技術分享：一款新型AC LED變換器拓撲電路設計

傳統(tǒng)的LED燈恒流控制是通過AC/DC，再通過DC/DC變換器進行恒流控制，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))?；谝陨?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/LED">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的，輸出功率為恒定的，需要中間儲能電容來平衡兩者的差值，因此，儲能電容一般值較大，并采用電解電容，但數(shù)值高的電解電容壽命遠小于LED的壽命，導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的，則需要的儲能電容值較小，會提高整體變換器的壽命?，F(xiàn)有AC LED燈電路結(jié)構有串聯(lián)結(jié)構，梯形結(jié)構和橋式結(jié)構。在AC LED 電路結(jié)構中，當輸入AC 源為電網(wǎng)電壓220 V，50 Hz 時，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，此時增大了總的開啟電壓導致功率因數(shù)很低。當串聯(lián)限流電阻時，則需要串聯(lián)的LED數(shù)量減小，功率因數(shù)有所提高，但是因為限流電阻將導致效率降低。另外，當LED工作頻率為50 Hz時，光源將明顯產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象；而工作頻率為100 Hz 時，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，以及提高負載結(jié)構所示的頻率問題，本文提出了一種新型的ACLED變換器拓撲電路，并對該拓撲電路及控制方法進行分析和研究。

AC LED燈的變換結(jié)構

圖1 為所提出的AC LED 變換器結(jié)構圖。vdc為220 V交流電壓經(jīng)過不控整流的脈動電壓，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，作為后級LCC 電路的輸入電壓，提供給負載LED燈。因此，該拓撲電路主要包括整流電路、Buck PFC、半橋變換器和LCC 諧振電路。從圖1 中可以看出，C1和C2的取值很小能達到，因此，該電容對整個拓撲電路的壽命沒有影響；LCC 諧振電路輸入和輸出交流電壓的基波頻率為100 Hz，從而負載LED 的電壓頻率也為100 Hz，該頻率看不出電壓的閃爍。

圖1

1 Buck PFC 電路參數(shù)的設定

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系可知：

將(2)帶入(3)，可得d(t)的表達式為：

聯(lián)立(2)、(3)、(4)式可得：

所以電容紋波電流的有效值為：

對于雙管正激電路，變壓器原邊電流和副邊電流的關系如下：

首先設定主開關管頻率為fs1=16.6 kHZ，因為電解電容影響變換器的使用壽命，因此盡量使得儲能電容C1和C2小，取C1=C2=1 mF，當電感電流工作于連續(xù)導電模式(CCM 模式)下時，電流紋波大小為：

式中：D 為開關管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，設定電感電流紋波ΔI L1最大值不超過4A，則L1最佳參考值為：