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LED照明灯具——驱动电路板(2)

2023-12-11 12:04:41
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(2)功率因数校正

能源部(DOE)“能源之星”的固态照明规范中,规定任何功率等级皆须强制提供功率因数校正(PFC)。这个标准适用于一系列特定产品(如嵌灯、橱柜灯及台灯),其中住宅应用的LED驱动器的功率因数须大于0.7,而商业应用则须大于0.9。但是,这个标准属于自愿性标准。欧盟的IEC61000-3-2谐波含量标准中则规定了功率大于25W的照明应用的总谐波失真性能,其***大限制相当于总谐波失真(THD)小于35%,而功率因数(PF)大于0.94。虽然不是所有******都******强制要求照明应用中改善功率因数,但某些应用可能有这方面的要求,如公共事业机构大力推动具有高功率因数的产品在公共设施中的商业应用。此外,公共事业机构在选购通用照明灯具时,也可以根据他们的意愿来决定是否要求具有高功率因数(通常大于0.95)。

PFC技术包括无源PFC及有源PFC两种。无源PFC方案需要增加额外的元器件来更好地改变电流波形,能够达到约08或更高的功率因数。其中,在5~40W的较低功率应用中,几乎标准的选择是反激式拓扑结构只需要采用无源元件及稍作电路改动,即可实现高于07的功率因数。

无源功率因数校正的方案众多,这些方案通常都使用较多的额外元器件,其中的一种方案就是填谷整流器,其中采用的电解电容和二极管组合增大了线路频率导通角,从而改善了功率因数。实际上,这个过程在高输入电压时以小电流给串联电容充电,然后在较低电压时以较

大电流让电容放电给开关稳压器。典型应用使用2个电容和3个二极管,而要进一步提高功率因数,则使用3个电容和6个二极管。

虽然填谷整流器提高了线路电流的利用率,但并未给开关稳压器提供恒定的输入,提供给负载的功率会有较大的纹波,达电源频率的2倍。还需要4个二极管来对线路电源进行整流,使这种方案所用的二极管数量达到7个或10个。这些二极管及多个电解电容增加了方案成本,降低了可靠性,并占用了可观的电路板面积。

通常是作为一个专门的电源转换段增加到电路中来改变输入电流波形。有源PFC通常提供升压,在交流100~277V的宽输入电压范围内,PFC直流输出电压范围达450~480V。如果恰当地设计PFC段,可以提供919%~95%的高效率,但增加了有源PFC,仍然需要专门的DCDC转换来提供稳流功能。

LED照明应用的效率需要结合功率输出来考虑。美国“能源之星”固态照明规范规定了照明器具的效率,但并不涉及单独LED驱动器的效率要求。如前所述,采用ACDC电源的LED应用可以采用两段式分布拓扑结构,故可采用外部ACDC适配器供电。而“能源之星”包含有关单输出外部电源的规范,其2.0版外部电源规范要求在标准工作模式下***低效率达87%,而低压工作模式下***低效率达86%。在此规范中,功率大于100W时才要求进行功率因数校正。

而在采用ACDC电源的LED照明应用中,要提供更高的AC/DC转换效率,就涉及成本、尺寸、性能规范及效率等因素之间的折中问题。例如,若使用更高质量的元器件和更低导通阻抗(Rpso)的开关,就可降低损耗及提高效率。降低开关频率一般会提高效率,但却会增加系统尺寸。诸如谐振这种新的拓扑结构提供更高的效率,却也增加了设计及元件的复杂度。如果将设计限定在较窄的功率及电压范围内,则有助优化效率。

LED驱动器本身也在不断创新,着重于进一步提高效率、增加功能及提高功率密度。美国“能源之星”的固态照明规范提出的是照明器具级的效率限制,涉及包括功率因数在内的特定产品要求。而欧盟的EC61347-2-13(5/2006)标准对采用直流或交流供电的LED模组的要求如下。

①特低安全电压有效值不大于25V(直流为35.3V)

②在不同故障条件下安全地工作。

③故障时不冒烟或易燃。

此外, ANSIC82。×××LED驱动器规范仍在制定之中。而在安全性方面,需要遵从UL、CSA等标准,如UL1310(Cas2)、UL60950、U1012。

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