符合“能源之星”固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)的離線(xiàn)型LED驅(qū)動(dòng)器GreenPoint參考設(shè)計(jì)

　　隨著高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)在光輸出、能效及成本方面的全面改善，同時(shí)結(jié)合小巧、低壓工作及環(huán)保等眾多優(yōu)勢(shì)，LED照明(也稱(chēng)固態(tài)照明(SSL))正在掀起一場(chǎng)照明革命。而在節(jié)能環(huán)保的趨勢(shì)下，LED照明自然也成為眾多規(guī)范機(jī)構(gòu)所瞄準(zhǔn)的目標(biāo)。如美國(guó)能源部“能源之星”項(xiàng)目的1.1版固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)自2009年2月開(kāi)始生效，中國(guó)的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院也在牽頭攜手相關(guān)機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)備在2010年發(fā)布中國(guó)版本的LED照明能效標(biāo)準(zhǔn)。

　　就“能源之星”的新版固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)而言，這標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)重要特點(diǎn)是要求多種住宅照明產(chǎn)品的功率因數(shù)最低要達(dá)到0.7，其中的一些典型產(chǎn)品有便攜式臺(tái)燈、櫥柜燈及戶(hù)外走廊燈等。這類(lèi)LED照明應(yīng)用的功率一般在1到12 W間，屬于低功率應(yīng)用。這類(lèi)低功率應(yīng)用最適宜的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隔離型反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。不利的是，現(xiàn)有用于設(shè)計(jì)這些電源的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)技術(shù)通常使得功率因數(shù)(PF)僅在0.5至0.6的范圍。本文將分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)功率因數(shù)低的原因，探討改善功率因數(shù)的技術(shù)及解決方案，介紹相關(guān)設(shè)計(jì)過(guò)程及分享測(cè)試部分?jǐn)?shù)據(jù)，顯示這參考設(shè)計(jì)如何輕松符合“能源之星”固態(tài)照明規(guī)范對(duì)住宅LED照明應(yīng)用功率因數(shù)的要求。

　　設(shè)計(jì)背景

　　典型離線(xiàn)反激電源轉(zhuǎn)換器在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器前面采用全波橋整流器及大電容，選擇這種配置的原因是每2個(gè)線(xiàn)路周期內(nèi)線(xiàn)路功率降低，直到零，然后上升至下一個(gè)峰值。大電容作為儲(chǔ)能元件，填補(bǔ)相應(yīng)所缺失的功率，為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器提供更加恒定的輸入，維持電能流向負(fù)載。這種配置的功率利用率或輸入線(xiàn)路波形的功率因數(shù)較低。線(xiàn)路電流在接近電壓波形峰值的大幅度窄脈沖處消耗，引入了干擾性的高頻諧波。

　　業(yè)界有關(guān)無(wú)源(Passive)功率因數(shù)校正(PFC)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谷底填谷(valley-fill)整流器，其中采用的電解電容和二極管組合增大了線(xiàn)路頻率導(dǎo)通角，從而改善功率因數(shù)。實(shí)際上，這個(gè)過(guò)程利用高線(xiàn)路電壓以低電流給串聯(lián)電容充電，然后在較低電壓時(shí)以較大電流讓電容放電給開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。典型應(yīng)用使用2個(gè)電容和3個(gè)二極管，而要進(jìn)一步增強(qiáng)功率因數(shù)性能，則使用3顆電容和6個(gè)二極管。 

圖1：典型填谷電路。

　　雖然填谷整流器提高了線(xiàn)路電流的利用率，但并未給開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器提供恒定的輸入。提供給負(fù)載的功率會(huì)有較大紋波，達(dá)線(xiàn)路電源頻率的2倍。需要指出的是，仍然需要4個(gè)二極管來(lái)對(duì)線(xiàn)路電源整流，使這種方案所用的二極管數(shù)量達(dá)到7個(gè)或10個(gè)。這些二極管及多個(gè)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。

　　另外一種方案是在反激轉(zhuǎn)換器前采用有源(Active) PFC段，如NCP1607B。這種方案提供典型性能高于0.98的優(yōu)異功率因數(shù)，但增加了元件數(shù)量、降低了效率及增加了復(fù)雜性，最適用的功率電平遠(yuǎn)高于本應(yīng)用的功率電平。