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[導讀]上接:照明級驅(qū)動設計技術(shù)基礎三、 功率因數(shù)校正美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定任何功率等級皆須強制提供功率因數(shù)校正(PFC)。這標準適用于一系列特定產(chǎn)品,如嵌燈、櫥柜

上接:照明級驅(qū)動設計技術(shù)基礎

三、 功率因數(shù)校正

美國能源部(DOE)&ldquo;能源之星”(ENERGYSTAR)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定任何功率等級皆須強制提供功率因數(shù)校正(PFC)。這標準適用于一系列特定產(chǎn)品,如嵌燈、櫥柜燈及臺燈,其中,住宅應用的LED 驅(qū)動器功率因數(shù)須大于0.7,而商業(yè)應用中則須大于0.9;但是,這標準屬于自愿性標準。歐盟的IEC61000-3-2 諧波含量標準中則規(guī)定了功率大于25 W 的照明應用的總諧波失真性能,其最大限制相當于總諧波失真(THD)< 35%,而功率因數(shù)(PF)>0.94。

雖然不是所有國家都絕對強制要求照明應用中改善功率因數(shù),但某些應用可能有這方面的要求,如公用事業(yè)機構(gòu)大力推動擁有高功率因數(shù)的產(chǎn)品在公用設施中的商業(yè)應用,此外,公用事業(yè)機構(gòu)購入/維護街燈時,也可以根據(jù)他們的意愿來決定是否要求擁有高功率因數(shù)(通常>0.95+)。

 


圖6、有源PFC的應用電路示意圖

PFC 技術(shù)包括無源 PFC 及有源PFC 兩種。無源PFC 方案的體積較大,需要增加額外的元件來更好地改變電流波形,能夠達到約0.8 或更高的功率因數(shù)。其中,在小于5 W 至40 W 的較低功率應用中,幾乎是標準選擇的反激式拓撲結(jié)構(gòu)只需要采用無源元件及稍作電路改動,即可實現(xiàn)高于0.7 的功率因數(shù)。

有源 PFC(見圖6)通常是作為一個專門的電源轉(zhuǎn)換段增加到電路中來改變輸入電流波形。有源PFC 通常提供升壓,交流100 至277 Vac的寬輸入范圍下,PFC 輸出電壓范圍達直流450 至480 Vdc。如果恰當?shù)卦O計PFC 段,可以提供91%到95%的高能效。但增加了有源PFC,仍然需要專門的DC-DC 轉(zhuǎn)換來提供電流穩(wěn)流。

四、能效問題

LED 照明應用的能效需要結(jié)合功率輸出來考慮。美國“能源之星”固態(tài)照明規(guī)范規(guī)定了照明器具級的能效,但并不涉及單獨 LED 驅(qū)動器的能效要求。如前所述,采用AC-DC 電源的LED應用可以采用兩段式分布拓撲結(jié)構(gòu), 故可能采用外部AC-DC適配器供電。

而“能源之星”的確包含有關(guān)單輸出外部電源的規(guī)范,其 2.0 版外部電源規(guī)范于2008 年11 月開始生效,要求標準工作模式下最低能效達87%,而低壓工作模式下最低能效達86%;在此規(guī)范中,功率大于100 W 時才要求PFC。

 


圖7、美國能源部2008年秋季提出的LED照明燈具能效研發(fā)目標

而在采用AC-DC 電源的LED 應用中,要提供更高的AC-DC 轉(zhuǎn)換能效,就涉及到成本、尺寸、性能規(guī)范及能效等因素之間的折衷問題。例如,若使用更高質(zhì)量的元件、更低導通阻抗(RDSon),就可降低損耗及改善能效;降低開關(guān)頻率一般會改善能效,但卻會增加系統(tǒng)尺寸。諸如諧振這樣新的拓撲結(jié)構(gòu)提供更高能效,卻也增加設計及元件的復雜度。如果我們將設計限定在較窄的功率及電壓范圍,則可以幫助優(yōu)化能效。

五、驅(qū)動器標準

LED 驅(qū)動器本身也在不斷演進, 著重于進一步提高能效、 增加功能及功率密度。 美國“能源之星”的固態(tài)照明規(guī)范提出的是照明器具級的能效限制,涉及包括功率因數(shù)在內(nèi)的特定產(chǎn)品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)標準針對采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括:

最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓≤25 Vrms (35.3? Vdc)

不同故障條件下&ldquo;恰當”/安全的工作?

故障時不冒煙或易燃?

此外,ANSI C82.xxx LED 驅(qū)動器規(guī)范仍在制定之中。而在安全性方面,需要遵從UL、CSA 等標準,如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012。此外,LED 照明設計還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問題。

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