劉 煉

(重慶雷士照明有限公司)

0 引言

2014年v中國LED 行業(yè)總產(chǎn)值達3 445 億元，同比增長31%。其中，LED 上游外延芯片、中游封裝、下游應(yīng)用產(chǎn)值同比增長分別為43%、20%、32%。室內(nèi)照明是LED 應(yīng)用行業(yè)快速發(fā)展的主要引擎。數(shù)據(jù)顯示，2014年v室內(nèi)照明行業(yè)繼續(xù)保持2013年v的增長態(tài)勢，全年產(chǎn)值規(guī)模超過1 000 億元，同比增速超過70%，室內(nèi)照明應(yīng)用引領(lǐng)整個LED 應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展。基本上LED 已經(jīng)進入日常生活，然而由于新入行的燈具制造商自身技術(shù)力量單薄，為了最大化降低成本，對LED 照明產(chǎn)品的電性能、技術(shù)參數(shù)管控不嚴，導(dǎo)致市場上大多數(shù)LED 產(chǎn)品在點亮?xí)r頻閃嚴重。主要造成如下的危害:(1)可能引發(fā)腦細胞損傷;(2)可能影響閱讀及視力;(3)可能誘發(fā)偏頭痛;(4)降低工作效率和引發(fā)工傷。因此，無頻閃照明顯得尤為重要(特別是LED 臺燈系列產(chǎn)品)，對低成本、無頻閃、性能優(yōu)越的LED 驅(qū)動電源具有現(xiàn)實的推動意義。

1 方 法

1.1 頻閃定義

開關(guān)周期內(nèi)光的不斷波動。開關(guān)周期就是閃爍頻率，用“F”表示。加利福利亞Benya Burnett Consultancy 的負責(zé)人Jim Benya 研究表明:閃爍頻率F在2 kHz 以上才不會出現(xiàn)“視覺暫留”現(xiàn)象。故輸出電流的開關(guān)周期應(yīng)該大于2 kHz。

1.2 波動深度

波動深度表達式:

式中，δ——波動深度(%);

φmax——光通量最大值(lm);

φmin——光通量最小值(lm)。

關(guān)系圖，如圖1。

頻閃波動大小指標(biāo)通常用波動深度來衡量。實驗表明，頻閃深度低于5%時光源發(fā)出的光通量，在人的視覺中會形成平滑穩(wěn)定效應(yīng)，即眼睛不會感到疲勞。

圖2 正向電流與光強關(guān)系圖

圖3 輸出電流最大值和最小值

圖2 表示正向電流與光強關(guān)系。從中發(fā)現(xiàn)電流基本上與光強成正比關(guān)系，而光強與光通量成正比，故光通量與電流成正比關(guān)系。波動系數(shù)與電流關(guān)系:

式中，Imax——輸出電流最大值(mA);

Imin——輸出電流最小值(mA)，如圖(3)。

1.3 電源設(shè)計原理

圖4 為HA6007A 設(shè)計的buckboost 電路原理圖，圖5 為HA6007A 芯片內(nèi)部架構(gòu)圖。外圍電路和我們常規(guī)buckboost 設(shè)計差不多，恒流的重點主要是芯片4腳(LED 腳)處一個倍容式紋波濾波器，同時MOS 管通過5 V 電壓源工作在一個恒流區(qū)，并有50 K 的開關(guān)頻率，從而輸出電流工作頻率F 從傳統(tǒng)的100 或者120 Hz 大于2 kHz 消除視覺暫留現(xiàn)象。倍容式紋波濾波器原理圖如圖6 所示。在射極輸出器的基極到地接一個電容C4，由于基極電流只有射極電流的1/(1+β)，相當(dāng)于在發(fā)射極接了一個容值為(1+β)C4 的大電容。故能有效消除紋波。

圖4 電路原理圖

圖5 芯片內(nèi)部架構(gòu)圖

圖6 紋波濾波原理圖

做出單級PFC 非隔離有頻閃電源，如圖7;單級PFC 非隔離無頻閃電源，如圖8。

圖7 非隔離有頻閃電源

圖8 非隔離無頻閃電源

2 實驗結(jié)果

2.1 電參數(shù)測試數(shù)據(jù)

電參數(shù)測試結(jié)果見表1。

表1 電參數(shù)測試數(shù)據(jù)

2.2 紋波電流波形

圖9 為有頻閃電路的紋波電流波形，其波動深度δ1=(282-167)/(282+167)=25.6%

圖10 為無頻閃電路的紋波電流波形，其波動深度δ2=(228-221)/(228+221)=1.6%

圖9 有頻閃電路的紋波電流波形圖

圖10 無頻閃電路的紋波電流波形圖

2.3 面板燈點亮圖片

有頻閃相片效果(圖11)和無頻閃相片效果(圖12)。

圖11 有頻閃相片

圖12 無頻閃相片

3 小 結(jié)

2014年v1～11月，全國共生產(chǎn)燈具24.1 億套，同比增長9.53%;2013年v燈具行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值突破1 500 億元，同比增長6.63%;2014年v燈具行業(yè)市場成交額為171.58億元，同比增長2.83%;2014年v行業(yè)出口額1 362.64 億元，同比增長7.13%。預(yù)計到2020年v，我國燈具行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值將突破2 500 億，行業(yè)市場成交額將突破300 億元，行業(yè)出口額將突破2 000 億元。

面對現(xiàn)今發(fā)展趨勢，誰先占領(lǐng)市場誰就是LED 的龍頭企業(yè)。想要贏得市場份額，高性價比產(chǎn)品是必然的趨勢。單級PFC 非隔離無頻閃電源在行業(yè)內(nèi)有著突出的優(yōu)勢:成本低，無頻閃，波動深度小于5%，高功率因數(shù)，滿足國家一級能效，能為企業(yè)帶來豐厚的利潤。同時也為電源行業(yè)解決無頻閃提供了優(yōu)質(zhì)的方案，為LED 行業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。

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