FAN6961在LED路燈驅動電源中的應用

摘要：LED驅動電源通常采用全橋整流和電容濾波電路實現AC/DC的變換，線路中會產生諧波干擾和波形的失真，這將對電網和線路產生嚴重的干擾，影響電源的利用率。本文將飛兆公司生產的芯片FAN6961應用于一款智能型LED路燈驅動電源中，較好地實現了功率因數校正，使驅動電源的性能得到較大提升。

關鍵詞：驅動電源 全橋整流 諧波干擾 功率因數校正

0 引言

在世界范圍能源危機的背景下，而LED照明無疑成為了這場變革中的重要力量，得到廣泛應用。驅動電源作為系統的核心，被稱之為“心臟”，其性能優劣直接影響到系統的應用。在電源諸多組成單元中，功率因數校正電路（簡稱PFC）對于電源性能影響巨大。

眾所周知，采用全橋整流和電解電容濾波的電路中實現AC/DC的變換，為后級級聯的變換器供電[1]。由于整流二極管導通角很小，使AC輸入的電流呈尖峰狀脈沖，波形嚴重畸變。電流波形的基波分量很小，諧波分量卻很高，這將對電網造成嚴重的污染，也會對其他電路和設備產生干擾。另外，由于電流波形存在嚴重失真，系統功率因數較低，使得電源利用率降低，造成能源浪費。因此，必須采取措施，對功率因數進行有效的校正。就本質而言，是輸入AC電流的畸變進行校正或對波形進行整形，使其盡可能保持正弦波，使輸入電流盡量與輸入電壓保持同相位。

1 PFC電路的基本原理

1.1 概述 如圖1所示，LED路燈驅動電源基本組成包括：EMI濾波器、全橋整流電路、功率因數校正（PFC）變換器、DC-DC功率變換單元、負載等。

PFC電路可分為無源PFC電路（PPFC）和有源PFC電路（APFC） [2]。無源PFC電路一般使用二極管、阻容和電感等無源元件，其優點是拓撲結構簡單和成本低，但效果較差，較典型的結構是填谷式無源PFC。而有源PFC電路采用有源器件，常用的是集成IC?？煞譃閱渭塒FC和兩級PFC電路，單級PFC是兼有校正和反激式變換器拓撲雙重功能，單級單開關拓撲結構電路簡單、成本低，效率較高。但對于100W以上的LED路燈等照明應用，單級PFC電路難以同時兼顧PFC控制和反激式變換器輸出恒流控制。因此，需要兩級電路拓撲來完成。含有源PFC電路的兩級LED照明電路，前級工作在連續電流模式（CCM）的有源PFC升壓變換器，后級通常為PWM驅動的反激式變換器，使用兩個獨立的控制器和兩個開關管。含有兩級拓撲的有源PFC電路的電源能輸出功率可達幾百瓦，功率因數在0.980～0.995范圍。AC輸入電流THD<10%，甚至達THD<6%，但是效率較單級PFC拓撲結構低，兩級架構電路復雜、系統可靠性差、成本高。

在150W以上的LED照明應用中，常采用有源PFC電路+半橋LLC諧振變換器的拓撲結構[3]。輸出功率比反激式變化器大、效率高，是電源設計常采用的結構。

1.2 PFC電路基本原理 如圖2所示，主電路由全橋整流器和DC-DC Boost變換器組成[4]，下框內為控制電路，包括：電壓誤差放大器VA及基準電壓Ur，電流誤差放大器CA，乘法器M，脈寬調制器和驅動器，負載。

原理如下：主電路的輸出電壓U0和基準電壓Ur在電壓誤差放大器VA比較，輸出電壓信號和檢測到的整流電壓Udc值共同送入乘法器M，其輸出則作為電流反饋控制的基準信號，與開關電流is檢測值送入電流誤差放大器CA進行比較，輸出誤差信號送到PWM及驅動器，來控制開關管Qr的通斷，從而使輸入電流iL（即電感電流）的波形與整流電壓Udc的波形基本一致，減少電流諧波成分，提高了功率因數。

2 主要參數設計

3 結語

本設計將FAN6961功率因數校正控制器應用于LED路燈驅動電源設計中，配合后級的LLC變換器，有效改善了電路的功率因數，提高了系統的效率。該芯片外圍電路較少，工作可靠，極大地減少了設計周期，為中功率及以上開關電源的快速、可靠設計提供可能。

參考文獻：

[1]毛興武，毛涵月，王佳寧，祝大衛編著.LED照明驅動電源與燈具設計[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[2]張占松，蔡宣三編著.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業出版社，2005.

[3]周太明等.高效照明系統設計指南[M].上海：復旦大學出版社，2004.

[4]毛鴻，吳兆麟.有源功率因數校正器的控制策略綜述[J].電力電子技術，2002（2）：58-61.

[5]朱方明，余建剛.有源功率因數校正技術原理及應用[J].現代電子技術，2000（7）：40-42.

[6]Ron Lenk著，王正仕，張軍明譯.實用開關電源設計[M].北京：人民郵電出版社，2006.

作者簡介：

張鵬（1977-），男，講師，黑龍江哈爾濱人，主要從事教學及科研工作；趙鵬（1979-），男，講師，甘肅崇信人，主要從事自動控制類教學、科研工作。