一種新型的AC LED變換器拓撲電路設(shè)計方法

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)）。基于以上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(dǎo)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(gòu)有串聯(lián)結(jié)構(gòu)，梯形結(jié)構(gòu)和橋式結(jié)構(gòu)。在AC LED 電路結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)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(gòu)所示的頻率問題，本文提出了一種新型的AC LED 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。

1 AC LED 燈的變換結(jié)構(gòu)

圖1 為所提出的AC LED 變換器結(jié)構(gòu)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 新型的AC LED 變換器1.1 Buck PFC 電路參數(shù)的設(shè)定

在圖1 中，如果整流后的輸入電壓為：

所以電容紋波電流的有效值為：

首先設(shè)定主開關(guān)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(dǎo)電模式（CCM 模式）下時，電流紋波大小為：

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

考慮Buck PFC可以工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）下，電感L1值可取0.865 mH.1.2 LCC 參數(shù)的選擇

下面我們分析LCC 參數(shù)的計算方法，通過開關(guān)管S2和S3互補導(dǎo)通，使得LCC 諧振電路輸入為交流，工作狀態(tài)如圖2 所示。

圖2 LCC等效電路

根據(jù)其工作狀態(tài)可得到LCC 等效電路，其中C=2 C1=2 C2,LED 用其等效模型代替。

Von為串聯(lián)開啟電壓23.5V,Re為串聯(lián)等效電阻7Ω。當輸出電壓Vo絕對值小于開啟電壓Von時，io=0,相當于空載情況，輸入輸出傳遞函數(shù)為：