單級PFC 非隔離無頻閃電源設計

劉 煉

(重慶雷士照明有限公司)

0 引言

2014年v中國LED 行業總產值達3 445 億元，同比增長31%。其中，LED 上游外延芯片、中游封裝、下游應用產值同比增長分別為43%、20%、32%。室內照明是LED 應用行業快速發展的主要引擎。數據顯示，2014年v室內照明行業繼續保持2013年v的增長態勢，全年產值規模超過1 000 億元，同比增速超過70%，室內照明應用引領整個LED 應用行業的發展。基本上LED 已經進入日常生活，然而由于新入行的燈具制造商自身技術力量單薄，為了最大化降低成本，對LED 照明產品的電性能、技術參數管控不嚴，導致市場上大多數LED 產品在點亮時頻閃嚴重。主要造成如下的危害:(1)可能引發腦細胞損傷;(2)可能影響閱讀及視力;(3)可能誘發偏頭痛;(4)降低工作效率和引發工傷。因此，無頻閃照明顯得尤為重要(特別是LED 臺燈系列產品)，對低成本、無頻閃、性能優越的LED 驅動電源具有現實的推動意義。

1 方 法

1.1 頻閃定義

開關周期內光的不斷波動。開關周期就是閃爍頻率，用“F”表示。加利福利亞Benya Burnett Consultancy 的負責人Jim Benya 研究表明:閃爍頻率F在2 kHz 以上才不會出現“視覺暫留”現象。故輸出電流的開關周期應該大于2 kHz。

1.2 波動深度

波動深度表達式:

式中，δ——波動深度(%);

φmax——光通量最大值(lm);

φmin——光通量最小值(lm)。

關系圖，如圖1。

頻閃波動大小指標通常用波動深度來衡量。實驗表明，頻閃深度低于5%時光源發出的光通量，在人的視覺中會形成平滑穩定效應，即眼睛不會感到疲勞。

圖2 正向電流與光強關系圖

圖3 輸出電流最大值和最小值

圖2 表示正向電流與光強關系。從中發現電流基本上與光強成正比關系，而光強與光通量成正比，故光通量與電流成正比關系。波動系數與電流關系:

式中，Imax——輸出電流最大值(mA);

Imin——輸出電流最小值(mA)，如圖(3)。

1.3 電源設計原理

圖4 為HA6007A 設計的buckboost 電路原理圖，圖5 為HA6007A 芯片內部架構圖。外圍電路和我們常規buckboost 設計差不多，恒流的重點主要是芯片4腳(LED 腳)處一個倍容式紋波濾波器，同時MOS 管通過5 V 電壓源工作在一個恒流區，并有50 K 的開關頻率，從而輸出電流工作頻率F 從傳統的100 或者120 Hz 大于2 kHz 消除視覺暫留現象。倍容式紋波濾波器原理圖如圖6 所示。在射極輸出器的基極到地接一個電容C4，由于基極電流只有射極電流的1/(1+β)，相當于在發射極接了一個容值為(1+β)C4 的大電容。故能有效消除紋波。

圖4 電路原理圖

圖5 芯片內部架構圖

圖6 紋波濾波原理圖

做出單級PFC 非隔離有頻閃電源，如圖7;單級PFC 非隔離無頻閃電源，如圖8。

圖7 非隔離有頻閃電源

圖8 非隔離無頻閃電源

2 實驗結果

2.1 電參數測試數據

電參數測試結果見表1。

表1 電參數測試數據

2.2 紋波電流波形

圖9 為有頻閃電路的紋波電流波形，其波動深度δ1=(282-167)/(282+167)=25.6%

圖10 為無頻閃電路的紋波電流波形，其波動深度δ2=(228-221)/(228+221)=1.6%

圖9 有頻閃電路的紋波電流波形圖

圖10 無頻閃電路的紋波電流波形圖

2.3 面板燈點亮圖片

有頻閃相片效果(圖11)和無頻閃相片效果(圖12)。

圖11 有頻閃相片

圖12 無頻閃相片

3 小 結

2014年v1～11月，全國共生產燈具24.1 億套，同比增長9.53%;2013年v燈具行業工業總產值突破1 500 億元，同比增長6.63%;2014年v燈具行業市場成交額為171.58億元，同比增長2.83%;2014年v行業出口額1 362.64 億元，同比增長7.13%。預計到2020年v，我國燈具行業工業總產值將突破2 500 億，行業市場成交額將突破300 億元，行業出口額將突破2 000 億元。

面對現今發展趨勢，誰先占領市場誰就是LED 的龍頭企業。想要贏得市場份額，高性價比產品是必然的趨勢。單級PFC 非隔離無頻閃電源在行業內有著突出的優勢:成本低，無頻閃，波動深度小于5%，高功率因數，滿足國家一級能效，能為企業帶來豐厚的利潤。同時也為電源行業解決無頻閃提供了優質的方案，為LED 行業的發展起到了推動作用。

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