一种新型的AC LED变换器拓扑电路设计方法

　　摘要：针对传统的LED灯整流电路的滤波电容使整流前端的交流输入电流波形变成尖脉冲，造成功率因数低、谐波成分增加等问题，提出了一种新型的ACLED变换器拓扑电路。分别对BuckPFC功率因素校正电路和LCC电路进行了详细的分析。分析了BuckPFC电路的工作原理、开关管工作频率和电容值的大小，同时理论和仿真分析了半桥电路的工作原理和参数值的选择。最后通过实验验证了该电路拓扑结构能提高功率因数。该电路拓扑结构能克服传统整流电路由于后端电容造成控制器使用寿命和谐波成分减小等问题。

　　传统的LED灯恒流控制是通过AC/DC,再通过DC/DC变换器进行恒流控制，在AC/DC变换器中，通常在整流电路后面用滤波电容使输出的电压平滑，但是大电容的存在造成交流端的输入电流波形变成尖脉冲，而不再是正弦函数（降低功率因数）。基于以上LED控制存在的缺陷，本文采用ACLED变换器控制。DCLED变换器中由于输入功率为脉动的，输出功率为恒定的，需要中间储能电容来平衡两者的差值，因此，储能电容一般值较大，并采用电解电容，但数值高的电解电容寿命远小于LED的寿命，导致整体变换器的寿命降低。

　　如果采用ACLED,输入和输出功率都是脉动的，则需要的储能电容值较小，会提高整体变换器的寿命。现有ACLED灯电路结构有串联结构，梯形结构和桥式结构。在ACLED电路结构中，当输入AC源为电网电压220V,50Hz时，若不串联限流电阻，则需要大量LED灯串联以限制LED电流，此时增大了总的开启电压导致功率因数很低。当串联限流电阻时，则需要串联的LED数量减小，功率因数有所提高，但是因为限流电阻将导致效率降低。另外，当LED工作频率为50Hz时，光源将明显产生闪烁现象；而工作频率为100Hz时，大部分人感觉不到灯光的闪烁情况。为了解决ACLED存在的功率因数和效率低，以及提高负载结构所示的频率问题，本文提出了一种新型的ACLED变换器拓扑电路，并对该拓扑电路及控制方法进行分析和研究。

　　1ACLED灯的变换结构

　　图1为所提出的ACLED变换器结构图。vdc为220V交流电压经过不控整流的脉动电压，为了提高功率因数，本文采用BuckPFC电路来校正电流波形。BuckPFC电路输出电压经过半桥变换器转换成交流信号，作为后级LCC电路的输入电压，提供给负载LED灯。因此，该拓扑电路主要包括整流电路、BuckPFC、半桥变换器和LCC谐振电路。从图1中可以看出，C1和C2的取值很小能达到，因此，该电容对整个拓扑电路的寿命没有影响；LCC谐振电路输入和输出交流电压的基波频率为100Hz,从而负载LED的电压频率也为100Hz,该频率看不出电压的闪烁。

　　图1新型的ACLED变换器

　　3结束语

　　本文针对传统的LED灯整流电路的滤波电容使整流前端的交流输入电流波形变成尖脉冲，造成功率因数低、谐波成分增加等问题，提出了一种新型的ACLED变换器拓扑电路。通过对图1新型的拓扑电路理论分析，在LCC电路中的电容值较小，解决了传统整流电路的大电容给LED带来的使用寿命短的问题。本文还理论分析了BuckPFC电路参数值的选择，仿真分析了有功率因素校正电路与没有功率因素校正电路的输入电压和电流的相位关系，最后通过实验验证了本文提出的新型电路拓扑结构的可行性。