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1、1广广 州州 铭铭 纬纬 电电 子子 产产 品品 有有 限限 公公 司司填谷式填谷式 PFCPFC LEDLED 驱动电源研发项目驱动电源研发项目项项 目目 计计 划划 书书2011 年 4 月至 2011 年 12 月2目目 录录一、项目基本情况 31、项目名称：填谷式 PFC LED 高压驱动电源研发项目.32、所属领域:33、研发项目预算总金额： 280 万元，其中：企业自筹 280 万元。3二、立项依据 31、国内外现状、水平和发展趋势32、 项目研究开发目的和意义.33、项目达到的技术水平及市场前景 3三、研究开发内容和目标 31、项目主要内容及关键技术.32、技术创新点.33、主要
2、技术指标或经济指标.3四、研究开发方法及技术路线 31、关键元件两级变换电感的设计 32、应用线路.33、研究开发设备设施.3五、研究开发项目组人员名单 31、项目主要研发人员.32、项目主要辅助人员.3六、计划工作进度 31、第一阶段：确定研发方案及设计研发阶段（2011 年 4 月至 2011 年 11 月）332、第二阶段：小试与测试阶段（2011 年 10 月至 2011 年 12 月）.33、第三阶段：中试及交付产业化阶段（2011 年 12 月至 2012 年 2 月） 3一、项目基本情况一、项目基本情况1 1、项项目目名名称称：填谷式填谷式 PFCPFC LEDLED 高压驱动电
3、源研发项目高压驱动电源研发项目2 2、所所属属领领域域: : (1)国家重点支持的高新技术领域:电子信息技术 生物与新医药技术 航空航天技术 新材料技术 高技术服务业新能源及节能技术 资源与环境技术 高新技术改造传统产业(2)当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2007 年度):信息 生物 航空航天 新材料 先进能源 现代农业 先进制造 先进环保 资源综合利用 海洋3、 、研研发发项项目目预预算算总总金金额额： ： 280 万元，其中：企业自筹 280 万元。二、立项依据二、立项依据1 1、国国内内外外现现状状、水水平平和和发发展展趋趋势势近年来，LED 灯具(含 LED 和驱动电源)作为
4、一种节能环保型照明灯具正在迅速推广，被广泛用于阅读灯、手电筒、汽车方向灯、小型聚光灯，标牌、建筑轮廓及穹顶照明、便携式闪光灯、医疗照明及装饰照明灯等领域。如何降低 LED 驱动电源的总谐波失真，提高其功率因数，具有重要的现实意义。2 2、 项项目目研研究究开开发发目目的的和和意意义义为了满足 LED 驱动电源对 PF 值的特殊要求，而且在功率极低的情况下亦能满足功率因数(5W實際功率15W)不得低於 0.7。目前常用的电路是普通反激式4电路,其功率因数一般都在 0.5 以下，对电网的污染也较大.为改善这一问题, 广州明纬电子产品有限公司立项开发了一种填谷式 PFC LED 驱动电源电路.3 3
5、、项项目目达达到到的的技技术术水水平平及及市市场场前前景景该项目是一种具有填谷式 PFC 电源电路，由工频市电供电的 LED 路灯,LED建筑照明灯和景观照明灯以及一般照明灯,其离线式(offline)驱动电路能把 LED 点亮是远远不够的.一个高性能离线式 LED 照明电源一般应满足 AC 输入谐波电流符合 IEC6100-3-2 等标准关于照明设备的限量规定:功率因数满足 5W實際功率15W,其 Power Factor 不得低於 0.7 ;高能效,效率83%;低成本,高可靠,其寿命尽可能与 LED 使用寿命相匹配.欲提高离线式 LED 照明系统的线路功率因数,限制输入工频谐波电流,则必须
6、采用功率因数校正电路,填谷式电流修整电路比较适合应用于 LED 照明电源中.随着世界能源危机的日益加剧,节能环保已经是当前世界最重要的课题.明纬电源一直致力于如何让 LED 灯更加绿色环保,更加节约能源,更加适合市场,更加适合客户使用而努力. 该项目电路:填谷式 PFC LED 电源电路研发成功并使用在 APC -12P/16P 电源项目上之后,得到了市场的充分肯定,并且得到了大量的国内客户的青睐.三、研究开发内容和目标三、研究开发内容和目标1 1、项项目目主主要要内内容容及及关关键键技技术术（一）项目主要内容（一）项目主要内容该项目电路采用填谷式 PFC LED 电源电路,满足 LED 灯在
7、 PF 值与 THD 谐波方面的特殊要求.在交流正弦波上升时采用串联给大电容充电,在交流正弦波下降时两大电容并联电路放电,主 PWM 电路采用土兰微电子的 SD4843,次级侧采用AP4310 恒流.（二）关键技术对无失真的交流电而言，其输入电压与输入电流的表达式分别为5式中的 u、i 均代表瞬时值，U、I 为有效值， 表示相角。交流输入的视在功率S=UI，而有功功率 P=UIcos。仅当 cos 达到 1 时，P=UI=S。功率因数的英文缩写为 PF(Power Factor)，其国标符号为 。功率因数定义为有功功率与视在功率的比值： 交流供电设备的功率因数是在电流波形无失真的情况下定义的。
8、造成功率因数降低的原因有两个：一是交流输入电流波形的相位漂移，二是交流输入电流波形存在失真。相位漂移通常是由电源的负载性质(感性或容性)而引起的，在这种情况下对功率因数的分析相对简单，一般可用公式 cos=P(UI)来计算。但是当交流输入电流波形存在失真时，式(3)不再适用。目前，采用 ACDC 变换器的开关电源均通过整流电路与电网相连接。其输入整流滤波器一般由桥式整流器和滤波电容器构成，二者均属于非线性元器件。由于大容量滤波电容器的存在，使得整流二极管的导通角变得很窄，仅在交流输入电压的峰值附近才能导通，致使交流输入电流产生严重失真，变成为尖峰脉冲。这种电流波形中包含了大量的谐波分量，不仅对
9、电网造成污染，还导致滤波后输出的有功功率显著降低，使功率因数大幅度降低。普通 ACDC 变换器的功率因数较低，只能达到 06 左右。因此，提高开关电源的功率因数不仅能降低线路损耗、还能减少电网的谐波污染，提高电网的供电质量。总谐波失真是指用信号源输入时，输出信号(谐波及其倍频成分)比输入信号多出的谐波成分，一般用百分数表示。功率因数()与总谐波失真(THD)存在下述关系：6当交流输入电流与电压保持同相位，且 cos=1 时，式(4)可简化为利用功率因数校正器 PFC(Power Factor Corrector)，可使交流输入电流与交流输入电压保持同相位并滤除电流谐波，将设备的功率因数提高到接
10、近于 1 的某一预定值。功率因数校正分无源功率因数校正(PPFC)、有源功率因数校正(APFC)两种类型。无源功率因数校正的特点是电路简单，成本低廉。2 2、技技术术创创新新点点本项目的技术创新点包括：（一）电路简单，成本低廉。将无源填谷整流滤波电路与 SD4843 相匹配，实现功率因数校正。（二）恒流恒压输出 50%LOAD，200-240VAC 输入情况下，PF 值都大于 0.8，低 THD 值，都能符合 harmonic CLASS B 等级， 3 3、主主要要技技术术指指标标或或经经济济指指标标（一）主要技术指标（一）主要技术指标1） 输入电压为 180-264。2） 输出电压 5,1
11、2，15，24，输出功率 12W/16W3） 最大效率 83%4) PF0.75） 输出电压精度:1%6） 线调整率:0.5%77） 负载调整率:0.5%8） 纹波和噪声:350mV(峰-峰值)9） 变压器采用 EI-22 磁心，材质采用安磁 JPP-4。（二）主要经济指标（二）主要经济指标1）本项目实施后新增销售收入：本项目实施后，可以使得 APV-12P/APC-12P 系列和 APV-16P/APC-16P系列销售台数达到 100000PCS/年，年新增销售额达到 5000 万元。2）本项目实施后新增利润：本项目实施后，年新增利润可达到 1000 万元。3） 本项目实施后新增税金：本项目
12、实施后，年新增税金可以达到 335 万元。四、研究开发方法及技术路线四、研究开发方法及技术路线1 1、关关键键元元件件填填谷谷式式 P PF FC C 的的设设计计全部由无源元器件构成的无源填谷电路如图 3 所示。总共仅需使用 3 只二极管(VD3VD5)、两只电解电容器(C5、C6)和一只电阻器(R6)。 VD3VD5 采用1N4007 型硅整流管。C3 与 C4 的容量必须相等，均采用 27F200V 的电解电容器。R6 选用 47、2W 的电阻器，开机时可限制 C5、C6 上的冲击电流。填谷电路的特点是 C5 和 C6 以串联方式充电，而以并联方式进行放电。设交流输入电压的有效值为 u，
13、峰值电压为 UP，整流桥输出的脉动直流电压为 UBR。8阶段一：在交流电正半周的上升阶段，由于 UBRUA 时，D5 导通，UBR 就沿着 C5D5R6C6 的串联电路给 C5 和 C6 充电，同时向负载提供电流。其充电时间常数很小，充电速度很快。阶段二：当 UA 达到 UP 时，C3、C4 上的总电压 UA=UP；因 C3、C4 的容量相等，故二者的压降均为 UP2。此时 VD7 导通，而 VD6 和 VD8 被反向偏置而截止。阶段三：当 UA 从 UP 开始下降时，D5 截止，立即停止对 C5 和 C6 充电。阶段四：当 UA 降至 UP2 时， D3、D4 被正向偏置而变成导通状态，C5
14、、C6 上的电荷分别通过 D3、D4 构成的并联电路进行放电，维持负载上的电流不变。从阶段一一直到阶段三，都是由电网供电，除了向负载提供电流，还在阶段一至阶段二给 C5 和 C6 充电；仅在阶段四由 C5、C6 上储存的电荷给负载供电。进入负半周后， C5、C6 仍可对负载进行并联放电，使负载电流基本保持恒定。综上所述，利用图 3 所示无源填谷电路，能大幅度增加整流管的导通角，使之在正半周时的导通角扩展到 30150(30恰好对应于 UA= UPsin30=UP2，150对应于 UA=UPsin150=UP2)。同理，负半周时的导通角扩展为210330。这样，波形就从窄脉冲变为比较接近于正弦波
15、。这相当于把尖峰脉冲9电流波形中的谷点区域“填平”了很大一部分，故称之为填谷电路。实测该 LED 驱动电源的功率因数 08 。交流输入电压 u、交流输入电流 i 及 UA 点的时序波形对照如图 4 所示。2 2、应用线路、应用线路103 3、研研究究开开发发设设备备设设施施（一）硬件（一）硬件设设施施设备名称数 量主要功能数字示波器10 台电压、电流、时序波形电子负载 22 台负载模式可设置为： CC/CR/CV/CCD LED 灯2 台测试 LED 电源带 LED 灯时实际 工作情况安规测试仪 7 台耐压、绝缘阻抗、接地阻抗谐波分析仪 1 台按照 EN61000-3-2 标准测试输入电流谐波
16、成分功率分析仪 16 台 输入功率、电流、功率因素温度记录仪 5 台检测零件温度恒温恒湿仪 1 台 电源环境信赖度测试漏电流测试仪 1 台 接地电流检测LCR 测试仪2 台L、C、Q、DF 检测EMC 测试仪器 4 台ESD、EFT、SURGE、CONDUCTCHROMA6000 ATE 2 台全功能自动检测（二）（二）软软件件设设施施软件名称主要功能ERP 专案管理研发进度管控ATE 软件自动测试程式编写（三）研（三）研发发技技术术能力及能力及项项目基目基础础本公司是专业研发和制造开关电源产品的高新技术企业，拥有研究人员 15 人，均为大专以上学厉，其中高级工程师 2 人，中级工程师 13 人，分别具备电子技术、自动化、电
