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单级PFC消除工频纹波的解决方案

单级PFC设计由于输入滤波电容较小,会产生一些和电网频率相关的闪烁。闪烁的大小取决于电网频率、转换器输出电流的交流振幅、输出电容的大小、光输出与电流的关系和 LED 灯串的动态电阻等。

转换器输出电流的波形和功率因数有关。

要减少在单级高功率因数校正的 LED 驱动器中 100/120Hz 的闪烁,就必须减少 LED 电流纹波。以下为几种可能的方式:

1. 减少转换器输出电流的峰至峰振幅,这可以借着降低设计的功率因数、增加输入电容、增加电流反馈回路的速度等而达到。这样一来, PF (power factor) 和 THD (Total Harmonic Distortion) 可能都无法符合要求,这个解决方案通常只用于低功率设计中。

2. 增加输出电容。为减小纹波至非常低的水平,就必须要有一个非常大的电容器,如此即增加了成本和体积。

3. 增加 LED 灯串的动态电阻:可以选择有较高 RDYNAMIC的 LED,或使 LED 工作在 I/V 曲线较低的区域。也可以在 LED 灯串上再串联一电阻,然而这将增加额外的功耗,也会降低转换器的效率。

4. 也可使用一个线性后调节器来消除输出电压纹波,从而减小 LED 的电流纹波

笔者将重点介绍第四点,使用一个简单的电路方案来解决LED纹波:

如上图所示,可以使用NPN或者PNP来设计LED去纹波电路。

上图的电路是一个自给偏压的射极跟随器。

利用达林顿组态,可以使得基极的阻抗维持相当高,所以只需很小的电容即可过滤 100Hz的纹波。这个电路可以使用 NPN 晶体管放在 VOUT 端来实现,或者使用 PNP 晶体管放在 GND 端实现。

加上这样的电路可将 LED 电流纹波降到非常低的值,甚至接近 0%。 这种消除 LED 电流纹波电路的缺点是会有额外的功耗消耗在 Q2 上,因而降低了 LED 驱动器的效率。在 Q2 上的功耗可以由 (VOUTPP/2 +1.2V)*ILED 来估算。  

下一章将通过电路仿真和实际应用来大家一起深入了解该去纹波电路。

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