一種消除LED頻閃的去紋波電路

摘 要：文章基于單級有源PFC（功率因數(shù)校正技術(shù)）的LED驅(qū)動電源，采用JW1220芯片，設(shè)計一種去紋波電路，它能有效降低輸出直流電流上的交流成分，以解決目前單級PFC驅(qū)動電源頻閃的問題。經(jīng)過對比，此方案能消除LED燈的頻閃問題，為LED照明系統(tǒng)推廣應(yīng)用起到了推動作用。

關(guān)鍵詞：單級；LED驅(qū)動電源；功率因數(shù)校正；頻閃

引言

文章基于單級有源功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動電源，根據(jù)頻閃的定義、波動深度的表達(dá)式，采用JW1220芯片設(shè)計相應(yīng)的去紋波電路，達(dá)到無頻閃的效果。

1 頻閃和波動深度

1.1 頻閃定義

頻閃就是指開關(guān)周期內(nèi)光的不斷波動。開關(guān)周期就是閃爍頻率，根據(jù)不可察覺的閃爍頻率和波動深度函數(shù)關(guān)系，即波動深度隨驅(qū)動電流頻率的函數(shù)關(guān)系，加利福尼亞的Jim Benya研究發(fā)現(xiàn)：輸出電流的開關(guān)周期應(yīng)該大于2kHz，這樣人的眼睛才不會產(chǎn)生“視覺暫留”現(xiàn)象。

1.2 波動深度的定義

波動深度的表達(dá)式也稱邁克爾遜對比公式，即為最大和最小亮度之差除以最大和最小亮度之和。圖1是波動關(guān)系示意圖，由圖可知，波動深度（閃爍百分?jǐn)?shù)）的表達(dá)式為：

由正向電流與光強(qiáng)關(guān)系可以知道兩者基本上成正比關(guān)系，由于光通量和光強(qiáng)也成正比關(guān)系，因此我們可認(rèn)為電流和光通量成正比關(guān)系。則波動深度也可表示為：

式中，Imax-輸出電流的最大值（mA）；Imin-輸出電流的最小值（mA）。輸出電流的最大值和最小值都是指LED驅(qū)動電源輸出直流上的交流成分的最大值和最小值。

從上述可知，在對人無影響的前提下，隨著閃爍頻率越來越大，波動深度的值越來越高，實驗表明，頻閃波動深度小于5%的光源發(fā)出的光，對人的眼睛不會造成疲勞。

2 方法和結(jié)果

為了解決電流紋波較大的問題，通常會接入較大容量的電解電容，但是電解電容的壽命嚴(yán)重制約著LED壽命，因此許多研究無電解電容的LED驅(qū)動驅(qū)動電源。但是由于沒有電解電容，驅(qū)動電流中含有兩倍工頻的交流成分，在50Hz市電下LED存在100Hz的頻閃。文章是從LED驅(qū)動電源輸出端出發(fā)，利用JW1220芯片組合一個相應(yīng)的去紋波電路，降低輸出端直流電流中的交流成分，達(dá)到一個無頻閃的效果。

2.1 電路的原理

圖2是基于JW1220芯片的去紋波電路原理圖，該電路能達(dá)到LED無頻閃的效果，文章用的LED驅(qū)動電源是采用有源PFC芯片的Buck電路組成，其輸入電壓為220V，工頻50Hz，輸出電壓為77V，輸出電流為240mA。后接入去紋波電路，即去紋波電路的輸入電壓為77V，輸入電流為240mA。

電容器C2是一個集成電容器，C2的變換電壓作為一個參考電壓，外部MOSFET管Q2把LED電流紋波轉(zhuǎn)化為電壓紋波，確保恒定的電流流過LED，JW1220通過檢測外部MOSFET的運(yùn)行狀態(tài)來變化C2的電壓，當(dāng)Q2處于飽和狀態(tài)時，系統(tǒng)的效率比較低，改變C2電壓使VC引腳和ILED（輸出電流最大值）升高，電源的輸出電壓降低。相反，當(dāng)Q2工作在線性區(qū)，LED電流調(diào)節(jié)回路是開放的，C2使得VC引腳電壓和ILED電流降低，電源輸出電壓升高，然后LED電流調(diào)節(jié)回路關(guān)閉，使得整個功耗減小以提高系統(tǒng)的效率。電流調(diào)節(jié)器檢測電阻R4和R5電壓等于參考電壓VC。為了消除電流紋波，C2電容值可以確定電流紋波的最終幅度，它的值應(yīng)該足夠大，但是過大便會減慢動態(tài)響應(yīng)。因此，正常情況下C2選取2.2uF或1uF相對合理。為了限制最大輸出電流尤其在短路狀態(tài)，VS引腳的最大電壓為2V，這樣R4和R5的選取應(yīng)遵循：

根據(jù)輸入值，此電路的R4和R5選取1歐姆。

2.2 測試結(jié)果

無去紋波電路的輸出電壓電流波形，可計算出其波動深度為：

有去紋波電路的輸出電壓電流波形，可計算出其波動深為：

由上面數(shù)據(jù)對比可以看出，通過加入去紋波電路后，很好的濾除了輸出直流電流中的100Hz交流成分，并且實現(xiàn)了紋波達(dá)到了5%以內(nèi)。實驗結(jié)果驗證了去紋波電路的有效性。

3 結(jié)束語

文章通過闡述頻閃和波動深度定義，對LED頻閃有了具體的了解。闡述為了消除電解電容提高LED驅(qū)動電源壽命的幾種方法。提出了一種基于JW1220芯片的去紋波電路，并且通過實驗測試，驗證了電路的有效性，也滿足了市場對LED驅(qū)動電源的要求：高功率因數(shù)，波動深度小于5%。達(dá)到了LED無頻閃的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]Narendran N，Gu Y.Life of LED-based white lightsources[J].Journal of Display Technology.

[2]廖忐凌，阮新波.半導(dǎo)體照明工程的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電工技術(shù)學(xué)報，2006.

[3]王舒，阮新波，姚凱，等.無電解電容無頻閃的LED驅(qū)動電源[J].電工技術(shù)學(xué)報，2012.

[4]劉煉.單級PFC非隔離無頻閃電源設(shè)計[J].燈與照明，2015.

作者簡介：李艷江（1991-），男，碩士研究生，研究方向為功率因數(shù)校正技術(shù)。

龔新軍，亮芯科技（天津）有限公司。