目前，照明損耗約占全球能源損耗的25%。因發(fā)光二極管（Light-Emitting Diodes, LED）具有壽命長(zhǎng)、能效高和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已然成為新一代照明光源。由于LED本身不能直接與交流源相連，因此需要整流器作為中間環(huán)節(jié)；但要求恒功率輸出以避免LED頻閃。

 

為滿足要求，無(wú)源解耦方案因拓?fù)浜?jiǎn)單、無(wú)需額外控制而被廣泛應(yīng)用。然而，在無(wú)源解耦方案中，額定功率為100W的變換器需要匹配2650μF的電容才可將電壓紋波控制在2V。上述方案明顯有悖于變換器小型化設(shè)計(jì)理念。為解決這些問(wèn)題，有些學(xué)者進(jìn)行了大量研究，提出了解決方法，但是均存在較多的不理想因素，如器件冗余度高和能量多級(jí)傳遞等問(wèn)題。
 

LED技術(shù)LED technology

 

因此，設(shè)計(jì)一類結(jié)構(gòu)更加緊湊的新型拓?fù)滹@得尤為重要。鑒于此，有學(xué)者通過(guò)器件分時(shí)復(fù)用或共用的方式，實(shí)現(xiàn)了AC-DC變換器（主電路）和DC-DC變換器（解耦電路）功率器件部分或完全集成。有學(xué)者僅利用一個(gè)二極管和一個(gè)MOS管完成了功率解耦。但由于電路的不對(duì)稱性，前、后端產(chǎn)生的磁通不能完全抵消，因此在低壓側(cè)造成了額外的損耗。此外，電感作為非理想儲(chǔ)能元件，損耗較大，并且較低的功率密度與輕量化設(shè)計(jì)沖突。因此，去除或盡量避免電路中存在的大量磁性器件成為另一熱點(diǎn)問(wèn)題。

 

因此，為應(yīng)對(duì)整流器內(nèi)部損耗少、能量傳輸路徑短的新趨勢(shì)，同時(shí)消除影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的電解電容元件，四川大學(xué)電氣工程學(xué)院、河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員田涵雷、夏益文、陳茂林、梁國(guó)壯，在2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種具有功率解耦和自動(dòng)功率因數(shù)校正能力的新型單級(jí)整流器。該拓?fù)渚哂性骷?shù)量少、功率密度大、效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，值得注意的是，升壓電感和解耦電感處于特殊位置，為后續(xù)磁集成設(shè)計(jì)提供有利條件。
 

圖1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)

 

研究人員指出，該新型三端口整流器采用3×6.8μF/250V的薄膜電容替代電解電容，并且解耦電容的鉗位作用使得開(kāi)關(guān)管Sa1和Sa2導(dǎo)通損耗明顯降低。另外，器件分時(shí)復(fù)用完成了單元間整合，消除了冗余器件。橋臂Sa1和Sa2不僅用于功率因數(shù)校正單元，同時(shí)用于功率解耦單元。此外，功率因數(shù)均高于0.975，符合相關(guān)要求。

 

他們表示，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)模式，消除了傳統(tǒng)電路中承受高壓應(yīng)力的輸出電容，效率得到了進(jìn)一步提高。而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該整流器在消除對(duì)電解電容的依賴方面具有優(yōu)勢(shì)，并且擁有良好的輸出電流質(zhì)量，滿足了LED無(wú)頻閃的要求，不會(huì)造成視覺(jué)疲勞。

 

本文編自2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“一種具有自動(dòng)功率因數(shù)校正和功率解耦能力的單級(jí)整流器”。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。