一種用于LED照明的功率因數校正方法技術

本發明專利技術公開了一種用于LED照明的功率因數校正方法，其采用CCM模式，平均電流控制，所述方法包括：在輸入交流電壓經整流后，經由一電阻(RAC)轉化為第一電流信號(IAC)；所述第一電流信號(IAC)的波形為輸入整流電壓的包絡，該信號與電感的檢測電流(ISENSE)進行疊加，校正后輸出第二電流信號(I)，該第二電流信號(I)作為運算模塊的一個輸入端；將由輸入電壓平均值等比例縮小和濾波后得到的輸入端預測電壓信號(VRMS)作為運算模塊的一個輸入端。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于固體照明光源領域，更具體地涉及LED照明領域。
技術介紹
高亮度LED作為一種固體照明光源，以其長壽命、環保、低功耗、高光效、多光色、可調光、響應迅速、可連續開關閃斷、可在安全低電壓下工作等諸多優勢，日漸朝著成為新一代照明光源的方向發展，被稱為第四代照明光源。LED的應用從最初的指示燈，到近幾年的交通信號、大屏幕顯示，目前則越來越多的應用到景觀照明、道路照明和隧道照明等功能性照明領域。從國外來看，美國在LED照明的產業技術開發上一直處于領先地位，是LED技術的領跑者。日本在功率型高亮度LED及其外延片、芯片的研制與產業化開發方面處于國際領先水平。臺灣通過引進美國和日本的技術，在外延片及芯片生產、器件封裝、應用產品開發等方面得到迅速的發展，成為世界上最大的LED生產基地。從國內來看，在能源形勢日益嚴峻的情況下，加速淘汰白熾燈成為我國的一項重要任務。政府推出了一系列的相關政策來推動我國綠色照明工程，使LED照明產業迅速發展，迎來了新的革命。但LED照明產業在快速發展的同時，依然還存在著缺乏自主研發能力、缺乏行業標準、產品同質化嚴重、盲目投資等問題，如何提高可靠性、延長燈泡壽命，成為LED照明領域重要的研究內容。另外，成本也是影響該類燈具使用的主要方面，在國內LED燈泡生產技術相對成熟的條件下，燈泡部分的成本下降空間已經不大，降低成本應主要集中在驅動電路和燈具外型方面。
技術實現思路
本專利技術提出了一種新的LED照明電路功率因數校正方法，該方法改進了因原有的LED驅動芯片PFC控制電路的復雜或者沒有PFC模塊的驅動電路這一系列問題。本專利技術所提出了一種用于LED照明的功率因數校正方法，其采用CCM模式，平均電流控制，所述方法包括：在輸入交流電壓經整流后，經由一電阻(RAC)轉化為第一電流信號(IAC)；所述第一電流信號(IAC)的波形為輸入整流電壓的包絡，該信號與電感的檢測電流(ISENSE)進行疊加，校正后輸出第二電流信號(I)，該第二電流信號(I)作為運算模塊的一個輸入端；將由輸入電壓平均值等比例縮小和濾波后得到的輸入端預測電壓信號(VRMS)作為運算模塊的一個輸入端。本專利技術所提出的功率因數校正方法，其中所述輸入端預測電壓信號(VRMS)被前饋到電壓回路增益時，提供了一個開路的修正量。本專利技術所提出的功率因數校正方法，其中為了保持電壓回路增益為定值，不隨平均輸入電壓而變化，所述輸入端預測電壓信號(VRMS)信號經過平方后參與運算。本專利技術所提出的功率因數校正方法，其中由于運算模塊的所述輸入端預測電壓信號(VRMS)信號感應的是線電壓信號，為了保證運算模塊輸入噪聲小，在所述輸入端預測電壓信號(VRMS)信號處需要采用一個2∶1的電流鏡來降低輸入噪聲，改善運算模塊的性能。針對LED照明恒功率控制的要求，本專利技術所提出的用于LED照明的功率因數校正方法，該具有以下特點：●適用于3W至20W的LED燈，功率因數可達99％以上；●采用多模式控制方式，無論輕載、重載情況下都能保持高轉換效率；●完整解決方案中，采用該技術的PFC芯片構建的電源，其整體轉換效率高達96％；●由于電源轉換效率高，極大緩解了LED的散熱問題，對于提高LED壽命具有明顯作用；該技術應用于基于BOOST架構的LED照明應用中，基本原理框圖如圖4所示。附圖說明附圖1是DCM-PFC升壓變壓器電路圖；附圖2是DCM電感電流圖；附圖3是實測LED燈的I-V特征曲線圖；附圖4是PFC模塊框圖；附圖5是PFC半周期內電感檢測電流波形圖；附圖6是整流電壓采樣值IAC波形圖；附圖7是PFC半周期內電壓電流波形圖；附圖8是PFC占空比控制相關電壓與電流波形圖；附圖9是PFC芯片原理框圖；附圖10是PFC芯片封裝圖。具體實施方式功率因數(Power?Factor?Correction，PFC)指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。目前用于LED照明領域的有源功率因數校正技術采用的是工作于不連續導通模式(Discontinuous?Conduction?Mode，DCM)或臨界導通模式(Critical?Mode，CRM)的兩種方案。DCM控制模式工作頻率恒定，經過電感的電流為高頻三角波，當電感電流降到零后，開關VT不是立刻導通，導致電感電流存在為零的死區，不是連續流動的。如圖1所示。DCM控制模式工作特點：電感的最大峰值電流超過最大平均輸入電流的2倍，因此需要選擇電流量較大的功率MOSFET管和升壓二極管，并且高的峰值電流對噪聲相當敏感，影響整個系統的穩定性；由于輸入電感電流放電時間的調制，輸入電流的平均值不會與輸入電壓成正比，因而輸入電流會呈現一定程度的畸變，無法滿足低的THD的要求。CRM模式控制的PFC控制方案采用變頻控制，即導通時間TON不變，周期T始終在變化。工作特點：CRM模式相對于恒頻控制，變頻控制的輸入電流波形不連續性略有改善，但由于該模式下工作頻率始終在變化，就導致了更大的EMI。相比較DCM和CRM兩種控制模式，CCM方式的工作特點為：采用固定頻率平均電流模式控制；工頻電流的峰值是高頻電流的平均值，因此高頻電流的峰值比工頻電流的峰值要高；電感電流峰值與平均值之間的誤差小，THD很小，對噪聲不敏感。與DCM和CRM的PFC技術比較，在相同的輸入功率下，CCM模式采用平均電流模式控制，在PFC功率MOSFET開關管和升壓二極管等功率器件上產生的電流應力比較小，EMI容易處理；控制回路因為有電流濾波對傳導噪聲不敏感；頻率穩定，不需要斜波補償；適用于85V-264V的國際通用AC供電線路輸入，幾乎可實現單位功率因數，THD通常小于5％。LED(light?emitting?diode的縮寫)發光二極管，屬于把電能轉化為光能的固態半導體器件。LED從器件的種類來講，屬于二極管，具有二極管的單向導電性，電流和電壓遵循其中IS為二極管反向飽和電流，VT為熱電壓。一般情況下VBE變化60mV，電流I變化大約10倍。圖3為實測OSRAM?LW?W5SM?LED的I-V特征曲線。如圖3所示，當LED燈的電流為350mA時，其正向壓降VBE是3.12V，此時動態電阻為LED的電學特性和光學特性都隨著PN結的結溫不同而不同，當溫度升高的時候，LED燈本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于LED照明的功率因數校正方法，其采用CCM模式，平均電流控制，所述方法包
括：
a)在輸入交流電壓經整流后，經由一電阻(RAC)轉化為第一電流信號(IAC)；
b)所述第一電流信號(IAC)的波形為輸入整流電壓的包絡，該信號與電感的檢測電流
(ISENSE)進行疊加，校正后輸出第二電流信號(I)，該第二電流信號(I)作為運
算模塊的一個輸入端；
c)將由輸入電壓平均值等比例縮小和濾波后得到的輸入端預測電壓信號(VRMS)作為運
算模塊的一個輸入端。
2.根據權利要求1的功率因數校正...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜巖峰，趙帆，
申請(專利權)人：北方工業大學，
類型：發明
國別省市：