2023年12月6日发(作者：沃运洁)

单级PFC非隔离无频闪电源设计

刘炼

【摘 要】为解决目前单级P FC非隔离电源存在频闪的问题，分别设计了输出电流为260 mA、输出电压为132 V的单级PFC非隔离有频闪和无频闪两款电源，采用三星GTS5570摄像头和Tektronix DPO4034B示波器分别对两款电源驱动的面板灯进行光和电流纹波的抓拍。经过光和电流图像分析，无频闪电源的面板灯没有产生光波，且输出电流也无频闪。单级P FC非隔离电源能够实现无频闪，为灯具的快速发展起到了推动的作用。%To solve the current stroboscopic

problem of the non⁃isolated single stage PFC power source, de⁃signed two

non-isolated single stage PFC power sources with 260mA output current

and 132V output voltage:stroboscopic and non, using Samsung GTS5570

camera and Tektronix DPO4034B oscilloscope to capture two panel lamps

respectively driven by the above two power sources. The analysis of light

and the current image showed that the panel light driven by the non-stroboscopic power source had no light waves and non-strobo⁃scopic

output current. The non⁃isolated single stage PFC power source can bring

out non strobe, which can promote the rapid development of the lighting

industry.

【期刊名称】《灯与照明》

【年(卷),期】2015(000)001

【总页数】4页(P61-64) 【关键词】单级;PFC;非隔离;无频闪

【作 者】刘炼

【作者单位】重庆雷士照明有限公司

【正文语种】中 文

0 引言

2014年v中国LED 行业总产值达3 445 亿元，同比增长31%。其中，LED 上游外延芯片、中游封装、下游应用产值同比增长分别为43%、20%、32%。室内照明是LED 应用行业快速发展的主要引擎。数据显示，2014年v室内照明行业继续保持2013年v的增长态势，全年产值规模超过1 000 亿元，同比增速超过70%，室内照明应用引领整个LED 应用行业的发展。基本上LED 已经进入日常生活，然而由于新入行的灯具制造商自身技术力量单薄，为了最大化降低成本，对LED 照明产品的电性能、技术参数管控不严，导致市场上大多数LED 产品在点亮时频闪严重。主要造成如下的危害:(1)可能引发脑细胞损伤;(2)可能影响阅读及视力;(3)可能诱发偏头痛;(4)降低工作效率和引发工伤。因此，无频闪照明显得尤为重要(特别是LED 台灯系列产品)，对低成本、无频闪、性能优越的LED 驱动电源具有现实的推动意义。

1 方 法

1.1 频闪定义

开关周期内光的不断波动。开关周期就是闪烁频率，用“F”表示。加利福利亚Benya Burnett Consultancy 的负责人Jim Benya 研究表明:闪烁频率F在2 kHz

以上才不会出现“视觉暂留”现象。故输出电流的开关周期应该大于2 kHz。 1.2 波动深度

波动深度表达式:

式中，δ——波动深度(%);

φmax——光通量最大值(lm);

φmin——光通量最小值(lm)。

关系图，如图1。

图1 波动关系示意图

频闪波动大小指标通常用波动深度来衡量。实验表明，频闪深度低于5%时光源发出的光通量，在人的视觉中会形成平滑稳定效应，即眼睛不会感到疲劳。

图2 正向电流与光强关系图

图3 输出电流最大值和最小值

图2 表示正向电流与光强关系。从中发现电流基本上与光强成正比关系，而光强与光通量成正比，故光通量与电流成正比关系。波动系数与电流关系:

式中，Imax——输出电流最大值(mA);

Imin——输出电流最小值(mA)，如图(3)。

1.3 电源设计原理

图4 为HA6007A 设计的buckboost 电路原理图，图5 为HA6007A 芯片内部架构图。外围电路和我们常规buckboost 设计差不多，恒流的重点主要是芯片4脚(LED 脚)处一个倍容式纹波滤波器，同时MOS 管通过5 V 电压源工作在一个恒流区，并有50 K 的开关频率，从而输出电流工作频率F 从传统的100 或者120

Hz 大于2 kHz 消除视觉暂留现象。倍容式纹波滤波器原理图如图6 所示。在射极输出器的基极到地接一个电容C4，由于基极电流只有射极电流的1/(1+β)，相当于在发射极接了一个容值为(1+β)C4 的大电容。故能有效消除纹波。

图4 电路原理图

图5 芯片内部架构图

图6 纹波滤波原理图

做出单级PFC 非隔离有频闪电源，如图7;单级PFC 非隔离无频闪电源，如图8。

图7 非隔离有频闪电源

图8 非隔离无频闪电源

2 实验结果

2.1 电参数测试数据

电参数测试结果见表1。

表1 电参数测试数据

2.2 纹波电流波形

图9 为有频闪电路的纹波电流波形，其波动深度δ1= (282 - 167)/(282 + 167)=

25.6%

图10 为无频闪电路的纹波电流波形，其波动深度δ2= (228 - 221)/(228 +

221)= 1.6%

图9 有频闪电路的纹波电流波形图

图10 无频闪电路的纹波电流波形图

2.3 面板灯点亮图片

有频闪相片效果(图11)和无频闪相片效果(图12)。

图11 有频闪相片

图12 无频闪相片

3 小 结

2014年v1～11月，全国共生产灯具24.1 亿套，同比增长9.53%;2013年v灯具行业工业总产值突破1 500 亿元，同比增长6.63%;2014年v灯具行业市场成交额为171.58亿元，同比增长2.83%;2014年v行业出口额1 362.64 亿元，同比增长7.13%。预计到2020年v，我国灯具行业工业总产值将突破2 500 亿，行业市场成交额将突破300 亿元，行业出口额将突破2 000 亿元。

面对现今发展趋势，谁先占领市场谁就是LED 的龙头企业。想要赢得市场份额，高性价比产品是必然的趋势。单级PFC 非隔离无频闪电源在行业内有着突出的优势:成本低，无频闪，波动深度小于5%，高功率因数，满足国家一级能效，能为企业带来丰厚的利润。同时也为电源行业解决无频闪提供了优质的方案，为LED 行业的发展起到了推动作用。

参考文献:

［1］王舒.无电解电容无频闪的LED 驱动电源［J］.电工技术学报，2012(4)

［2］舒重阳.智能LED 频闪/爆闪补光灯控制系统的设计和实现［D］.华中科技大学，2012(1)

［3］杨光.基于不同驱动条件下白光LED 照明频闪问题的研究［J］.照明工程学报，2011(12)

［4］廖志凌.半导体照明工程的现状与发展趋势［J］.电工技术学报，2006(9)

［5］黄可.各国半导体照明研究计划及我国的对策［J］.中国科技论坛，2008(6)

［6］张明轩.大功率LED 频闪光源［J］.中国照明电器，2009(9)

［7］赵辉.LED 的“大时代”并购重组持续升温［J］.高工LED，12(12)

2023年12月6日发(作者：沃运洁)

单级PFC非隔离无频闪电源设计

刘炼

【摘 要】为解决目前单级P FC非隔离电源存在频闪的问题，分别设计了输出电流为260 mA、输出电压为132 V的单级PFC非隔离有频闪和无频闪两款电源，采用三星GTS5570摄像头和Tektronix DPO4034B示波器分别对两款电源驱动的面板灯进行光和电流纹波的抓拍。经过光和电流图像分析，无频闪电源的面板灯没有产生光波，且输出电流也无频闪。单级P FC非隔离电源能够实现无频闪，为灯具的快速发展起到了推动的作用。%To solve the current stroboscopic

problem of the non⁃isolated single stage PFC power source, de⁃signed two

non-isolated single stage PFC power sources with 260mA output current

and 132V output voltage:stroboscopic and non, using Samsung GTS5570

camera and Tektronix DPO4034B oscilloscope to capture two panel lamps

respectively driven by the above two power sources. The analysis of light

and the current image showed that the panel light driven by the non-stroboscopic power source had no light waves and non-strobo⁃scopic

output current. The non⁃isolated single stage PFC power source can bring

out non strobe, which can promote the rapid development of the lighting

industry.

【期刊名称】《灯与照明》

【年(卷),期】2015(000)001

【总页数】4页(P61-64) 【关键词】单级;PFC;非隔离;无频闪

【作 者】刘炼

【作者单位】重庆雷士照明有限公司

【正文语种】中 文

0 引言

2014年v中国LED 行业总产值达3 445 亿元，同比增长31%。其中，LED 上游外延芯片、中游封装、下游应用产值同比增长分别为43%、20%、32%。室内照明是LED 应用行业快速发展的主要引擎。数据显示，2014年v室内照明行业继续保持2013年v的增长态势，全年产值规模超过1 000 亿元，同比增速超过70%，室内照明应用引领整个LED 应用行业的发展。基本上LED 已经进入日常生活，然而由于新入行的灯具制造商自身技术力量单薄，为了最大化降低成本，对LED 照明产品的电性能、技术参数管控不严，导致市场上大多数LED 产品在点亮时频闪严重。主要造成如下的危害:(1)可能引发脑细胞损伤;(2)可能影响阅读及视力;(3)可能诱发偏头痛;(4)降低工作效率和引发工伤。因此，无频闪照明显得尤为重要(特别是LED 台灯系列产品)，对低成本、无频闪、性能优越的LED 驱动电源具有现实的推动意义。

1 方 法

1.1 频闪定义

开关周期内光的不断波动。开关周期就是闪烁频率，用“F”表示。加利福利亚Benya Burnett Consultancy 的负责人Jim Benya 研究表明:闪烁频率F在2 kHz

以上才不会出现“视觉暂留”现象。故输出电流的开关周期应该大于2 kHz。 1.2 波动深度

波动深度表达式:

式中，δ——波动深度(%);

φmax——光通量最大值(lm);

φmin——光通量最小值(lm)。

关系图，如图1。

图1 波动关系示意图

频闪波动大小指标通常用波动深度来衡量。实验表明，频闪深度低于5%时光源发出的光通量，在人的视觉中会形成平滑稳定效应，即眼睛不会感到疲劳。

图2 正向电流与光强关系图

图3 输出电流最大值和最小值

图2 表示正向电流与光强关系。从中发现电流基本上与光强成正比关系，而光强与光通量成正比，故光通量与电流成正比关系。波动系数与电流关系:

式中，Imax——输出电流最大值(mA);

Imin——输出电流最小值(mA)，如图(3)。

1.3 电源设计原理

图4 为HA6007A 设计的buckboost 电路原理图，图5 为HA6007A 芯片内部架构图。外围电路和我们常规buckboost 设计差不多，恒流的重点主要是芯片4脚(LED 脚)处一个倍容式纹波滤波器，同时MOS 管通过5 V 电压源工作在一个恒流区，并有50 K 的开关频率，从而输出电流工作频率F 从传统的100 或者120

Hz 大于2 kHz 消除视觉暂留现象。倍容式纹波滤波器原理图如图6 所示。在射极输出器的基极到地接一个电容C4，由于基极电流只有射极电流的1/(1+β)，相当于在发射极接了一个容值为(1+β)C4 的大电容。故能有效消除纹波。

图4 电路原理图

图5 芯片内部架构图

图6 纹波滤波原理图

做出单级PFC 非隔离有频闪电源，如图7;单级PFC 非隔离无频闪电源，如图8。

图7 非隔离有频闪电源

图8 非隔离无频闪电源

2 实验结果

2.1 电参数测试数据

电参数测试结果见表1。

表1 电参数测试数据

2.2 纹波电流波形

图9 为有频闪电路的纹波电流波形，其波动深度δ1= (282 - 167)/(282 + 167)=

25.6%

图10 为无频闪电路的纹波电流波形，其波动深度δ2= (228 - 221)/(228 +

221)= 1.6%

图9 有频闪电路的纹波电流波形图

图10 无频闪电路的纹波电流波形图

2.3 面板灯点亮图片

有频闪相片效果(图11)和无频闪相片效果(图12)。

图11 有频闪相片

图12 无频闪相片

3 小 结

2014年v1～11月，全国共生产灯具24.1 亿套，同比增长9.53%;2013年v灯具行业工业总产值突破1 500 亿元，同比增长6.63%;2014年v灯具行业市场成交额为171.58亿元，同比增长2.83%;2014年v行业出口额1 362.64 亿元，同比增长7.13%。预计到2020年v，我国灯具行业工业总产值将突破2 500 亿，行业市场成交额将突破300 亿元，行业出口额将突破2 000 亿元。

面对现今发展趋势，谁先占领市场谁就是LED 的龙头企业。想要赢得市场份额，高性价比产品是必然的趋势。单级PFC 非隔离无频闪电源在行业内有着突出的优势:成本低，无频闪，波动深度小于5%，高功率因数，满足国家一级能效，能为企业带来丰厚的利润。同时也为电源行业解决无频闪提供了优质的方案，为LED 行业的发展起到了推动作用。

参考文献:

［1］王舒.无电解电容无频闪的LED 驱动电源［J］.电工技术学报，2012(4)

［2］舒重阳.智能LED 频闪/爆闪补光灯控制系统的设计和实现［D］.华中科技大学，2012(1)

［3］杨光.基于不同驱动条件下白光LED 照明频闪问题的研究［J］.照明工程学报，2011(12)

［4］廖志凌.半导体照明工程的现状与发展趋势［J］.电工技术学报，2006(9)

［5］黄可.各国半导体照明研究计划及我国的对策［J］.中国科技论坛，2008(6)

［6］张明轩.大功率LED 频闪光源［J］.中国照明电器，2009(9)

［7］赵辉.LED 的“大时代”并购重组持续升温［J］.高工LED，12(12)