单级PFC 非隔离无频闪电源设计

刘 炼

(重庆雷士照明有限公司)

0 引言

2014年v中国LED 行业总产值达3 445 亿元，同比增长31%。其中，LED 上游外延芯片、中游封装、下游应用产值同比增长分别为43%、20%、32%。室内照明是LED 应用行业快速发展的主要引擎。数据显示，2014年v室内照明行业继续保持2013年v的增长态势，全年产值规模超过1 000 亿元，同比增速超过70%，室内照明应用引领整个LED 应用行业的发展。基本上LED 已经进入日常生活，然而由于新入行的灯具制造商自身技术力量单薄，为了最大化降低成本，对LED 照明产品的电性能、技术参数管控不严，导致市场上大多数LED 产品在点亮时频闪严重。主要造成如下的危害:(1)可能引发脑细胞损伤;(2)可能影响阅读及视力;(3)可能诱发偏头痛;(4)降低工作效率和引发工伤。因此，无频闪照明显得尤为重要(特别是LED 台灯系列产品)，对低成本、无频闪、性能优越的LED 驱动电源具有现实的推动意义。

1 方 法

1.1 频闪定义

开关周期内光的不断波动。开关周期就是闪烁频率，用“F”表示。加利福利亚Benya Burnett Consultancy 的负责人Jim Benya 研究表明:闪烁频率F在2 kHz 以上才不会出现“视觉暂留”现象。故输出电流的开关周期应该大于2 kHz。

1.2 波动深度

波动深度表达式:

式中，δ——波动深度(%);

φmax——光通量最大值(lm);

φmin——光通量最小值(lm)。

关系图，如图1。

频闪波动大小指标通常用波动深度来衡量。实验表明，频闪深度低于5%时光源发出的光通量，在人的视觉中会形成平滑稳定效应，即眼睛不会感到疲劳。

图2 正向电流与光强关系图

图3 输出电流最大值和最小值

图2 表示正向电流与光强关系。从中发现电流基本上与光强成正比关系，而光强与光通量成正比，故光通量与电流成正比关系。波动系数与电流关系:

式中，Imax——输出电流最大值(mA);

Imin——输出电流最小值(mA)，如图(3)。

1.3 电源设计原理

图4 为HA6007A 设计的buckboost 电路原理图，图5 为HA6007A 芯片内部架构图。外围电路和我们常规buckboost 设计差不多，恒流的重点主要是芯片4脚(LED 脚)处一个倍容式纹波滤波器，同时MOS 管通过5 V 电压源工作在一个恒流区，并有50 K 的开关频率，从而输出电流工作频率F 从传统的100 或者120 Hz 大于2 kHz 消除视觉暂留现象。倍容式纹波滤波器原理图如图6 所示。在射极输出器的基极到地接一个电容C4，由于基极电流只有射极电流的1/(1+β)，相当于在发射极接了一个容值为(1+β)C4 的大电容。故能有效消除纹波。

图4 电路原理图

图5 芯片内部架构图

图6 纹波滤波原理图

做出单级PFC 非隔离有频闪电源，如图7;单级PFC 非隔离无频闪电源，如图8。

图7 非隔离有频闪电源

图8 非隔离无频闪电源

2 实验结果

2.1 电参数测试数据

电参数测试结果见表1。

表1 电参数测试数据

2.2 纹波电流波形

图9 为有频闪电路的纹波电流波形，其波动深度δ1=(282-167)/(282+167)=25.6%

图10 为无频闪电路的纹波电流波形，其波动深度δ2=(228-221)/(228+221)=1.6%

图9 有频闪电路的纹波电流波形图

图10 无频闪电路的纹波电流波形图

2.3 面板灯点亮图片

有频闪相片效果(图11)和无频闪相片效果(图12)。

图11 有频闪相片

图12 无频闪相片

3 小 结

2014年v1～11月，全国共生产灯具24.1 亿套，同比增长9.53%;2013年v灯具行业工业总产值突破1 500 亿元，同比增长6.63%;2014年v灯具行业市场成交额为171.58亿元，同比增长2.83%;2014年v行业出口额1 362.64 亿元，同比增长7.13%。预计到2020年v，我国灯具行业工业总产值将突破2 500 亿，行业市场成交额将突破300 亿元，行业出口额将突破2 000 亿元。

面对现今发展趋势，谁先占领市场谁就是LED 的龙头企业。想要赢得市场份额，高性价比产品是必然的趋势。单级PFC 非隔离无频闪电源在行业内有着突出的优势:成本低，无频闪，波动深度小于5%，高功率因数，满足国家一级能效，能为企业带来丰厚的利润。同时也为电源行业解决无频闪提供了优质的方案，为LED 行业的发展起到了推动作用。

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