一種新型的AC LED變換器拓撲電路設計方法

根據(jù)負載特性，當|Vo| Von時，應盡快使得|Vo|上升至Von,以使得LED盡快點亮。從而可使得式（12）的諧振頻率等于S2的開關頻率fs=45kHz即：

當輸出電壓Vo絕對值大于開啟電壓Von時，同時希望Vo變化速度變慢使得LED持續(xù)導通，輸入輸出傳遞函數(shù)的增益也有所要求，增益值必須足夠高使得輸出電壓可達到LED最高承受電壓值。即：

式中：Vomax為輸出電壓的峰值，Vimax為|Vcc/2|的最大值。結合式（10）~（12）可得在滿足式（13）等式條件下，根據(jù)式S95H的限制條件，可選擇電感L2應小于0.45mH.

我們的設計目標為輸出功率20W,輸出最高峰值電壓不超過34V.每串LED負載開啟電壓為23.5V,等效內(nèi)阻為7Ω，流過最大峰值電流不超過1.5A.因此，選擇電感r6值分別為50、100、150、200uH得到圖3的仿真波形，根據(jù)增益和諧振頻率限制條件，取L2=100uH,再由式（12）可得C2=133nF.

圖3 帶負載情況下帶輸入-輸出傳遞函數(shù)Bode圖通過以上的理論分析，我們對圖1中沒有PFC校正電路和有PFC校正電路進行了仿真分析，如圖4和圖5所示。通過仿真分析可知，圖1的拓撲電路結構和參數(shù)的選擇是可行的。

圖4 無PFC的輸入交流電壓和交流電流仿真波形

圖5 有PFC的輸入交流電壓和交流電流仿真波形

2 實驗驗證

根據(jù)前面的理論分析，我們制作了AC LED 燈的控制模塊，其設計參數(shù)以仿真數(shù)據(jù)為依據(jù)，輸入交流電壓Vin為220V,S1開關頻率為20 kHz,S2和S3開關頻率為30 kHz;主功率電感L1為0.865 mH;諧振電感L2為0.1 mH,儲能電容C1和C2都為1.2 mF;諧振電容C3為133 nF,開關管的PWM 信號由DSP 產(chǎn)生。圖6 為在圖1 中沒有PFC 電路時測試的電源輸入端的交流電壓和交流電流測試波形，圖7 為有PFC 電路時測試的電源輸入端的交流電壓和交流電流測試波形。

圖6 沒有PFC電路時輸入電壓Vin和輸入電流iin波形

圖7 有PFC電路時輸入電壓Vin和輸入電流iin波形

3 結束語

本文針對傳統(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 變換器拓撲電路。通過對圖1 新型的拓撲電路理論分析，在LCC 電路中的電容值較小，解決了傳統(tǒng)整流電路的大電容給LED 帶來的使用壽命短的問題。本文還理論分析了Buck PFC 電路參數(shù)值的選擇，仿真分析了有功率因素校正電路與沒有功率因素校正電路的輸入電壓和電流的相位關系，最后通過實驗驗證了本文提出的新型電路拓撲結構的可行性。