基于CRD具有高功率因數(shù)的LED總成驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

戴初舉+羅文平+林玉霓

摘 要：文章對(duì)傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行簡(jiǎn)述，針對(duì)其缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種利用CRD驅(qū)動(dòng)LED新型電路方案，該方案具備更高功率因數(shù)。并克服了開關(guān)電源的電磁干擾、生產(chǎn)復(fù)雜等缺點(diǎn)，極大消除了LED的頻閃，保持較高功效的同時(shí)，提高了功率因素（PF）。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；CRD；LED；功率因數(shù)；頻閃

中圖分類號(hào)：TN364+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）21-0109-02

引言

隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)能源需求的擴(kuò)大，綠色節(jié)能成時(shí)代主題。但因開關(guān)電源電磁干擾，壽命等問題，LED照明普及阻力重重。且PF值相對(duì)低，提高PF值將降低功效，成本高企。本文提出去電源化，基于CRD驅(qū)動(dòng)LED方法。該方法有極高轉(zhuǎn)換效率，但增加功率同時(shí)降低PF值，因此設(shè)計(jì)一種提高PF值的方法。

1 LED特性

LED是二極管的特例，其伏安特性符合式

其中I（S）為反向飽和電流UT=kT/q，k為波爾茨常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度；q為電子電量。

由上式可知LED是負(fù)溫度系數(shù)器件，由于二極管的溫度升高，電流也上升，因此溫度是LED壽命的關(guān)鍵因素，限定電流來阻止該循環(huán)。

2 驅(qū)動(dòng)方法

根據(jù)LED的導(dǎo)通電壓VLED，當(dāng)電壓小于閥值電壓時(shí)，LED截止，電流為0，不工作，因此整流后有100Hz頻閃效應(yīng)。添電容平壓，使LED時(shí)域上的截止時(shí)間減少，從而降頻閃。

2.1 采用開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)LED方案

開關(guān)電源較為復(fù)雜。交流電壓經(jīng)整流濾波成直流文波，再經(jīng)高頻變換轉(zhuǎn)成所需電壓值，最后整流濾波為所需要的平直流電壓。調(diào)整高頻開關(guān)管的開關(guān)來反饋控制脈寬調(diào)制，以達(dá)到穩(wěn)定輸出。

當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生瞬間浪涌電流，從而損壞燈珠或者控制芯片。且電路復(fù)雜，成本高，裝配復(fù)雜。但開關(guān)電源在產(chǎn)業(yè)鏈在LED行業(yè)仍有重要地位。

2.2 基于CRD的直接驅(qū)動(dòng)LED方式

LED工作需在允許電壓和電流范圍內(nèi)。即必須服從穩(wěn)壓恒流特性。因此輸入電壓波動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路須含恒流元件，且恒流電壓較寬。而CRD正具備這些特點(diǎn)。

2.2.1 恒流二極管的特性

CRD是一種基礎(chǔ)電子器件，具有單向?qū)ㄐ?，且開啟電壓極小，適合電壓波動(dòng)下保持恒流。

2.2.2 基于CRD直接驅(qū)動(dòng)式LED電路

220V經(jīng)整流后由CRD對(duì)峰電流限定。得到紋波峰值電位為220V。因LED有導(dǎo)通電壓，稱為導(dǎo)通閥，所以電流導(dǎo)通角小于電壓[1]。

經(jīng)過CRD直接驅(qū)動(dòng)方式PF值較高，電路簡(jiǎn)單，但由于驅(qū)動(dòng)LED的是紋波電流，其平均功率并不能達(dá)到每顆燈珠的額定功率。因此該方法驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮要達(dá)到要求的功率，須使用更多的LED[2]。

2.2.3 配合濾波電容的CRD驅(qū)動(dòng)

為克服2.2.2所提缺點(diǎn)，利用電容的儲(chǔ)能性質(zhì)補(bǔ)償電流的導(dǎo)通角，提高平均功率同時(shí)減弱頻閃。

在電壓低于導(dǎo)通閥時(shí)由電容供電，拓寬了電流導(dǎo)通角，但電路呈容性，降低了PF值。該電路及實(shí)際波形及測(cè)量值如圖1及表1[1]。

2.2.4 基于電容補(bǔ)償導(dǎo)通角進(jìn)行功率因數(shù)提高的電路設(shè)計(jì)

如2.2.3中所提PF值較低的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種功率因數(shù)提高方案，設(shè)計(jì)電路如圖2。

圖2電路設(shè)計(jì)由LED組成整流橋，當(dāng)Vac

當(dāng)Vac≥VLED時(shí)，通過R-CRD對(duì)LED供電，同時(shí)也對(duì)C進(jìn)行充電，LED導(dǎo)通。此后，當(dāng)Vac電壓處于回落過程時(shí)， C-D2-CRD對(duì)LED供電。同時(shí)為了防止R-CRD倒流，使用D2阻斷。

當(dāng)交流電經(jīng)整流后對(duì)濾波電容進(jìn)行瞬間充電，為了抑制高次諧波，使用CRD對(duì)C進(jìn)行平滑充電。TVS保護(hù)高壓對(duì)CRD損壞可能造成的損壞。

當(dāng)Vac在導(dǎo)通角之外時(shí)，C-CRD成為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)源。實(shí)際測(cè)量的電流波形圖3及表2。

由表2可知，隨著電容的增大，PF值反而有所減小，因?yàn)殡娐啡菪栽俅卧鰪?qiáng)。從對(duì)比圖1與圖3、表1與表2可知，電流導(dǎo)通角拓寬，PF值得到明顯的提升并且波形畸變得到抑制。提升后的PF值適合絕大多數(shù)的情況下對(duì)用電設(shè)備的要求。

3 結(jié)束語

LED照明的電路設(shè)計(jì)應(yīng)遵循簡(jiǎn)單易用原則，再次基礎(chǔ)上以較小的代價(jià)提高功率因數(shù)。本文設(shè)計(jì)基于CRD驅(qū)動(dòng)LED的電路設(shè)計(jì)，摒棄了傳統(tǒng)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了功率因數(shù)。該設(shè)計(jì)對(duì)LED節(jié)能燈的普及有著積極的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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