填谷式PFCLED電源研發(fā)項目

PAGEPAGE12廣州銘緯電子產(chǎn)品有限公司填谷式PFCLED驅(qū)動電源研發(fā)項目項目計劃書2011年4月至2011年12月目錄一、項目基本情況 31、項目名稱：填谷式PFCLED高壓驅(qū)動電源研發(fā)項目 32、所屬領(lǐng)域: 33、研發(fā)項目預(yù)算總金額：280萬元，其中：企業(yè)自籌280萬元。 3二、立項依據(jù) 31、國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 32、項目研究開發(fā)目的和意義 33、項目達(dá)到的技術(shù)水平及市場前景 3三、研究開發(fā)內(nèi)容和目標(biāo) 31、項目主要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù) 32、技術(shù)創(chuàng)新點 33、主要技術(shù)指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 3四、研究開發(fā)方法及技術(shù)路線 31、關(guān)鍵元件兩級變換電感的設(shè)計 32、應(yīng)用線路 33、研究開發(fā)設(shè)備設(shè)施 3五、研究開發(fā)項目組人員名單 31、項目主要研發(fā)人員 32、項目主要輔助人員 3六、計劃工作進(jìn)度 31、第一階段：確定研發(fā)方案及設(shè)計研發(fā)階段（2011年4月至2011年11月） 32、第二階段：小試與測試階段（2011年10月至2011年12月） 33、第三階段：中試及交付產(chǎn)業(yè)化階段（2011年12月至2012年2月） 3一、項目基本情況1、項目名稱：填谷式PFCLED高壓驅(qū)動電源研發(fā)項目2、所屬領(lǐng)域:(1)國家重點支持的高新技術(shù)領(lǐng)域:□電子信息技術(shù)□生物與新醫(yī)藥技術(shù)□航空航天技術(shù)□新材料技術(shù)□高技術(shù)服務(wù)業(yè)■新能源及節(jié)能技術(shù)□資源與環(huán)境技術(shù)■高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(2)當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南(2007年度):□信息□生物□航空航天□新材料□先進(jìn)能源□現(xiàn)代農(nóng)業(yè)■先進(jìn)制造□先進(jìn)環(huán)?！踬Y源綜合利用□海洋3、研發(fā)項目預(yù)算總金額：280萬元，其中：企業(yè)自籌280萬元。二、立項依據(jù)1、國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢近年來，LED燈具(含LED和驅(qū)動電源)作為一種節(jié)能環(huán)保型照明燈具正在迅速推廣，被廣泛用于閱讀燈、手電筒、汽車方向燈、小型聚光燈，標(biāo)牌、建筑輪廓及穹頂照明、便攜式閃光燈、醫(yī)療照明及裝飾照明燈等領(lǐng)域。如何降低LED驅(qū)動電源的總諧波失真，提高其功率因數(shù)，具有重要的現(xiàn)實意義。2、項目研究開發(fā)目的和意義為了滿足LED驅(qū)動電源對PF值的特殊要求，而且在功率極低的情況下亦能滿足功率因數(shù)(5W＜實際功率≤15W)不得低於0.7。目前常用的電路是普通反激式電路,其功率因數(shù)一般都在0.5以下，對電網(wǎng)的污染也較大.為改善這一問題,廣州明緯電子產(chǎn)品有限公司立項開發(fā)了一種填谷式PFCLED驅(qū)動電源電路.3、項目達(dá)到的技術(shù)水平及市場前景該項目是一種具有填谷式PFC電源電路，由工頻市電供電的LED路燈,LED建筑照明燈和景觀照明燈以及一般照明燈,其離線式(offline)驅(qū)動電路能把LED點亮是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.一個高性能離線式LED照明電源一般應(yīng)滿足AC輸入諧波電流符合IEC6100-3-2等標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于照明設(shè)備的限量規(guī)定:功率因數(shù)滿足5W＜實際功率≤15W,其PowerFactor不得低於0.7;高能效,效率≥83%;低成本,高可靠,其壽命盡可能與LED使用壽命相匹配.欲提高離線式LED照明系統(tǒng)的線路功率因數(shù),限制輸入工頻諧波電流,則必須采用功率因數(shù)校正電路,填谷式電流修整電路比較適合應(yīng)用于LED照明電源中.隨著世界能源危機(jī)的日益加劇,節(jié)能環(huán)保已經(jīng)是當(dāng)前世界最重要的課題.明緯電源一直致力于如何讓LED燈更加綠色環(huán)保,更加節(jié)約能源,更加適合市場,更加適合客戶使用而努力.該項目電路:填谷式PFCLED電源電路研發(fā)成功并使用在APC-12P/16P電源項目上之后,得到了市場的充分肯定,并且得到了大量的國內(nèi)客戶的青睞.三、研究開發(fā)內(nèi)容和目標(biāo)1、項目主要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)（一）項目主要內(nèi)容該項目電路采用填谷式PFCLED電源電路,滿足LED燈在PF值與THD諧波方面的特殊要求.在交流正弦波上升時采用串聯(lián)給大電容充電,在交流正弦波下降時兩大電容并聯(lián)電路放電,主PWM電路采用土蘭微電子的SD4843,次級側(cè)采用AP4310恒流.（二）關(guān)鍵技術(shù)對無失真的交流電而言，其輸入電壓與輸入電流的表達(dá)式分別為

式中的u、i均代表瞬時值，U、I為有效值，ψ表示相角。交流輸入的視在功率S=UI，而有功功率P=UIcosψ。僅當(dāng)cosψ達(dá)到1時，P=UI=S。

功率因數(shù)的英文縮寫為PF(PowerFactor)，其國標(biāo)符號為λ。功率因數(shù)定義為有功功率與視在功率的比值：

交流供電設(shè)備的功率因數(shù)是在電流波形無失真的情況下定義的。造成功率因數(shù)降低的原因有兩個：一是交流輸入電流波形的相位漂移，二是交流輸入電流波形存在失真。相位漂移通常是由電源的負(fù)載性質(zhì)(感性或容性)而引起的，在這種情況下對功率因數(shù)的分析相對簡單，一般可用公式cosψ=P／(UI)來計算。但是當(dāng)交流輸入電流波形存在失真時，式(3)不再適用。

目前，采用AC／DC變換器的開關(guān)電源均通過整流電路與電網(wǎng)相連接。其輸入整流濾波器一般由橋式整流器和濾波電容器構(gòu)成，二者均屬于非線性元器件。由于大容量濾波電容器的存在，使得整流二極管的導(dǎo)通角變得很窄，僅在交流輸入電壓的峰值附近才能導(dǎo)通，致使交流輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重失真，變成為尖峰脈沖。這種電流波形中包含了大量的諧波分量，不僅對電網(wǎng)造成污染，還導(dǎo)致濾波后輸出的有功功率顯著降低，使功率因數(shù)大幅度降低。普通AC／DC變換器的功率因數(shù)較低，只能達(dá)到0．6左右。因此，提高開關(guān)電源的功率因數(shù)不僅能降低線路損耗、還能減少電網(wǎng)的諧波污染，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

總諧波失真是指用信號源輸入時，輸出信號(諧波及其倍頻成分)比輸入信號多出的諧波成分，一般用百分?jǐn)?shù)表示。功率因數(shù)(λ)與總諧波失真(THD)存在下述關(guān)系：

當(dāng)交流輸入電流與電壓保持同相位，且cosψ=1時，式(4)可簡化為

利用功率因數(shù)校正器PFC(PowerFactorCorrector)，可使交流輸入電流與交流輸入電壓保持同相位并濾除電流諧波，將設(shè)備的功率因數(shù)提高到接近于1的某一預(yù)定值。功率因數(shù)校正分無源功率因數(shù)校正(PPFC)、有源功率因數(shù)校正(APFC)兩種類型。無源功率因數(shù)校正的特點是電路簡單，成本低廉。2、技術(shù)創(chuàng)新點本項目的技術(shù)創(chuàng)新點包括：（一）電路簡單，成本低廉。將無源填谷整流濾波電路與SD4843相匹配，實現(xiàn)功率因數(shù)校正。（二）恒流恒壓輸出50%LOAD，200-240VAC輸入情況下，PF值都大于0.8，低THD值，都能符合harmonicCLASSB等級，3、主要技術(shù)指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（一）主要技術(shù)指標(biāo)1）輸入電壓為180-264。2）輸出電壓5,12，15，24，輸出功率12W/16W3）最大效率83%4)PF>0.75）輸出電壓精度:1%6）線調(diào)整率:0.5%7）負(fù)載調(diào)整率:0.5%8）紋波和噪聲:350mV(峰-峰值)9）變壓器采用EI-22磁心，材質(zhì)采用安磁JPP-4。（二）主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1）本項目實施后新增銷售收入：本項目實施后，可以使得APV-12P/APC-12P系列和APV-16P/APC-16P系列銷售臺數(shù)達(dá)到100000PCS/年，年新增銷售額達(dá)到5000萬元。2）本項目實施后新增利潤：本項目實施后，年新增利潤可達(dá)到1000萬元。3）本項目實施后新增稅金：本項目實施后，年新增稅金可以達(dá)到335萬元。四、研究開發(fā)方法及技術(shù)路線1、關(guān)鍵元件填谷式PFC的設(shè)計全部由無源元器件構(gòu)成的無源填谷電路如圖3所示?？偣矁H需使用3只二極管(VD3～VD5)、兩只電解電容器(C5、C6)和一只電阻器(R6)。VD3～VD5采用1N4007型硅整流管。C3與C4的容量必須相等，均采用27μF／200V的電解電容器。R6選用4．7Ω、2W的電阻器，開機(jī)時可限制C5、C6上的沖擊電流。填谷電路的特點是C5和C6以串聯(lián)方式充電，而以并聯(lián)方式進(jìn)行放電。設(shè)交流輸入電壓的有效值為u，峰值電壓為UP，整流橋輸出的脈動直流電壓為UBR。階段一：在交流電正半周的上升階段，由于UBR>UA時，D5導(dǎo)通，UBR就沿著C5→D5→R6→C6的串聯(lián)電路給C5和C6充電，同時向負(fù)載提供電流。其充電時間常數(shù)很小，充電速度很快。

階段二：當(dāng)UA達(dá)到UP時，C3、C4上的總電壓UA=UP；因C3、C4的容量相等，故二者的壓降均為UP／2。此時VD7導(dǎo)通，而VD6和VD8被反向偏置而截止。

階段三：當(dāng)UA從UP開始下降時，D5截止，立即停止對C5和C6充電。

階段四：當(dāng)UA降至UP／2時，D3、D4被正向偏置而變成導(dǎo)通狀態(tài)，C5、C6上的電荷分別通過D3、D4構(gòu)成的并聯(lián)電路進(jìn)行放電，維持負(fù)載上的電流不變。從階段一一直到階段三，都是由電網(wǎng)供電，除了向負(fù)載提供電流，還在階段一至階段二給C5和C6充電；僅在階段四由C5、C6上儲存的電荷給負(fù)載供電。

進(jìn)入負(fù)半周后，C5、C6仍可對負(fù)載進(jìn)行并聯(lián)放電，使負(fù)載電流基本保持恒定。綜上所述，利用圖3所示無源填谷電路，能大幅度增加整流管的導(dǎo)通角，使之在正半周時的導(dǎo)通角擴(kuò)展到30°～150°(30°恰好對應(yīng)于UA=UPsin30°=UP／2，150°對應(yīng)于UA=UPsin150°=UP／2)。同理，負(fù)半周時的導(dǎo)通角擴(kuò)展為210°～330°。這樣，波形就從窄脈沖變?yōu)楸容^接近于正弦波。這相當(dāng)于把尖峰脈沖電流波形中的谷點區(qū)域“填平”了很大一部分，故稱之為填谷電路。實測該LED驅(qū)動電源的功率因數(shù)λ≥0．8。交流輸入電壓u、交流輸入電流i及UA點的時序波形對照如圖4所示。2、應(yīng)用線路3、研究開發(fā)設(shè)備設(shè)施（一）硬件設(shè)施設(shè)備名稱數(shù)量主要功能數(shù)字示波器10臺電壓、電流、時序波形電子負(fù)載22臺負(fù)載模式可設(shè)置為：CC/CR/CV/CCDLED燈2臺測試LED電源帶LED燈時實際工作情況安規(guī)測試儀7臺耐壓、絕緣阻抗、接地阻抗諧波分析儀1臺按照EN61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)測試輸入電流諧波成分功率分析儀16臺輸入功率、電流、功率因素溫度記錄儀5臺檢測零件溫度恒溫恒濕儀1臺電源環(huán)境信賴度測試漏電流測試儀1臺接地電流檢測LCR測試儀2臺L、C、Q、DF檢測EMC測試儀器4臺ESD、EFT、SURGE、CONDUCTCHROMA6000ATE2臺全功能自動檢測（二）軟件設(shè)施軟件名稱主要功能ERP專案管理研發(fā)進(jìn)度管控ATE軟件自動測試程式編寫（三）研發(fā)技術(shù)能力及項目基礎(chǔ)本公司是專業(yè)研發(fā)和制造開關(guān)電源產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)，擁有研究人員15人，均為大專以上學(xué)厲，其中高級工程師2人，中級工程師13人，分別具備電子技術(shù)、自動化、電子信息、電子物理、計算機(jī)、電子工程等專業(yè)。近年來公司先后開發(fā)了20項新產(chǎn)品，在業(yè)界堪稱領(lǐng)先地位。公司很注重自主知識產(chǎn)權(quán)，已取得6項專利，其中本項目獲得實用新型專利。2009年公司累計投入技術(shù)開發(fā)資金1300多萬元，其中本項目投入技術(shù)開發(fā)資金280萬元。五、研究開發(fā)項目組人員名單1、項目主要研發(fā)人員序號姓名性別年齡學(xué)歷專業(yè)職務(wù)在本項目中承擔(dān)的任務(wù)1江軍男26大專電子技術(shù)項目負(fù)責(zé)人全面主持項目研發(fā)2彭希和男42碩士電子技術(shù)研發(fā)副總技術(shù)指導(dǎo)3