輸出高頻脈動(dòng)電流無(wú)電解電容電源課件

1、輸出高頻脈動(dòng)電流的無(wú)電解電容器的交流輸入高功率因數(shù)LED電源拓?fù)湔河?0或60Hz交流電來(lái)供電的發(fā)光二極管（LED）通常需要在電源電路中用電解電容作為直流轉(zhuǎn)換：1）平衡輸入和輸出之間的能量;2）以盡量減少通過(guò)發(fā)光二極管輸出紋波電流的低頻部分。然而，電解電容器的壽命比LED的壽命要短得多。因此，為了最大限度地提高照明系統(tǒng)的潛在壽命，本文提出了一個(gè)新型的不需要任何電解電容器或復(fù)雜的控制電路來(lái)降低輸出的低頻紋波電流的脈沖電流驅(qū)動(dòng)型電源。本文提出的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且只用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)簡(jiǎn)化控制器的設(shè)計(jì)。該電路能降低儲(chǔ)能電容至uF范圍內(nèi)，能夠用薄膜電容器來(lái)代替短壽命的電解電容器。本文提供了該電路的工作原理

2、和理論分析。本文提供了一個(gè)9W的LED的模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以突出本文提出的電路的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：效率 電解電容器 發(fā)光二極管（LED）功率因數(shù)一、總體介紹由于固態(tài)燈具有超高的效率，因此為了降低在照明上消耗的能源，像LED這樣的固態(tài)燈越來(lái)越多的取代了白熾燈。與熒光燈不同的是，LED燈能夠被瞬間點(diǎn)亮。由于燈的結(jié)構(gòu)中不包含任何的汞，因此LED也是對(duì)環(huán)境友好的一種燈具。目前市場(chǎng)上的LED燈具包含兩個(gè)主要部分：電子驅(qū)動(dòng)電路和半導(dǎo)體發(fā)光二極管組。在住宅或商業(yè)照明中輸入交流線頻率通常是50或60Hz。給LED之類的照明設(shè)備中輸入的交流諧波符合IEC的1000-3-2級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。此外，美國(guó)能源之星項(xiàng)目強(qiáng)制要求商業(yè)照

3、明應(yīng)用中的LED的輸入功率因數(shù)必須超過(guò)0.9。圖1、典型AC-DC的單級(jí)電源常用的有源功率因數(shù)校正LED電源電路，通常是圖1中展示的單級(jí)開(kāi)關(guān)模式直流-直流轉(zhuǎn)換器（降壓式或反激式）或者圖2中展示的包含帶有功率因數(shù)調(diào)整的前端升壓的兩級(jí)轉(zhuǎn)換器。在交流輸入端輸入一個(gè)接近于正弦波形的電流， LED電源電路的輸出端通常需要接一個(gè)大輸出電容來(lái)平衡傳遞到負(fù)載LED的脈動(dòng)輸入能量和直流輸出能量。LED電流的低頻紋波電流發(fā)生大的變化時(shí)能夠引起可能會(huì)損害人視力的可見(jiàn)的閃爍。通過(guò)在電路中大量使用二級(jí)直流-直流變換器來(lái)允許使用小的儲(chǔ)能電容，但是驅(qū)動(dòng)電路的元件數(shù)量、尺寸和成本卻增加了。圖2、典型AC-DC的兩極電源為了滿

4、足LED電源對(duì)大小和成本的要求，儲(chǔ)能電容器面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：由于LED高能量密度、低成本的優(yōu)點(diǎn)，在目前的商業(yè)LED燈通常使用電解電容器作為儲(chǔ)能電容器。在LED電源電路中使用電解電容器帶來(lái)的一個(gè)主要的問(wèn)題是電源電路的壽命和LED發(fā)光裝置壽命之間的不匹配。預(yù)計(jì)LED發(fā)光裝置的壽命至少也有50000小時(shí)，而一般的電解電容器的壽命通常只有10000個(gè)小時(shí)。關(guān)于電解電容器的可靠性問(wèn)題，我們還要考慮電解電容器對(duì)工作溫度、紋波電流的敏感度，和內(nèi)部等效串聯(lián)電阻等的要求。有人提出了幾種無(wú)電解電容的LED電源的解決方案來(lái)延長(zhǎng)整個(gè)LED照明系統(tǒng)壽命。每種解決方案有其自身的優(yōu)點(diǎn)。例如，【12】中使用了輸入電流諧波

5、平衡在LED負(fù)載的能量的控制方法。在【13】-【16】中，幾個(gè)使用多個(gè)開(kāi)關(guān)的單級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如在輸出級(jí)使用雙向降壓-升壓電路來(lái)吸收PFC轉(zhuǎn)換器脈動(dòng)電流中的交流分量；或者通過(guò)在電源電路中使用多個(gè)快速恢復(fù)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)交換技術(shù)，除了使用傳統(tǒng)的升壓或反激式功率因數(shù)校正器，【19，20】中討論了PFC采用耦合電感電路技術(shù).在【19】中，基于PFC變換器的耦合電感來(lái)自于一個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器；在【20】中，PFC單開(kāi)關(guān)電路的耦合電感應(yīng)用于LED電源。然而，在20中的PFC開(kāi)關(guān)需要處理PFC電感電流和LED電流。因此，開(kāi)關(guān)受到非常大的電流和電壓，這使得效率很低。最近，有人提出了一項(xiàng)帶有脈沖電流或脈沖電流的LE

6、D電源技術(shù)，以提高發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定性。當(dāng)發(fā)光二極管被很高的直流電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)光水平趨于飽和，進(jìn)一步增加驅(qū)動(dòng)LED的直流電流可能會(huì)導(dǎo)致更高的散熱量和更多的功率損耗。在23中，它已被證明，當(dāng)測(cè)試LED由占空比高于50%波形的電流驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)射光線的功率開(kāi)始飽和。另一方面，在LED被脈沖電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，必須要注意電流的最大值。電流峰值應(yīng)低于由制造商給出的推薦值，該推薦值因發(fā)光二極管的類型不同而不同。他們的壽命和發(fā)射功率特性也各不相同，這取決于通過(guò)發(fā)光二極管的電流。例如，一個(gè)報(bào)告測(cè)試結(jié)果中，為一組發(fā)光二極管通有700mA的正向電流和6.8V的正向電壓，并且脈沖電流的占空比大于40%-50%，發(fā)光二極管

7、沒(méi)有顯示出任何其壽命衰減的跡象。在另一個(gè)測(cè)試中，為一組發(fā)光二極管通有500mA的正向電流和4.2V的正向電壓，并且脈沖電流的占空比大于50%，連續(xù)通電時(shí)間超過(guò)20個(gè)小時(shí)，此時(shí)發(fā)光二極管比僅僅由直流驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率高出約8%-9%。圖3、LED電源的脈動(dòng)電流（a）直流輸入（b）交流輸入有人在2627中已討論過(guò)為L(zhǎng)ED供電的低頻脈動(dòng)電流，而在28中著重論述了沒(méi)有使用儲(chǔ)能電容器的直流輸入應(yīng)用電路中的高頻脈動(dòng)電流。圖3（a）中表示出了影響LED的幾種高頻脈動(dòng)電流波形，并且圖中還說(shuō)明了在連續(xù)導(dǎo)通模式下的CCM降壓式、CCM 反激式的輸出電流和不連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）反激式變換器的輸出電流。然而，從電路拓?fù)浣Y(jié)

8、構(gòu)的角度來(lái)看，當(dāng)談到圖3（b）中所示交流輸入應(yīng)用電路時(shí)，出現(xiàn)了同樣的問(wèn)題：在電流輸出中出現(xiàn)了兩倍的線頻率的紋波電流。通過(guò)對(duì)國(guó)家最先進(jìn)的無(wú)電解電容器電源的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，可以知道大部分的解決方案提出需要比較復(fù)雜的功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（即多個(gè)開(kāi)關(guān)或分成多級(jí)）或電流控制技術(shù)來(lái)降低儲(chǔ)能電容器的大小。本文的目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)應(yīng)用于住宅照明的無(wú)電解電容器的簡(jiǎn)單可靠的高功率因數(shù)的LED電源。本文提出了一種高功率因數(shù)的LED電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以提供高頻脈動(dòng)電流，并且不需要任何降低發(fā)光二極管中的低頻紋波電流的電解電容器。它是一個(gè)單級(jí)單開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且它不需要任何反饋控制電路來(lái)調(diào)節(jié)LED電流中的低頻紋

9、波。本文也將會(huì)詳細(xì)解釋所提出電路的操作階段及其特性。本文組織如下：第二部分介紹所提出的電路及其工作原理、理論分析和電路設(shè)計(jì)規(guī)范；第三部分通過(guò)提供一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，來(lái)討論基于9W的LED在120mV有效值的測(cè)試電壓下的仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的工作性能。圖4、該電路推導(dǎo)：（a）反激變換器的級(jí)聯(lián)。二、電路描述該電路是基于圖4（a）中兩級(jí)串聯(lián)DCM反激式變換器的概念的派生電路。圖中還表示了Lm1的和Lm2的初級(jí)線圈的的電流波形。假設(shè)M1和M2在相同的開(kāi)關(guān)頻率和占空比下工作；然后當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)iLm1和iLm2會(huì)同時(shí)線性上升；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)iD1和iD2會(huì)產(chǎn)生放電電流。仔細(xì)觀察圖4（b）中級(jí)聯(lián)反激變換器中間階段。圖4（

10、b）中表明次級(jí)繞組Lm1和初級(jí)繞組Lm2之間會(huì)形成磁性耦合。在這種情況下，當(dāng)負(fù)載與初級(jí)繞組Lm2串聯(lián)，電壓源和次級(jí)繞組串聯(lián)，然后負(fù)載將由高頻脈動(dòng)三角波驅(qū)動(dòng)。在輸入電流流經(jīng)二極管而不是開(kāi)關(guān)的條件下，由此產(chǎn)生的電路成為傳統(tǒng)反激變換器的“鏡像”。圖5、（a）本文提出的脈動(dòng)電流LED電源（b）整流電壓源的等效電路本文所提出的高頻脈動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)的LED電源的最終電路，如圖5所示。本文提出的LED驅(qū)動(dòng)電源由一個(gè)MOSFET（M），一個(gè)快速恢復(fù)二極管（D1），儲(chǔ)能電容（CD），高頻率的濾波電容（C1），和一個(gè)二繞組（NP 和NS）耦合電感的電感（LM），其中LM是電感提到了初級(jí)線圈一側(cè)。此耦合電感作為所提出的

11、電路的關(guān)鍵組成部分，它具有兩個(gè)主要功能：1）為了能夠明顯減小抑制輸出紋波的電容，它在一個(gè)線周期內(nèi)將所需能量的一部分反饋給直流母線電容器；2）串聯(lián)連接的電感（LM）和開(kāi)關(guān)（M）在LED的輸出端提供了一個(gè)高頻脈動(dòng)電流。圖5（b）展示了所提出的LED電源的等效電路，輸入電壓源由整流電壓源Vr代表，每一個(gè)LED都由近似線性電路模型所替代。在這個(gè)部分，本文將會(huì)給出該電路的工作原理以及該電路的數(shù)學(xué)分析。2.1電路工作原理本文提出的電路的工作階段在省略CO時(shí)的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)可分為三個(gè)不同的階段進(jìn)行分析，如圖6（a）所示。圖6中輸入電壓源代表整流輸入電壓。圖7顯示了該電路的主要工作波形。圖6、本文所提電路的工

12、作階段（a）沒(méi)有CO （b）有CO階段1：t0<t< t1：門信號(hào)（vG）增大后，開(kāi)關(guān)M閉合，由于耦合電感的次級(jí)繞組（LSEC）的電流流動(dòng)導(dǎo)致流過(guò)LED的電流（iOUT）增加。如果（1）式表示了LED的輸出電壓，rD是LED的導(dǎo)通電阻；m是串聯(lián)連接的LED的數(shù)量；（2）式給出了iOUT 和vOUT之間的關(guān)系，其中n是匝數(shù)比NP / NS；Vdc的Cd上的平均電壓；那么將（1）式代入到式（2a）得到式（2b），然后通過(guò)求式（2b）解微分方程求出iOUT，得到式（3）的最終表達(dá)式。iOUT的峰值，這也是MOSFET的最大電流。我們?cè)趖=dTs時(shí)刻取得最大值，最大值可由（4）式表示。階段

13、2：t1<t< t2：門信號(hào)（vG）變成0后，開(kāi)關(guān)M斷開(kāi)，由于vds開(kāi)始上升，其值可由（5）式表示；由于Lm的兩繞組的極性相反，D1導(dǎo)通，儲(chǔ)存在 LSEC中的能量通過(guò)Lm的初級(jí)線圈開(kāi)始轉(zhuǎn)移到Cd中去。由于vdc比vr的電壓高，vL1變成負(fù)值，iL1 開(kāi)始線性增加，如（6）式所示，其中1 是Lm電流的放電周期。階段3：t2<t< t3：開(kāi)關(guān)M斷開(kāi)，D1截止，vdc保持電平不變。當(dāng)開(kāi)關(guān)在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)是斷開(kāi)時(shí)，由于CO的存在，它在Lm和開(kāi)關(guān)的輸出電容COSS之間提供了一條電流通路，如圖6所示。由于Lm和COSS會(huì)產(chǎn)生共振，因此我們能在vds和vL1上觀察到高頻振蕩。在實(shí)踐中，

14、CO應(yīng)該很小但足夠抑制輸出的高頻紋波和阻止明顯的在vds上的震蕩。在這段時(shí)間內(nèi)vds的值仍然可由（5）式表示；當(dāng)這段時(shí)間結(jié)束以后，門信號(hào)vG開(kāi)始上升。2.2 輸入功率因數(shù)校正分析在該電路的輸入端，PFC功能是在DCM操作Lm自然實(shí)現(xiàn)。該特點(diǎn)與PFC DCM 升壓轉(zhuǎn)換器器很相似。當(dāng)開(kāi)關(guān)（M）閉合時(shí)，耦合電感的作用類似于一個(gè)升壓電感器；當(dāng)開(kāi)關(guān)（M）斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)存在Lm的次級(jí)繞組的能量會(huì)轉(zhuǎn)移到初級(jí)線圈內(nèi)。如之前在圖6中已經(jīng)討論過(guò)，Cd上的電壓從Vr開(kāi)始上升。輸入功率因數(shù)的詳細(xì)分析如下。如果輸入電壓VS可以由（7）式表示，其中Vp代表輸入電壓的峰值；= 2fLt，其中fL代表線頻率。然后通過(guò)圖6和圖7，

15、可以知道平均整流電流和流經(jīng)D1的平均電流是相等的。圖8（b）展示了整流器輸出端的關(guān)鍵波形，藍(lán)色曲線表示平均輸入電流。基于（5）式，iL1的部分放電時(shí)間由（8）式表示；iL1，pk由（9）式表示；iL2，pk和iOUT，pk是相等的，并且iL2，pk之前已經(jīng)由（4）表示。然而，我們很容易觀察到（4）的指數(shù)項(xiàng)使得對(duì)輸入電流的數(shù)學(xué)分析變得復(fù)雜。如果我們假設(shè)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)LED的電壓是幾乎恒定的（即，一個(gè)小的輸出濾波電容器放置在LED負(fù)載），峰值輸出電流峰值輸出或次級(jí)繞組的電流可近似由（10）式表示。流過(guò)Dd的平均電流可以由（11）式定義。通過(guò)將（8）式和（9）式代入到（11）式中，其中Vr代表Vs

16、的整流電壓，平均輸入電流iS由（12）式表示；=VP / Vdc和K由（13）式表示。為了圖形化地解釋平均輸入電流，（12）式是標(biāo)準(zhǔn)化的，并在圖9中對(duì)于不同的值繪制了半個(gè)周期的變化圖。圖8、輸入級(jí)的關(guān)鍵波形這表明，接近1或Vdc接近VP，輸入電流出現(xiàn)很嚴(yán)重的失真。當(dāng)Vdc越來(lái)越高，輸入電流看起來(lái)更像一個(gè)方波。在輸入功率因數(shù)方面，可以通過(guò)對(duì)圖9的觀察進(jìn)行推斷，當(dāng)Vdc接近VP時(shí)，功率因數(shù)幾乎達(dá)到最小。在實(shí)踐中，這是不可能的，因?yàn)樵谔岢龅耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)中Vdc必須大于VP。然而，為了選擇合適的電路元件以實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，對(duì)輸入功率因數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)分析是非常有必要的。圖9、當(dāng)為不同值時(shí)線電流歸一化后WLt

17、的函數(shù)為了導(dǎo)出輸入電流的功率因數(shù)表達(dá)式，我們需要首先計(jì)算出平均輸入功率Pi，avg和輸入電流有效值。平均輸入功率Pi，avg是超過(guò)半個(gè)線周期iS和vS之間的平均輸出，如（14）式表示。這Pi，avg的最終的表達(dá)，如（15）式所示。輸入電流有效值iS，RMS由（16）式表示。將（13）式代入到（16）式得到了電流有效值方程，如（17）式表示。輸入功率因數(shù)，被定義成實(shí)際平均功率除以iS，RMS和vS,RMS的乘積，如（18）式所示。該式中的變量分別由（15）和（17）式中表示。附錄中給出了（15）式和（17）式的詳細(xì)的數(shù)學(xué)計(jì)算。方程（18）可用于設(shè)計(jì)實(shí)例選擇正確的電路參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，同時(shí)，應(yīng)

18、該以盡量小以降低Vdc和VP的比例。2.3 Vdc和MOSFET的電壓分析為了得到Vdc的平均值和輸入電壓Vr之間的關(guān)系，可以觀察到在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ts內(nèi)電感電壓的積分必須等于零。假設(shè)省略電路中輸出濾波電容（Co），vL1的振蕩部分在圖7中可以忽略，平均輸出電流iOUT,AVG可以近似的由iOUT,AVG=1/2iOUT,pkd來(lái)表示，并且通過(guò)結(jié)合（8）式和（9）式，1 可以看成iOUT,AVG的函數(shù)，即（21）式。將（21）式代入到（20）式中，可以得到Vdc的最終方程（22）式。該式中的a、b、c分別由（22a）式、（22b）式和（22c）式表示。正如在2.1中所提到的，vds通常是由（5）

19、式?jīng)Q定。通過(guò)圖7，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)開(kāi)關(guān)的vds，pk的最大值出現(xiàn)在1 Ts區(qū)間內(nèi)。在該區(qū)間內(nèi)有（23）式和（24）式成立。將（23）式代入到（5）式中，可以得到vds的表達(dá)式（25）。從（25）式中，可以看出在一個(gè)線周期內(nèi)，當(dāng)vr=0時(shí)，vds取得最大值 vds，pk，即（26）式。2.4 二極管D1的電流有效值在二極管D1上的傳導(dǎo)損耗可以通過(guò)得到二極管電流的有效值計(jì)算出來(lái)，在fS>>fL的條件下可以通過(guò)一個(gè)二重積分近似的獲得iL1，RMS，即（27）式?；冢?）式，iL1可以表示成d和1的函數(shù)，即（28）式。（27）式的最終表達(dá)由（29）式給出。該式中的線周期TL和iL1，

20、pk由（9）式給出。方程（29）將用于在原型設(shè)計(jì)實(shí)例中選擇二極管D1。2.5 儲(chǔ)能電容器的計(jì)算儲(chǔ)能電容器Cd對(duì)于決定電流的低頻紋波是至關(guān)重要的。在本文提出的電路中，Cd上的電壓并不是負(fù)載LED的電壓。如前所述，Cd上的電壓從輸入的線電壓開(kāi)始逐漸上升，因此，Cd的等效負(fù)載電阻變大。在Cd上變化的能量（E）由（30）式給出。該式中的Vdc，max和Vdc，min是圖10中的Vdc的最大值和最小值。進(jìn)一步簡(jiǎn)化（30）式得到（31）式?？梢钥闯觯?1）式中間的那項(xiàng)與Vdc是相等的，并且在（32）式定義了圖10中的E。通過(guò)結(jié)合（31）式和（32）式，可以得到（33）式。從（33）可以觀察到，如果輸入相

21、同的平均功率而Vdc增加，所需的電容可以減小。方程（33）將被用來(lái)在設(shè)計(jì)實(shí)例中確定所需的電容。圖10、Vdc的波形分析圖11、峰值電流控制的控制框圖圖12、理論功率因數(shù)和輸入電流的THD性能圖13、模擬輸入電流iS2.6 LED電流調(diào)節(jié)為了保護(hù)LED照明設(shè)備免受過(guò)驅(qū)動(dòng)電流的損害，一個(gè)簡(jiǎn)單的峰值電流控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)（4）式中的發(fā)光二極管的輸出峰值電流的調(diào)節(jié)。圖11顯示了電流可調(diào)LED電源的系統(tǒng)圖。我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管包絡(luò)檢測(cè)器獲得輸出電流的峰值。我們通過(guò)一種電流調(diào)節(jié)器通過(guò)調(diào)整M的占空比就可以控制其電流峰值。通過(guò)對(duì)輸出電流峰值iOUT,PK的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)平均輸出電流iOUT,avg的間接控制

22、，見(jiàn)（34）式，其中a=-mrDn2/Lm。圖14、模擬輸入電流iOUT三、設(shè)計(jì)實(shí)例及性能為了驗(yàn)證本文所提出的電路的功能，該電路是首先在PSIM 9.1中模擬一個(gè)9W LED燈。測(cè)試輸入電壓有效值范圍是從85到130 Vrms，電壓的開(kāi)關(guān)頻率為100 kHz。本設(shè)計(jì)中使用的LED裝置是：MX3SWT-A1-0000-000AE5， Cree公司生產(chǎn)的X系列的燈具。由于發(fā)光二極管是由脈沖電流驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須注意其電流峰值。根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)表25，建議在占空比為50%時(shí)，最大驅(qū)動(dòng)電流為350毫安；占空比為10%時(shí)最大驅(qū)動(dòng)電流為525毫安。因此，在該設(shè)計(jì)實(shí)例中，設(shè)計(jì)的電源電路將提供一個(gè)峰值為3

23、50毫安和最大占空比為45%的輸出電流。根據(jù)數(shù)據(jù)表可以知道每個(gè)LED有一個(gè)10.2 V的電壓降?；冢?4）式，平均輸出電流iOUT,avg為79 mA。因此，十個(gè)相互串聯(lián)的發(fā)光二極管組的輸出功率為8.06 W。圖15、模擬Vds圖16、模擬iL1和Vds圖17、CO等于5.6nF時(shí)模擬iOUT、vout和Vds圖18、沒(méi)有CO時(shí)模擬iOUT、vout和Vds圖19、實(shí)驗(yàn)原型的照片（a）俯視圖 （b）仰視圖圖20、線電壓VS和線電流iS（a）有效值為85V （b）有效值為120VVS:50V/div ；iS ：0.1A/div在該電路輸出功率為8.06 W，效率至少85%的設(shè)計(jì)要求下，可以計(jì)算

24、出平均輸入功率為9.48 W。該電路是根據(jù)120 Vrms的額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)，這要求VP的峰值是170 V。我們知道Vdc必須大于VP。通過(guò)（18）式可以知道值對(duì)輸入功率因數(shù)有很強(qiáng)的影響，并且通過(guò)該式繪制了Vdc的函數(shù)圖，即圖12。從圖中可以知道，當(dāng)Vdc與VP接近時(shí)，功率因數(shù)會(huì)下降明顯，在Vdc與VP幾乎相等時(shí)這與圖9中所示的理論電流波形是一致的。當(dāng)Vdc增加，值下降，功率因數(shù)明顯增加。然而，進(jìn)一步降低值，功率因數(shù)會(huì)有輕微的下降，這可以由圖9中顯示的波形證實(shí)。這與圖9所示的理論波形有很好的一致性。根據(jù)圖9，當(dāng)值減小時(shí)，輸入電流的波形變得更加像方波，因此輸入功率因數(shù)下降。其結(jié)果是，當(dāng)輸入電流變

25、為純方波波形時(shí)可以實(shí)現(xiàn)最低功率因數(shù)為0.9。理論功率因數(shù)與輸入電流總諧波失真（THD）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系見(jiàn)（35）式。圖12的底部顯示理論線電流總諧波失真THD和Vdc之間的關(guān)系。在本設(shè)計(jì)實(shí)例中，設(shè)置為0.7，這意味著直流電壓243 V（圖12中用紅色箭頭突出顯示）。根據(jù)圖12，本設(shè)計(jì)中相應(yīng)的理論功率因數(shù)0.97和THD水平在17%左右。在Vdc=243 V、Pi，avg=9.48W，允許在Vdc有10%的波動(dòng)的條件下，然后根據(jù)（33），Cd的最低值為3.97uF。在仿真和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)中最后選定Cd的值為4.7uF。由于LED的總電壓為102伏，然后根據(jù)（26）式，增大n來(lái)降低vds。在n=1.5時(shí)可

26、以計(jì)算出vds的最大值為323V。在這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例中，MOSFET選用IRF840。電感Lm由（13）式?jīng)Q定，然后可以計(jì)算出最終的值是0.76mH。通過(guò)D1的電流有效值可以由（29）式計(jì)算出來(lái)。最后，在LED組上增加了一個(gè)5.6nF濾波電容來(lái)降低輸出電壓的高頻成分。圖13和圖14分別顯示了在幾個(gè)線周期內(nèi)模擬的線電流和LED電流。圖14中還顯示了高頻脈動(dòng)電流的波形。對(duì)iOUT的低頻包絡(luò)測(cè)量值是12.4%。iOUT的平均電流是77.6mA。從圖13中得到的功率因數(shù)是0.984。圖15和圖16分別顯示了vds的iL1的波形。可以從圖15中觀察到，當(dāng)整流電壓下降到0的時(shí)候，vds取得最大值vds，pk。

27、測(cè)量出的最大值vds，pk是304V。圖21、Vds和iS的波形Vds:100V/div ；iS ：0.1A/div；time：2ms/div表1、元件清單圖22、LED輸出電流和MOSFET電壓(a)Vds:100V/div ；iout ：0.1A/div；time：10us/div(b)Vds:50V/div ；iout ：0.1A/div；time：2ms/div圖23、Vds的波形圖Vds:100V/div；time：2ms/div圖24、iL1的波形圖iL1:150mA/div；Vds:100V/div；time：10us/div圖25、所提電路與IEC標(biāo)準(zhǔn)之間的輸入電流諧波比較圖26、測(cè)量的效率、功率因數(shù)和輸入電流失真度THD性能表2、峰值電流控制電路的輸出性能圖17和圖18分別顯示了有CO和沒(méi)有CO時(shí)仿真的輸出波形和Vds的波形。圖的右側(cè)顯示的是在幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換波形。圖21顯示的是本文提出的電路的實(shí)驗(yàn)原型。圖19展示的是一個(gè)帶有邏輯控制電路和背面已焊接好整流器的單層板。集成電路用的是德州儀器公司生產(chǎn)的UCC3841。表1總結(jié)了原型中使用的元件清單。圖22（a）和（b）分別顯示了在vS=85mVRMS和vS=120mVRMS時(shí)測(cè)量的輸入電流和輸入電壓。在vS=120mVRMS時(shí)可以從可編程的色度6