摘   要: 反激式變換電路是小功率LED照明中使用最為廣泛的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了使LED驅(qū)動器能夠滿足高效率、高可靠性和低成本的要求,給出了一種單級反激式變換電路，詳細(xì)分析了電路的工作原理，并對主要元器件的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計。最后，使用Saber仿真軟件在不同的輸入條件下進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明電路具備較高功率因數(shù)和效率。
關(guān)鍵詞: LED； 反激式； 功率因數(shù)； Saber

    照明用電是人類消耗能源的重要方面，約占世界總能耗的20%， 因此綠色節(jié)能照明的研究越來越受到重視[1]。LED照明技術(shù)正以其發(fā)光效率高、壽命長、節(jié)能和環(huán)保等諸多優(yōu)勢在更廣的范圍內(nèi)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的照明方式[2]。
    目前，常用的LED恒流驅(qū)動器有Buck、Boost、Flyback等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。由于電路自身的特點，在小功率(通常小于75 W)和高電壓(通常高于7.5 V)的應(yīng)用場合，F(xiàn)lyback拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用最為廣泛[4]。在單級反激式變換器中,輸入功率因數(shù)和輸出電壓紋波是一對矛盾體。一方面，傳統(tǒng)的二極管整流使得交流輸入側(cè)電流變成一個個短脈沖而不是平滑的正弦波，從而導(dǎo)致輸入側(cè)諧波過大和功率因數(shù)過低[5]；另一方面，如果不使用大電容去消除整流電壓紋波，輸出側(cè)將會存在較大的2倍基頻的電壓紋波。這個問題可以通過有源和無源的方法解決。有源法能夠很好地滿足諧波要求，但是電路的設(shè)計和控制較為復(fù)雜，加上附加電路，不適合小功率的應(yīng)用；無源法適合于對成本敏感的場合。為了獲得較高的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)換效率，本文提出在反激式電路變壓器的原邊放置一個LC濾波電路,使輸入側(cè)的總諧波(THD)和功率因數(shù)(PF)得到了很大改善。
    Saber是美國Analogy公司開發(fā)的一款功能強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真軟件，兼容模擬、數(shù)字、控制量的混合仿真。本文在分析反激式變換電路工作原理的基礎(chǔ)上，使用Saber仿真軟件進(jìn)行了仿真實驗驗證。
1 Flyback電路結(jié)構(gòu)
    圖1所示的單級反激式變換電路主要由四部分組成。第一部分是由4個二極管組成的不可控橋式整流電路；第二部分是LC濾波電路，其中Lf應(yīng)足夠大，使用小容量的濾波電容Cf取代大容量的儲能電容，濾除電壓中的高頻分量，使得濾波后的電壓波形仍然保持為正弦形；第三部分是DC/DC變換器，采用反激式，電路工作在電流斷續(xù)模式下，Lm為勵磁電感。由于變壓器漏感及其他分布參數(shù)的影響，反激式變換器在開關(guān)管關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生很高的尖峰電壓，這個尖峰電壓嚴(yán)重威脅著開關(guān)管的正常工作，必須采取措施對其進(jìn)行抑制，試驗中采用RCD吸收電路對開關(guān)管實現(xiàn)保護(hù)；第四部分是輸出整流部分,通過鋁電解電容為負(fù)載提供平滑的直流電壓。

2 電路工作原理分析
    為了方便分析，做以下假設(shè)：
    (1) 所有的電路元器件都是理想的；
    (2) 開關(guān)管的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流母線電壓的頻率，因此，可認(rèn)為在一個開關(guān)周期輸入的電壓保持不變；
    (3) 輸出儲能電容Co足夠的大，以至于可以認(rèn)為輸出的電壓是一個理想的直流源。
    當(dāng)電路工作在電流斷續(xù)模式(DCM)時，理論分析的波形如圖2所示，從圖中可以看出，電路進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)后，一個開關(guān)周期可以分為3個工作狀態(tài)，各狀態(tài)下的電路圖如圖3所示，圖中粗線表示實際流通路徑。各工作狀態(tài)分述如下。

    以上理論分析和仿真結(jié)果表明，仿真分析的結(jié)果與理論分析的結(jié)果是一致的，加入LC濾波能夠很好地改善輸入側(cè)的功率因數(shù)和諧波含量，RCD吸收電路能夠很好地保護(hù)開關(guān)管。電路工作在恒頻和固定占空比下，輸出電壓脈動能夠控制在5%以內(nèi)，能夠滿足高亮度LED的照明要求。
    本文給出了一種單級反激式變換電路，通過在變壓器原邊增加一個LC濾波器來提高輸入側(cè)的功率因數(shù)。該方法容易實現(xiàn)，簡化了電路，并且電路的控制簡單。上述理論和仿真分析為下一步制作實際的LED驅(qū)動電路提供了指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
[1] CHUANG Y C, KE Y L, CHUANG H S, et al. Singlestage power factor correction circuit with Flyback converter to drive LEDs for lighting application[C].IAS IEEE, 2010：1-9.
[2] TSAO J Y. Solid-state lighting: lamps, chips, and materials for tomorrow[J].IEEE Circuit Device Mag, 2004,20(3):28-37.
[3] Pei Qian. Research on the control method of constant current source buck converter for HB-LED[J]. Application of Electronic Technique,2010,36(2):73-76.
[4] Xie Xiagao, Zhang Junming, Zhao Chen, et al. An improved current-driven method for synchronous Flyback AD/DC converters[C]. INTELEC′06. 28TH Annual International, 2006:1-5.
[5] PARTO P, SMEDLEY K M. Passive PFC for Flyback converter[EB/OL]. (2010-xx-xx)[2012-06-21] http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc.