基于CRD具有高功率因數的LED總成驅動電路設計

戴初舉+羅文平+林玉霓

摘 要：文章對傳統LED驅動特性進行簡述，針對其缺點，設計一種利用CRD驅動LED新型電路方案，該方案具備更高功率因數。并克服了開關電源的電磁干擾、生產復雜等缺點，極大消除了LED的頻閃，保持較高功效的同時，提高了功率因素（PF）。

關鍵詞：開關電源；CRD；LED；功率因數；頻閃

中圖分類號：TN364+.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0109-02

引言

隨國民經濟對能源需求的擴大，綠色節能成時代主題。但因開關電源電磁干擾，壽命等問題，LED照明普及阻力重重。且PF值相對低，提高PF值將降低功效，成本高企。本文提出去電源化，基于CRD驅動LED方法。該方法有極高轉換效率，但增加功率同時降低PF值，因此設計一種提高PF值的方法。

1 LED特性

LED是二極管的特例，其伏安特性符合式

其中I（S）為反向飽和電流UT=kT/q，k為波爾茨常數，T為熱力學溫度；q為電子電量。

由上式可知LED是負溫度系數器件，由于二極管的溫度升高，電流也上升，因此溫度是LED壽命的關鍵因素，限定電流來阻止該循環。

2 驅動方法

根據LED的導通電壓VLED，當電壓小于閥值電壓時，LED截止，電流為0，不工作，因此整流后有100Hz頻閃效應。添電容平壓，使LED時域上的截止時間減少，從而降頻閃。

2.1 采用開關電源驅動LED方案

開關電源較為復雜。交流電壓經整流濾波成直流文波，再經高頻變換轉成所需電壓值，最后整流濾波為所需要的平直流電壓。調整高頻開關管的開關來反饋控制脈寬調制，以達到穩定輸出。

當開關管斷開時往往會產生瞬間浪涌電流，從而損壞燈珠或者控制芯片。且電路復雜，成本高，裝配復雜。但開關電源在產業鏈在LED行業仍有重要地位。

2.2 基于CRD的直接驅動LED方式

LED工作需在允許電壓和電流范圍內。即必須服從穩壓恒流特性。因此輸入電壓波動時，驅動電路須含恒流元件，且恒流電壓較寬。而CRD正具備這些特點。

2.2.1 恒流二極管的特性

CRD是一種基礎電子器件，具有單向導通性，且開啟電壓極小，適合電壓波動下保持恒流。

2.2.2 基于CRD直接驅動式LED電路

220V經整流后由CRD對峰電流限定。得到紋波峰值電位為220V。因LED有導通電壓，稱為導通閥，所以電流導通角小于電壓[1]。

經過CRD直接驅動方式PF值較高，電路簡單，但由于驅動LED的是紋波電流，其平均功率并不能達到每顆燈珠的額定功率。因此該方法驅動點亮要達到要求的功率，須使用更多的LED[2]。

2.2.3 配合濾波電容的CRD驅動

為克服2.2.2所提缺點，利用電容的儲能性質補償電流的導通角，提高平均功率同時減弱頻閃。

在電壓低于導通閥時由電容供電，拓寬了電流導通角，但電路呈容性，降低了PF值。該電路及實際波形及測量值如圖1及表1[1]。

2.2.4 基于電容補償導通角進行功率因數提高的電路設計

如2.2.3中所提PF值較低的缺點，設計一種功率因數提高方案，設計電路如圖2。

圖2電路設計由LED組成整流橋，當Vac

當Vac≥VLED時，通過R-CRD對LED供電，同時也對C進行充電，LED導通。此后，當Vac電壓處于回落過程時， C-D2-CRD對LED供電。同時為了防止R-CRD倒流，使用D2阻斷。

當交流電經整流后對濾波電容進行瞬間充電，為了抑制高次諧波，使用CRD對C進行平滑充電。TVS保護高壓對CRD損壞可能造成的損壞。

當Vac在導通角之外時，C-CRD成為LED的驅動源。實際測量的電流波形圖3及表2。

由表2可知，隨著電容的增大，PF值反而有所減小，因為電路容性再次增強。從對比圖1與圖3、表1與表2可知，電流導通角拓寬，PF值得到明顯的提升并且波形畸變得到抑制。提升后的PF值適合絕大多數的情況下對用電設備的要求。

3 結束語

LED照明的電路設計應遵循簡單易用原則，再次基礎上以較小的代價提高功率因數。本文設計基于CRD驅動LED的電路設計，摒棄了傳統開關電源的結構，同時提高了功率因數。該設計對LED節能燈的普及有著積極的推動作用。

參考文獻：

[1]楊炎祥，戴初舉，周驊，等.基于CRD的新型LED驅動電路及其功率因數補償方法[J].照明工程學報，2015（5）：96-99.

[2]楊永棟，劉橋，周驊.新型交流LED照明方法[J].照明工程學報，2012（5）：85-88.

[3]周驊，劉橋.基于恒電流二極管的LED驅動電路設計[J].貴州大學學報（自然科學版），2011（6）：87-90.

[4]馬存云.幾款市電供電的低成本LED驅動電路[J].光源與照明，2007（4）：19-21.