/DC的變換，為后級(jí)級(jí)聯(lián)的變換器供電[1]。由于整流二極管導(dǎo)通角很小，使AC輸入的電流呈尖峰狀脈沖，波形嚴(yán)重畸變。電流波形的基波分量很小，諧波分量卻很高，這將對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，也會(huì)對(duì)其他電路和設(shè)備產(chǎn)生干擾。另外，由于電流波形存在嚴(yán)重失真，系統(tǒng)功率因數(shù)較低，使得電源利用率降低，造成能源浪費(fèi)。因此，必須采取措施，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行有效的校正。就本質(zhì)而言，是輸入AC電流的畸變進(jìn)行校正或?qū)Σㄐ芜M(jìn)行整形，使其盡可能保持正弦波，使輸入電流盡量與輸入電壓保持同相位。

1 PFC電路的基本原理

1.1 概述 如圖1所示，LED路燈驅(qū)動(dòng)電源基本組成包括：EMI濾波器、全橋整流電路、功率因數(shù)校正（PFC）變換器、DC-DC功率變換單元、負(fù)載等。

PFC電路可分為無源PFC電路（PPFC）和有源PFC電路（APFC） [2]。無源PFC電路一般使用二極管、阻容和電感等無源元件，其優(yōu)點(diǎn)是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單和成本低，但效果較差，較典型的結(jié)構(gòu)是填谷式無源PFC。而有源PFC電路采用有源器件，常用的是集成IC?？煞譃閱渭?jí)PFC和兩級(jí)PFC電路，單級(jí)PFC是兼有校正和反激式變換器拓?fù)潆p重功能，單級(jí)單開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路簡單、成本低，效率較高。但對(duì)于100W以上的LED路燈等照明應(yīng)用，單級(jí)PFC電路難以同時(shí)兼顧PFC控制和反激式變換器輸出恒流控制。因此，需要兩級(jí)電路拓?fù)鋪硗瓿?。含有源PFC電路的兩級(jí)LED照明電路，前級(jí)工作在連續(xù)電流模式（CCM）的有源PFC升壓變換器，后級(jí)通常為PWM驅(qū)動(dòng)的反激式變換器，使用兩個(gè)獨(dú)立的控制器和兩個(gè)開關(guān)管。含有兩級(jí)拓?fù)涞挠性碢FC電路的電源能輸出功率可達(dá)幾百瓦，功率因數(shù)在0.980～0.995范圍。AC輸入電流THD<10%，甚至達(dá)THD<6%，但是效率較單級(jí)PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)低，兩級(jí)架構(gòu)電路復(fù)雜、系統(tǒng)可靠性差、成本高。

在150W以上的LED照明應(yīng)用中，常采用有源PFC電路+半橋LLC諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。輸出功率比反激式變化器大、效率高，是電源設(shè)計(jì)常采用的結(jié)構(gòu)。

1.2 PFC電路基本原理 如圖2所示，主電路由全橋整流器和DC-DC Boost變換器組成[4]，下框內(nèi)為控制電路，包括：電壓誤差放大器VA及基準(zhǔn)電壓Ur，電流誤差放大器CA，乘法器M，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)器，負(fù)載。

原理如下：主電路的輸出電壓U0和基準(zhǔn)電壓Ur在電壓誤差放大器VA比較，輸出電壓信號(hào)和檢測(cè)到的整流電壓Udc值共同送入乘法器M，其輸出則作為電流反饋控制的基準(zhǔn)信號(hào)，與開關(guān)電流is檢測(cè)值送入電流誤差放大器CA進(jìn)行比較，輸出誤差信號(hào)送到PWM及驅(qū)動(dòng)器，來控制開關(guān)管Qr的通斷，從而使輸入電流iL（即電感電流）的波形與整流電壓Udc的波形基本一致，減少電流諧波成分，提高了功率因數(shù)。

2 主要參數(shù)設(shè)計(jì)

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)將FAN6961功率因數(shù)校正控制器應(yīng)用于LED路燈驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)中，配合后級(jí)的LLC變換器，有效改善了電路的功率因數(shù)，提高了系統(tǒng)的效率。該芯片外圍電路較少，工作可靠，極大地減少了設(shè)計(jì)周期，為中功率及以上開關(guān)電源的快速、可靠設(shè)計(jì)提供可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛興武，毛涵月，王佳寧，祝大衛(wèi)編著.LED照明驅(qū)動(dòng)電源與燈具設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[2]張占松，蔡宣三編著.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3]周太明等.高效照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2004.

[4]毛鴻，吳兆麟.有源功率因數(shù)校正器的控制策略綜述[J].電力電子技術(shù)，2002（2）：58-61.

[5]朱方明，余建剛.有源功率因數(shù)校正技術(shù)原理及應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2000（7）：40-42.

[6]Ron Lenk著，王正仕，張軍明譯.實(shí)用開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2006.

作者簡介：

張鵬（1977-），男，講師，黑龍江哈爾濱人，主要從事教學(xué)及科研工作；趙鵬（1979-），男，講師，甘肅崇信人，主要從事自動(dòng)控制類教學(xué)、科研工作。