摘要：文中提出了一種帶功率因數(shù)校正的LED日光燈驅(qū)動電源，該電源具有電路簡單、可靠的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)測數(shù)據(jù)表明，在較寬電壓范圍內(nèi)，驅(qū)動電源工作穩(wěn)定，其具有較高功率因數(shù)。
關(guān)鍵詞：LED照明；Boost電路；功率因數(shù)校正；恒流源

    LED照明由于具有環(huán)保、壽命長、高可靠性等特點(diǎn)，正在發(fā)展成為實(shí)施綠色節(jié)能照明工程中最具有前途的第4代光源。由LED的電學(xué)特性可知，LED在正向?qū)ê?，流過LED的電流及其兩端電壓對LED能否正常工作起著關(guān)鍵性的作用。所以，設(shè)計合理的驅(qū)動電源對于LED照明燈就顯得十分重要。
    Energy Star標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：商業(yè)照明的供電設(shè)備的功率因數(shù)不得低于0．9。因此LED的供電電源除了能滿足上述LED特性要求，還應(yīng)有功率因數(shù)校正(PFC)功能文。文中針對近年來迅速發(fā)展的LED照明驅(qū)動電路的應(yīng)用，提出一種帶功率因數(shù)校正的LED日光燈驅(qū)動電源。

1 電路原理
    圖1為功率因數(shù)校正原理框圖(虛框內(nèi)為控制電路)，主電路為Boost升壓電路，并由控制電路實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)控制：外環(huán)電壓控制環(huán)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸山電壓；內(nèi)環(huán)電流環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入電流i(t)跟蹤輸入電壓vg(t)波形，其中i(t)=iL(t)。

    對于Boost電路，只要輸入電壓低于輸出電壓，電感的電流就完全受開天的控制。以下結(jié)合圖2電感電流受控的特點(diǎn)進(jìn)行說明。
    由于開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于輸入電壓頻率，可認(rèn)為一個開關(guān)周期內(nèi)輸入電壓平均值與瞬時值相等，平均值不變，即：
    <vg(t)>Ts≈vg(t)      (1)
    由于Boost升壓電路低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率時，可認(rèn)為一個開關(guān)周期內(nèi)狀態(tài)變量的平均值與瞬時值近似相等，平均值近似不變，即：
    <x(t)>Ts≈x(t)        (2)
    在滿足上述條件下，開關(guān)元件Q1的電流iQ1(t)與開關(guān)元件D1的端電壓vD1(t)波形如圖2(c)所示。取電感電流iL(t)與電容電壓vO(t)為狀態(tài)變量，在一個開關(guān)周期Ts內(nèi)，可用電感電流iL(t)的平均值<iL(t)>Ts與電容電壓vO(t)的平均值<vO(t)>Ts來表征Q1的平均電流與D1的平均端電壓，如公式(3)、(4)，式中d(t)為Q1導(dǎo)通截止的占空比時間函數(shù)。
   
   
    式(3)表明Q1的作用可由數(shù)值為d(t)iL(t)的受控電流源取代在電路中的作用；式(4)表明D1的作用可由數(shù)值為d(t)vO(t)的受控電壓源取代D1在電路中的作用。從而得到圖2(b)Boost升壓電路的一個開關(guān)周期Ts內(nèi)的等效電路模型。進(jìn)一步用戴維寧定理簡化為圖2(d)簡化模型，則電感兩端電壓為vL(t)為：
    vL(t)=(1-d(t))vO(t)-vg(t)       (5)
    式(5)中，輸入電壓vg(t)為整流后的直流脈動波形，可視為時間定義域定義在[0，π]的正弦電壓。結(jié)合Boost電路可知，選擇合理的d(t)可使電感電壓vL(t)也為正弦量，由相量法可得電感兩端電壓超前電感電流90°。所以，只要d(t)選擇的合適，使電感L兩端的電壓vL(t)為正弦波，且超前輸入電壓90°，便可以使電感電流成為與輸入電壓同相位的正弦波，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，圖2(e)為校正后電路對應(yīng)的相量圖。

    合適的占空比d(t)可由圖(1)中控制電路實(shí)現(xiàn)。原理為：整流后的脈動正弦電壓波形作為輸入電流的參考波形，引入控制電路模擬乘法器。另外，為保證輸出電壓恒定，將輸出電壓與給定電壓之間的誤差經(jīng)電壓控制電路引入乘法器，兩信號經(jīng)過乘法器運(yùn)算得到幅值跟隨電壓控制電路輸出變化的正弦絕對值信號，作為電流跟蹤環(huán)的給定信號，電流跟蹤控制電路使流經(jīng)確保電感中的電流跟蹤該給定信號，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，且穩(wěn)定了輸出電壓。

2 電路實(shí)現(xiàn)
    實(shí)際驅(qū)動電源電路如圖3所示，圖中采用電源控制器件L6561實(shí)現(xiàn)上述控制電路主要功能；變壓器初級電感量：L=1．84 mH；電路輸出功率Po=50 W；輸入線電壓Uin范圍：85～250 VAC；輸出電壓UO=400 VDC±5％。

    驅(qū)動電源電路的負(fù)載是多顆LED燈珠串聯(lián)的燈珠串，為防止因某幾顆LED燈珠發(fā)生故障導(dǎo)致負(fù)載斷路，這里采用文獻(xiàn)中所述連接方式，即在每個LED兩端反向并聯(lián)接一個穩(wěn)壓管，當(dāng)燈珠發(fā)生斷路，穩(wěn)壓管自動接入確保負(fù)載正常工作。為實(shí)現(xiàn)負(fù)載LED燈源恒流供電，負(fù)載串聯(lián)的由Q1、Q2、R1、R2構(gòu)成的恒流源電路，其工作原理如下：圖3中有ILED≈IR1+IR2，當(dāng)R1足夠大使得時，IR1<<IR2，ILED≈IR2=(Ube／R2)，由于Ube穩(wěn)定在0．7 V，因此精選R2就能穩(wěn)定驅(qū)動電流ILED。

3 實(shí)測結(jié)果
    試驗(yàn)電源采用圖3電路搭建，電源負(fù)載選用109顆0．5 W的LED燈珠組成的長串結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。圖4給出了驅(qū)動電源輸出電壓Uo、流過LED燈珠串電流ILED、單顆LED燈珠電壓ULED及電源功率因數(shù)PF值隨Uin的變化情況。

    當(dāng)交流輸入電壓存85～250 V之間變化時：
    圖4(a)表明Uo保持在400 V，最大波動僅為12 V，當(dāng)輸入電壓高于175 V后，Uo基本保持恒定；
    圖4(b)表明ULED保持在3．6 V，最大波動僅為0．1 V，當(dāng)輸入電壓高于175 V后，ULED基本保持穩(wěn)定。
    圖4(c)表明LED燈珠電流ILED保持在125 mA，最大波動僅為15 mA。
    圖4(d)表明，功率因數(shù)(PF)值大于，功率因數(shù)得到很大的提高。

4 結(jié) 論
    文中提出的帶功率因數(shù)校正的LED 日光燈驅(qū)動電源，在寬輸入電壓范圍內(nèi)能保證流經(jīng)負(fù)載電流恒定，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能，此外，本文方案具有控制簡單可靠、電路易于實(shí)現(xiàn)以及高性價比的優(yōu)點(diǎn)。