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LED照明燈具——驅動電路板(2)

2023-12-11 12:04:41
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(2)功率因數校正

能源部(DOE)“能源之星”的固態照明規范中,規定任何功率等級皆須強制提供功率因數校正(PFC)。這個標準適用于一系列特定產品(如嵌燈、櫥柜燈及臺燈),其中住宅應用的LED驅動器的功率因數須大于0.7,而商業應用則須大于0.9。但是,這個標準屬于自愿性標準。歐盟的IEC61000-3-2諧波含量標準中則規定了功率大于25W的照明應用的總諧波失真性能,其***大限制相當于總諧波失真(THD)小于35%,而功率因數(PF)大于0.94。雖然不是所有******都******強制要求照明應用中改善功率因數,但某些應用可能有這方面的要求,如公共事業機構大力推動具有高功率因數的產品在公共設施中的商業應用。此外,公共事業機構在選購通用照明燈具時,也可以根據他們的意愿來決定是否要求具有高功率因數(通常大于0.95)。

PFC技術包括無源PFC及有源PFC兩種。無源PFC方案需要增加額外的元器件來更好地改變電流波形,能夠達到約08或更高的功率因數。其中,在5~40W的較低功率應用中,幾乎標準的選擇是反激式拓撲結構只需要采用無源元件及稍作電路改動,即可實現高于07的功率因數。

無源功率因數校正的方案眾多,這些方案通常都使用較多的額外元器件,其中的一種方案就是填谷整流器,其中采用的電解電容和二極管組合增大了線路頻率導通角,從而改善了功率因數。實際上,這個過程在高輸入電壓時以小電流給串聯電容充電,然后在較低電壓時以較

大電流讓電容放電給開關穩壓器。典型應用使用2個電容和3個二極管,而要進一步提高功率因數,則使用3個電容和6個二極管。

雖然填谷整流器提高了線路電流的利用率,但并未給開關穩壓器提供恒定的輸入,提供給負載的功率會有較大的紋波,達電源頻率的2倍。還需要4個二極管來對線路電源進行整流,使這種方案所用的二極管數量達到7個或10個。這些二極管及多個電解電容增加了方案成本,降低了可靠性,并占用了可觀的電路板面積。

通常是作為一個專門的電源轉換段增加到電路中來改變輸入電流波形。有源PFC通常提供升壓,在交流100~277V的寬輸入電壓范圍內,PFC直流輸出電壓范圍達450~480V。如果恰當地設計PFC段,可以提供919%~95%的高效率,但增加了有源PFC,仍然需要專門的DCDC轉換來提供穩流功能。

LED照明應用的效率需要結合功率輸出來考慮。美國“能源之星”固態照明規范規定了照明器具的效率,但并不涉及單獨LED驅動器的效率要求。如前所述,采用ACDC電源的LED應用可以采用兩段式分布拓撲結構,故可采用外部ACDC適配器供電。而“能源之星”包含有關單輸出外部電源的規范,其2.0版外部電源規范要求在標準工作模式下***低效率達87%,而低壓工作模式下***低效率達86%。在此規范中,功率大于100W時才要求進行功率因數校正。

而在采用ACDC電源的LED照明應用中,要提供更高的AC/DC轉換效率,就涉及成本、尺寸、性能規范及效率等因素之間的折中問題。例如,若使用更高質量的元器件和更低導通阻抗(Rpso)的開關,就可降低損耗及提高效率。降低開關頻率一般會提高效率,但卻會增加系統尺寸。諸如諧振這種新的拓撲結構提供更高的效率,卻也增加了設計及元件的復雜度。如果將設計限定在較窄的功率及電壓范圍內,則有助優化效率。

LED驅動器本身也在不斷創新,著重于進一步提高效率、增加功能及提高功率密度。美國“能源之星”的固態照明規范提出的是照明器具級的效率限制,涉及包括功率因數在內的特定產品要求。而歐盟的EC61347-2-13(5/2006)標準對采用直流或交流供電的LED模組的要求如下。

①特低安全電壓有效值不大于25V(直流為35.3V)。

②在不同故障條件下安全地工作。

③故障時不冒煙或易燃。

此外, ANSIC82?!痢痢罫ED驅動器規范仍在制定之中。而在安全性方面,需要遵從UL、CSA等標準,如UL1310(Cas2)、UL60950、U1012。

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