摘 要：文章基于單級(jí)有源PFC（功率因數(shù)校正技術(shù)）的LED驅(qū)動(dòng)電源，采用JW1220芯片，設(shè)計(jì)一種去紋波電路，它能有效降低輸出直流電流上的交流成分，以解決目前單級(jí)PFC驅(qū)動(dòng)電源頻閃的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)比，此方案能消除LED燈的頻閃問(wèn)題，為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)推廣應(yīng)用起到了推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)渭?jí)；LED驅(qū)動(dòng)電源；功率因數(shù)校正；頻閃

引言

文章基于單級(jí)有源功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動(dòng)電源，根據(jù)頻閃的定義、波動(dòng)深度的表達(dá)式，采用JW1220芯片設(shè)計(jì)相應(yīng)的去紋波電路，達(dá)到無(wú)頻閃的效果。

1 頻閃和波動(dòng)深度

1.1 頻閃定義

頻閃就是指開(kāi)關(guān)周期內(nèi)光的不斷波動(dòng)。開(kāi)關(guān)周期就是閃爍頻率，根據(jù)不可察覺(jué)的閃爍頻率和波動(dòng)深度函數(shù)關(guān)系，即波動(dòng)深度隨驅(qū)動(dòng)電流頻率的函數(shù)關(guān)系，加利福尼亞的Jim Benya研究發(fā)現(xiàn)：輸出電流的開(kāi)關(guān)周期應(yīng)該大于2kHz，這樣人的眼睛才不會(huì)產(chǎn)生“視覺(jué)暫留”現(xiàn)象。

1.2 波動(dòng)深度的定義

波動(dòng)深度的表達(dá)式也稱邁克爾遜對(duì)比公式，即為最大和最小亮度之差除以最大和最小亮度之和。圖1是波動(dòng)關(guān)系示意圖，由圖可知，波動(dòng)深度（閃爍百分?jǐn)?shù)）的表達(dá)式為：

由正向電流與光強(qiáng)關(guān)系可以知道兩者基本上成正比關(guān)系，由于光通量和光強(qiáng)也成正比關(guān)系，因此我們可認(rèn)為電流和光通量成正比關(guān)系。則波動(dòng)深度也可表示為：

式中，Imax-輸出電流的最大值（mA）；Imin-輸出電流的最小值（mA）。輸出電流的最大值和最小值都是指LED驅(qū)動(dòng)電源輸出直流上的交流成分的最大值和最小值。

從上述可知，在對(duì)人無(wú)影響的前提下，隨著閃爍頻率越來(lái)越大，波動(dòng)深度的值越來(lái)越高，實(shí)驗(yàn)表明，頻閃波動(dòng)深度小于5%的光源發(fā)出的光，對(duì)人的眼睛不會(huì)造成疲勞。

2 方法和結(jié)果

為了解決電流紋波較大的問(wèn)題，通常會(huì)接入較大容量的電解電容，但是電解電容的壽命嚴(yán)重制約著LED壽命，因此許多研究無(wú)電解電容的LED驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電源。但是由于沒(méi)有電解電容，驅(qū)動(dòng)電流中含有兩倍工頻的交流成分，在50Hz市電下LED存在100Hz的頻閃。文章是從LED驅(qū)動(dòng)電源輸出端出發(fā)，利用JW1220芯片組合一個(gè)相應(yīng)的去紋波電路，降低輸出端直流電流中的交流成分，達(dá)到一個(gè)無(wú)頻閃的效果。

2.1 電路的原理

圖2是基于JW1220芯片的去紋波電路原理圖，該電路能達(dá)到LED無(wú)頻閃的效果，文章用的LED驅(qū)動(dòng)電源是采用有源PFC芯片的Buck電路組成，其輸入電壓為220V，工頻50Hz，輸出電壓為77V，輸出電流為240mA。后接入去紋波電路，即去紋波電路的輸入電壓為77V，輸入電流為240mA。

電容器C2是一個(gè)集成電容器，C2的變換電壓作為一個(gè)參考電壓，外部MOSFET管Q2把LED電流紋波轉(zhuǎn)化為電壓紋波，確保恒定的電流流過(guò)LED，JW1220通過(guò)檢測(cè)外部MOSFET的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)變化C2的電壓，當(dāng)Q2處于飽和狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的效率比較低，改變C2電壓使VC引腳和ILED（輸出電流最大值）升高，電源的輸出電壓降低。相反，當(dāng)Q2工作在線性區(qū)，LED電流調(diào)節(jié)回路是開(kāi)放的，C2使得VC引腳電壓和ILED電流降低，電源輸出電壓升高，然后LED電流調(diào)節(jié)回路關(guān)閉，使得整個(gè)功耗減小以提高系統(tǒng)的效率。電流調(diào)節(jié)器檢測(cè)電阻R4和R5電壓等于參考電壓VC。為了消除電流紋波，C2電容值可以確定電流紋波的最終幅度，它的值應(yīng)該足夠大，但是過(guò)大便會(huì)減慢動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，正常情況下C2選取2.2uF或1uF相對(duì)合理。為了限制最大輸出電流尤其在短路狀態(tài)，VS引腳的最大電壓為2V，這樣R4和R5的選取應(yīng)遵循：

根據(jù)輸入值，此電路的R4和R5選取1歐姆。

2.2 測(cè)試結(jié)果

無(wú)去紋波電路的輸出電壓電流波形，可計(jì)算出其波動(dòng)深度為：

有去紋波電路的輸出電壓電流波形，可計(jì)算出其波動(dòng)深為：

由上面數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，通過(guò)加入去紋波電路后，很好的濾除了輸出直流電流中的100Hz交流成分，并且實(shí)現(xiàn)了紋波達(dá)到了5%以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了去紋波電路的有效性。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)闡述頻閃和波動(dòng)深度定義，對(duì)LED頻閃有了具體的了解。闡述為了消除電解電容提高LED驅(qū)動(dòng)電源壽命的幾種方法。提出了一種基于JW1220芯片的去紋波電路，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了電路的有效性，也滿足了市場(chǎng)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的要求：高功率因數(shù)，波動(dòng)深度小于5%。達(dá)到了LED無(wú)頻閃的效果。

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作者簡(jiǎn)介：李艷江（1991-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣β室驍?shù)校正技術(shù)。

龔新軍，亮芯科技（天津）有限公司。