呂昕 阮黎君 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

相對(duì)于傳統(tǒng)光源,LED的照明解決方案更加高效環(huán)保，出于保護(hù)能源和應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的考慮, 越來越多的國(guó)家投身到LED研究的熱潮當(dāng)中。當(dāng)前LED的研究熱點(diǎn)集中LED代替熒光燈的室內(nèi)應(yīng)用和以路燈代表的室外應(yīng)用。目前絕大多數(shù)的LED采用直流驅(qū)動(dòng)，因此在市電與 LED之間需要加一個(gè)電源適配器，即LED 驅(qū)動(dòng)電源。它的功能是把交流市電轉(zhuǎn)換成適合LED的直流電壓。

近20年來，迅猛發(fā)展的電力電子技術(shù)使大量的直流開關(guān)電源更加廣泛地應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、電力系統(tǒng)、家電、郵電、金融、艦船、飛機(jī)等領(lǐng)域， 老式的笨重、低效電源被眾多輕巧、高性能新電源所替代。但直到現(xiàn)在，，許多中小功率電源產(chǎn)品為了降低成本而競(jìng)相壓價(jià),不用功率因數(shù)校正器PFC，模糊技術(shù)指標(biāo)，以低價(jià)格或回扣來競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。

用杭州遠(yuǎn)方儀器廠的PF9811智能電量測(cè)量?jī)x測(cè)量一臺(tái)小功率開關(guān)電源時(shí)，電源功率因數(shù)值為PF=0.794，輸入功率 Pin=69.3W，輸入電壓 AC=230.8V，輸入電流Iin=0.375A。測(cè)量打印單給出：電壓總諧波 4.3%，電流總諧波 67.8%。

諧波電流污染的兩大危害可概括為：(1）增大了穩(wěn)壓電源本身的輸入損耗，無功損耗過大，降低整機(jī)效率，使交流電網(wǎng)一側(cè)的功率因數(shù)值PF下降。(2）電流脈沖變成了非正弦波的窄脈沖，因而在電網(wǎng)輸入接口端產(chǎn)生失真很大的諧波尖峰分量，它會(huì)從輸電線輻射出去而污染電網(wǎng)，對(duì)鄰近的電子設(shè)備的穩(wěn)定工作產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。

美國(guó)能源部制定及發(fā)布了針對(duì)固態(tài)照明燈具的“能源之星”標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)功率因數(shù)的描要求是住宅應(yīng)用的PF大于0.7，商業(yè)應(yīng)用的PF大于0.9。功率因數(shù)校正是十幾年電源技術(shù)研究的重大領(lǐng)域，通過在電路上采取措施，讓電源輸入電流實(shí)現(xiàn)正弦化，也就是使諧波為零，并與輸入電壓保持同相位，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)PF=1的理想目標(biāo)。

高頻有源功率因數(shù)校正技術(shù)，如圖1所示，是抑制電網(wǎng)交流輸入諧波電流污染的最佳方法。即在交流電網(wǎng)輸入經(jīng)整流之后，先不接大容量的電容器，而是插入PFC電路隔離開，即串聯(lián)儲(chǔ)能電感和升壓二極管、并接MOSFET開關(guān)管和專用控制集成電路，然后再接大電容器濾波。這就把傳統(tǒng)開關(guān)電源嚴(yán)重失真的輸入電流波形校正為近似正弦波形，并且與輸入電壓同相位，從而抑制了嚴(yán)重的諧波干擾，使功率因數(shù)值升到0.99左右。

高頻有源功率因數(shù)校正技術(shù)是通過相應(yīng)的一個(gè)或者兩個(gè)反饋控制電路，使輸入電流平均值能自動(dòng)跟隨全波整流電壓基準(zhǔn)并維持直流輸出電壓穩(wěn)定。PFC電路使變換器的輸入電流與輸入電壓波形均為正弦波形，并把兩者校正成相位相同，它的作用可看成把變換器電路作為一個(gè)純電阻器，故也稱之為“電阻仿真器”。有源PFC技術(shù)由于變換器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，從而具有體積小、重量輕、效率較高和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

L6562A是ST公司PFC產(chǎn)品系列的最新器件，主要是應(yīng)用于TCM的功率因數(shù)校正電路，由內(nèi)部電源、零電流與過電流比較器、誤差放大器、PWM比較器、邏輯電路及驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)等單元組成。L6562A的主要特點(diǎn)：乘法器內(nèi)置THD優(yōu)化電路，以減小過零點(diǎn)失真，降低THD值；極低啟動(dòng)電流(典型值30uA，保證60uA以下)，可降低芯片功耗；內(nèi)部參考電壓于25℃時(shí)誤差率在1%以內(nèi)；使能功能，可將系統(tǒng)關(guān)閉，降低損耗，兩級(jí)的過電壓保護(hù)、內(nèi)部啟動(dòng)及零電流偵測(cè)功能；在電流偵測(cè)輸入端內(nèi)置數(shù)字RC濾波器，簡(jiǎn)化外圍電路。800mA的圖騰級(jí)輸出，可用于直接驅(qū)動(dòng)Power MOSFET。

圖2為基于L6562A的APFC開關(guān)電源原理圖。接通電源時(shí)，電網(wǎng)交流電壓經(jīng)整流橋整流輸出正弦半波直流脈動(dòng)電壓，通過R1給芯片一個(gè)啟動(dòng)電流，芯片開始工作。正常工作時(shí)芯片由與升壓電感稠合線圈供電。IC腳7輸出PWM脈沖驅(qū)動(dòng)Q1，控制Ql的通斷。直流輸出電壓經(jīng)電阻分壓器采樣輸入到IC誤差放大器的反相端腳1，與2.5 V的基準(zhǔn)電壓比較放大，作為乘法器的輸入。同時(shí)電源電壓經(jīng)R1、R2、R3分壓，于腳3得到一正弦半波電壓，為乘法器的另一輸入源，這兩個(gè)電壓經(jīng)乘法器乘積后，可得一正弦半波參考電壓。當(dāng)Ql導(dǎo)通時(shí)，PFC電感電流依di/dt斜率上升，流經(jīng)R10，經(jīng)腳4與正弦參考電壓做比較，當(dāng)腳4電壓達(dá)到正弦幅值，Q1截止。PFC電感藕合線圈除了提供L6562A工作電源外，另提供開關(guān)管導(dǎo)通所需要的零電流ZCD檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)Q1截止時(shí)，PFC電感極性反轉(zhuǎn)，藕合線圈為正電位，提供芯片工作電源與腳5(ZCD)的參考電位。當(dāng)PFC電感能量釋放完畢時(shí)，藕合線圈的電壓也減小，所以腳5的電壓隨之下降。由于ZCD內(nèi)部電路為負(fù)邊沿觸發(fā)，在下降至0.7 V以下時(shí)，芯片輸出高電平，使Q導(dǎo)通。因此，經(jīng)校正輸出平均電流波形為一完整的正弦波，且其相位與交流輸入電源同相。

圖2 基于L6562A的APFC開關(guān)電源原理圖

經(jīng)過調(diào)試測(cè)驗(yàn)驗(yàn)證，在異常情況下，如過壓、過溫、開路、短路等情況下，能有效的對(duì)自身進(jìn)行保護(hù),并且該設(shè)計(jì)針對(duì)關(guān)鍵的器件進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)，從而有效延長(zhǎng)LED燈的使用壽命,該產(chǎn)品具有較高的效率和功率因數(shù)。