填谷式PFCLED电源研发项目教材

1、广州铭纬电子产品有限公司填谷式PFC LED驱动电源研发项目项目计划书2011年4月至2011年12月、项目基本情况31、项目名称：填谷式PFC LED高压驱动电源研发项目32、所属领域:33、研发项目预算总金额：280万元，其中：企业自筹280万元。.3二、立项依据31、国内外现状、水平和发展趋势32、项目研究开发目的和意义33、项目达到的技术水平及市场前景3三、研究开发内容和目标31、项目主要内容及关键技术32、技术创新点33、主要技术指标或经济指标3四、研究开发方法及技术路线31、关键元件两级变换电感的设计32、应用线路33、研究开发设备设施3五、研究开发项目组人员名单31、项目主要研发

2、人员32、项目主要辅助人员3六、计划工作进度3 1、第一阶段：确定研发方案及设计研发阶段（2011年4月至2011年11月）32、第二阶段：小试与测试阶段（2011年10月至2011年12月）33、第三阶段：中试及交付产业化阶段（2011年12月至2012年2月）.3一、项目基本情况h项目名称：填谷式PFC LED高压驱动电源研发项目2、所属领域：（1）国家重点支持的高新技术领域:匚电子信息技术生物与新医药技术 航空航天技术新材料技术匚高技术服务业新能源及节能技术资源与 环境技术高新技术改造传统产业（2）当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007年度）:信息生 物航空航天新材料口先进能源

3、口现代农业先进制造先进环保 资源综合利用口海洋3. 研发项目预算总金额：280万元,其中：企业自筹280万元。二、立项依据h国内外现状、水平和发展趋势近年来z LED灯具（含LED和驱动电源）作为一种节能环保型照明灯具正在迅 速推广，被广泛用于阅读灯、手电筒、汽车方向灯、小型聚光灯，标牌、建筑轮 廓及穹顶照明、便携式闪光灯、医疗照明及装饰照明灯等领域。如何降低LED驱 动电源的总谐波失真，提高其功率因数，具有重要的现实意义。2、项目研究开发目的和意义为了满足LED驱动电源对PF值的特殊要求，而且在功率极低的情况下亦能满 足功率因数(5W 實際功率15W)不得低於0.7。目前常用的电路是普通反激

4、式电 路,其功率因数一般都在0.5以下，对电网的污染也较大为改善这一问题，广州明 纬电子产品有限公司立项开发了一种填谷式PFC LED驱动电源电路.3、项目达到的技术水平及市场前景该项目是一种具有填谷式PFC电源电路，由工频市电供电的LED路灯丄ED建 筑照明灯和景观照明灯以及一般照明灯，其离线式(offline)驱动电路能把LED点亮 是远远不够的.一个高性能离线式LED照明电源一般应满足AC输入谐波电流符合 IEC6100-3-2等标准关于照明设备的限量规定:功率因数满足5W實際功率s 15W,其Power Factor不得低於0.7 ;高能效，效率n83%;低成本，高可靠，其寿命尽 可能

5、与LED使用寿命相匹配欲提高离线式LED照明系统的线路功率因数,限制输 入工频谐波电流，则必须采用功率因数校正电路，填谷式电流修整电路比较适合应 用于LED照明电源中.随看世界能源危机的日益加剧，节能环保已经是当前世界最重要的课题明纬电 源一直致力于如何让LED灯更加绿色环保，更加节约能源,更加适合市场，更加适合 客户使用而努力.该项目电路:填谷式PFC LED电源电路研发成功并使用在APC -12P/16P电源项目上之后，得到了市场的充分肯定，并且得到了大量的国内客户的 青睐.三、研究开发内容和目标1、项目主要内容及关键技术(-)项目主要内容该项目电路采用填谷式PFC LED电源电路，满足L

6、ED灯在PF值与THD谐波 方面的特殊要求在交流正弦波上升时采用串联给大电容充电，在交流正弦波下降 时两大电容并联电路放电注PWM电路采用土兰微电子的SD4843,次级侧采用 AP4310恒流(-)关键技术对无失真的交流电而言，其输入电压与输入电流的表达式分别为u = V2(7 cos cot(1)i = /21 cos(co t-(p)(2)式中的U、i均代表瞬时值，U、I为有效值,屮表示相角。交流输入的视在功率 S二UI,而有功功率P二UIcos屮。仅当cos屮达到1时，P二UI二S。功率因数的英文缩写为PF(Power Factor),其国标符号为入。功率因数定义为 有功功率与视在功率的

7、比值:交流供电设备的功率因数是在电流波形无失真的情况下定义的。造成功率因数降低的原因有两个：一是交流输入电流波形的相位漂移，二是交流输入电流波形存在失真。相位漂移通常是由电源的负载性质(感性或容性)而引起的在这种 情况下对功率因数的分析相对简单，一般可用公式cos屮二P / (UI)来计算。但是当 交流输入电流波形存在失真时，式(3)不再适用。目前，采用AC / DC变换器的开关电源均通过整流电路与电网相连接。其输入 整流滤波器一般由桥式整流器和滤波电容器构成,二者均属于非线性元器件。由 于大容量滤波电容器的存在,使得整流二极管的导通角变得很窄，仅在交流输入 电压的峰值附近才能导通，致使交流输

8、入电流产生严重失真，变成为尖峰脉冲。 这种电流波形中包含了大量的谐波分量,不仅对电网造成污染，还导致滤波后输 出的有功功率显著降低，使功率因数大幅度降低。普通AC / DC变换器的功率因 数较低，只能达到0.6左右。因此，提高开关电源的功率因数不仅能降低线路损 耗、还能减少电网的谐波污染,提高电网的供电质量。总谐波失真是指用信号源输入时，输出信号(谐波及其倍频成分)比输入信号多 出的谐波成分，一般用百分数表示。功率因数(入)与总谐波失真(THD)存在下述关 系：2 = “严 1cos。x 100%Jl + (THD)2v 7当交做入电流与电压保持同相位，且cos屮二1时，式(4)可简化为A=

9、.1=xl00%(s71 + (THD)2 利用功率因数校正器PFC(Power Factor Corrector),可使交流输入电流与交 流输入电压保捋同相位并滤除电流谐波，将设备的功率因数提高到接近于1的某 预定值。功率因数校正分无源功率因数校正(PPFC)、有源功率因数校正(APFC) 两种类型。无源功率因数校正的特点是电路简单，成本低廉。2、技术创新点本项目的技术创新点包括：（-）电路简单，成本低廉。将无源填谷整流滤波电路与SD4843相匹配， 实现功率因数校正。（二 旭流恒压输出50%LOAD ,200-240VAC输入情况下，PF值都大于0.8 , 低THD值，都能符合harmon

10、ic CLASS B等级，3、主要技术指标或经济指标（-）主要技术指标1）输入电压为180-264。2 ）输出电压5,12 , 15 , 24 ,输出功率12W/16W3）最大效率83%4）PF0.75）输出电压精度:1%6）线调整率:0.5%7）负载调整率:0.5%8 ）纹波和噪声:350mV（峰-峰值）9 ）变压器采用EI-22磁心，材质采用安磁JPP-4。（二）主要经济指标1）本项目实施后新增销售收入:本项目实施后，可以使得 APV-12P/APC-12P系列和APV-16P/APC-16P 系列销售台数达到100000PCS/年z年新增销售额达到5000万元。2) 本项目实施后新增利润

11、：本项目实施后,年新增利润可达到1000万元。3) 本项目实施后新增税金：本项目实施后,年新增税金可以达到335万元。、研究开发方法及技术路线关键元件填谷式PFC的设计全部由无源元器件构成的无源填谷电路如图3所示。总共仅需使用3只二极 管(VD3VD5)、两只电解电容器(C5、C6)和一只电阻器(R6)。VD3VD5采用 1N4007型硅整流管。C3与C4的容量必须相等,均采用27pF / 200V的电解电 容器。R6选用4.70、2W的电阻器，开机时可限制C5、C6上的冲击电流。填 谷电路的特点是C5和C6以串联方式充电，而以并联方式进行放电。设交流输入 电压的有效值为u ,峰值电压为UP

12、,整流桥输出的脉动直流电压为UBR。1N4007 本Cs22 口200VD5 & 1N4007 4.7UA时，D5导通，UBR就 沿看C5-D5f R6-C6的串联电路给C5和C6充电，同时向负载提供电流。其 充电时间常数很小，充电速度很快。阶段二：当UA达到UP时，C3、C4上的总电压UA二UP ;因C3、C4的容量 相等，故二者的压降均为UP / 2。此时VD7导通，而VD6和VD8被反向偏置而 截止。阶段三：当UA从UP开始下降时，D5截止，立即停止对C5和C6充电。阶段四：当UA降至UP / 2时，D3、D4被正向偏置而变成导通状态，C5、C6上的电荷分别通过D3.D4构成的并联电路进

13、行放电，维捋负载上的电流不变。从阶段一一直到阶段三，都是由电网供电,除了向负载提供电流,还在阶段一 至阶段二给C5和C6充电；仅在阶段四由C5、C6上储存的电荷给负载供电。进入负半周后，C5、C6仍可对负载进行并联放电，使负载电流基本保捋恒定。综上所述,利用图3所示无源填谷电路,能大幅度增加整流管的导通角,使 之在正半周时的导通角扩展到30150（30恰好对应于UA二UPsin30=UP/ 2 ,150对应于UA二UPsinl50=UP / 2）。同理，负半周时的导通角扩展为210 330%这样,波形就从窄脉冲变为比较接近于正弦波。这相当于把尖峰脉冲电流 波形中的谷点区域填平” 了很大一部分,

14、故称之为填谷电路。实测该LED驱动 电源的功率因数入n0.8。交流输入电压u、交流输入电流i及UA点的时序波形 对照如图4所示。图4 交流输入电压“.交流输入电流/及S点的时序波形2、应用线路633、研究开发设备设施(-)硬件设施设备名称数量主要功能数字示波器10台电压、电流、时序波形电子负载22台负载模式可设置为：CC/CR/CV/CCDLED灯2台测试LED电源带LED灯时实际 工作情况安规测试仪7台耐压、绝缘阻抗、接地阻抗谐波分析仪1台按照 EN61000-3-2标准测试输入电流谐波成分功率分析仪16台输入功率、电流、功率因素遍度记录仪5台检测零件遍度恒遍恒湿仪1台电源环境信赖度测试漏电

15、流测试仪1台接地电流检测LCR测试仪2台L、C、Q、DF 检测EMC测试仪器4台ESD、EFT、SURGE. CONDUCTCHROMA6000 ATE2台全功能自动检测（二）软件设施软件名称主要功能ERP专条管理研发进度管控ATE软件自动测试程式编写（三）研发技术能力及项目基础本公司是专业研发和制造开关电源产品的高新技术企业拥有研究人员15人, 均为大专以上学厉，其中高级工程师2人冲级工程师13人，分别具备电子技术、 自动化、电子信息、电子物理、计算机、电子工程等专业。近年来公司先后开发 了 20项新产品,在业界堪称领先地位。公司很注重自主知识产权,已取得6项专 利，其中本项目获得实用新型专

16、利。2009年公司累计投入技术开发资金1300多 万元，其中本项目投入技术开发资金280万元。五、研究开发项目组人员名单1、项目主要研发人员序号姓名性别年龄学历专业职务在本项目中承担的任芻1江军男26人专电子技术项目 负责人全面主持项目研发2彭希和男42硕士电子技术研发副总技术指导3毛罗生男25本科电息研发 工程师安规和EMC4邹凌飞男26电菇息研发 工程师测试5文宁男28本科电子技术测试 工程师测试6向学锋男30本科电子技术测试 工程师测试7冯玉环女27本科计算机工程师般设计8封丽花女27本科电子物理布局 工程师PCB LAYOUT 设计2、项目主要辅助人员序号姓名部门职务在本项目中承担的任务1梁艳红工程助理T程师试作2吴松彬生产助理工程师试作六、计划工作进度1、第一阶段：确定研发方案及设计研发阶段（2011年2月至20行 年05月）（-）研究内容：完成包括产品战略、市场调研、产品分析（可靠性、安全性、 性价比技术可行性、产品性能确定等。产品的设计、电路的优化、参数的计算 设计、项目开发经费的控制等。（二）阶段成果:完成研发预算表、项目进度安排表、确定目标值。系统 设计方案、系统测试方案、监测试验方案。2、第二阶段：小试与测试阶段（2