LED電源總諧波失真（THD）分析及對策

4.降低 THD 的措施

隨著開關(guān)電源類電子產(chǎn)品的應(yīng)用普及，國際電工委員會制定了 IEC61000-3-2、歐盟制 定了 EN60555-2 和我國制定了 GB17625.1-2003 等法規(guī)，對用電設(shè)備的電壓、電流波形失真 作出了具體限制和規(guī)定。目前這些法規(guī)也適用于 LED 燈具及 LED 驅(qū)動電源。 對于輸入有功功率大于 25W 的 LED 照明燈具，諧波電流不應(yīng)超過表 2 限值。

表 2. C 類設(shè)備的限值

對于輸入有功功率不大于 25W 的 LED 照明燈具，規(guī)定符合如下的其中一項(xiàng)：

a.諧波電流不應(yīng)超過表 3 的第 2 欄中與功率相關(guān)的限值;

表3 D類設(shè)備的限制

b. 用基波電流百分?jǐn)?shù)表示的 3 次諧波電流不應(yīng)超過 86%,5 次諧波不超過 61%;而且， 假設(shè)基波電壓過零點(diǎn)為 0°，輸入電流波形應(yīng)是 60°或之前開始流通，65°或之前有最后 一個(gè)峰值(如果在半個(gè)周期內(nèi)有幾個(gè)峰值) ,在 90°前不應(yīng)停止流通。

圖 1 所示的 LED 驅(qū)動電源的輸入功率為 8.8W,根據(jù)表 3 第 2 欄的限值，THD 顯然超標(biāo)。 一個(gè)好的 LED 驅(qū)動電源，不僅需要高功率因數(shù) PF,而且還要實(shí)現(xiàn)低 THD,使奇次諧波含量 不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

但有的電源設(shè)計(jì)者，為了片面強(qiáng)調(diào)高 PF 而將濾波電容值減小，其結(jié)果是橋式整流器的 導(dǎo)通角增加，PF 增大，但橋式整流器輸出的脈動直流電壓導(dǎo)致電路的峰值電流極高，使電 源變換器的功率管等損耗劇增，很容易損壞功率管、高頻變壓器、高頻輸出整流管元件。

目前，性能比較優(yōu)良的 LED 驅(qū)動電源，均采用了有源功率因數(shù)校正(Advantage Power Factor Correetion)APFC 電路，圖 7 是一種常用的臨界導(dǎo)通模式(TCM)的單級 PFC 反激式電源變換器示意圖。

圖7

這種電路能使輸入電流即電感電流的波形(見圖 8)與整流二極管輸出的脈動電壓波形保持一致的特點(diǎn)，不存在整流二極管導(dǎo)通角的影響，因此輸入電流與輸入電壓的具有相同 相位，如圖 9 所示。

圖8

圖9

這種電路的功率因數(shù) PF 與總諧波失真 THD 的關(guān)系如下：

該電路通常可以做到 PF≥0.96、THD≤30%,甚至可以使 PF 值接近于 1,輸入電流失真 系數(shù) K=I1 / Irms≤3,THD≤10%. 圖 10 的輸入電路是一種通用的填谷式的無源功率因數(shù)控制(PPFC)電路，對于輸入功率 較小的 LED 驅(qū)動電源采用此電路，有成本低、線路簡單等優(yōu)點(diǎn)。其功率因數(shù)可在 0.85-0.9, 但諧波含量往往會超過符合規(guī)定。

圖 10

它的電壓和輸入電流的波形如圖 11

圖 11

圖(12)是其測試結(jié)果，結(jié)果表明諧波含量超標(biāo)。

圖 12

圖 13

針對圖 10 電路的這一缺陷，可以提出一種改進(jìn)方案。即在無源 PFC 電路中，增加一個(gè) 2-5 OHM/2W 的電阻與二極管 D3 串聯(lián)，見圖 13.這樣可以有效地降低諧波含量，同時(shí)還能 進(jìn)一步提高 PF,對于這種結(jié)構(gòu)的 LED 驅(qū)動電源，是一種行之有效的改良方法。

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