0 导言
近年来，LED灯具(含LED和驱动电源)作为一种节能环保型照明灯具正在敏捷推行，被广泛用于阅览灯、手电筒、轿车方向灯、小型聚光灯，标牌、修建概括及穹顶照明、便携式闪光灯、医疗照明及装修照明灯等范畴。怎么下降LED驱动电源的总谐波失真，进步其功率因数，具有重要的现实意义。
1 功率因数与谐波失真
对无失真的沟通电而言，其输入电压与输入电流的表达式别离为
式中的u、i均代表瞬时值，U、I为有效值，ψ表明相角。沟通输入的视在功率S=UI，而有功功率P=UIcosψ。仅当cosψ到达1时，P=UI=S。
功率因数的英文缩写为PF(Power Factor)，其国标符号为λ。功率因数界说为有功功率与视在功率的比值：
沟通供电设备的功率因数是在电流波形无失真的状况下界说的。形成功率因数下降的原因有两个：一是沟通输入电流波形的相位漂移，二是沟通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(理性或容性)而引起的，在这种状况下对功率因数的剖析相对简略，一般可用公式cosψ=P／(UI)来核算。可是当沟通输入电流波形存在失真时，式(3)不再适用。
现在，选用AC／DC变换器的开关电源均经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，二者均归于非线性元器件。因为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，仅在沟通输入电压的峰值邻近才干导通，致使沟通输入电流发生严峻失真，变成为尖峰脉冲。这种电流波形中包含了很多的谐波重量，不只对电网形成污染，还导致滤波后输出的有功功率显着下降，使功率因数大幅度下降。一般AC／DC变换器的功率因数较低，只能到达0．6左右。因而，进步开关电源的功率因数不只能下降线路损耗、还能削减电网的谐波污染，进步电网的供电质量。
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，一般用百分数表明。功率因数(λ)与总谐波失真(THD)存在下述联系：
当沟通输入电流与电压坚持同相位，且cosψ=1时，式(4)可简化为
运用功率因数校对器PFC(Power Factor Corrector)，可使沟通输入电流与沟通输入电压坚持同相位并滤除电流谐波，将设备的功率因数进步到接近于1的某一预订值。功率因数校对分无源功率因数校对(PPFC)、有源功率因数校对(APFC)两种类型。无源功率因数校对的特色是电路简略，本钱低价。
2 根据无源填谷电路的9W可调光LED高压驱动电源
如上所述，开关电源的输入整流滤波电路所选用的整流二极管和滤波电容均归于非线性元器件，在沟通输入正弦波电压为u时，沟通输入电流i的波形会发生严峻失真，变成了尖峰脉冲，如图1所示。其特色是整流二极管的导通角显着变小，虽然电流有效值大，但电流平均值显着变小。例如，一般硅整流桥的呼应时刻大约为3ms，而50Hz沟通电的半周期只要10ms，仅此一项即可使桥臂上整流二极管的导通时刻减小到7ms，所对应的导通角就从抱负状况下的180°减至126°。
为此，可在AC／DC变换器的输入级添加功率因数校对电路。 “填谷电路”(Valley FillCircuit)就归于一种新式无源功率因数校对电路，其特色是运用整流桥后边的填谷电路来大幅度添加整流管的导通角，经过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数进步到0．9左右。与传统的电感式无源功率因数校对电路比较，其长处是电路简略，功率因数补偿效果显着，而且在输入电路中不需要运用体积粗笨的大电感器。
由LinkSwitch-TN系列产品LNK306P构成的根据无源填谷电路的9W恒流式LED高压驱动电源如图2所示。该电路主要有以下特色：
(1)电路简略，本钱低价。将无源填谷整流滤波电路与LNK306P相匹配，完结功率因数校对。当沟通输入电压规模为108～132V时，可将功率因数进步到0．92以上，最高可达0．965(所对应的沟通输入电压为90V)。满载条件下的电源功率超越85％。
(2)在沟通输入端运用了复式EMI滤波器(C1、L1、L2和C2)，R1、R2为泄放电阻。
(3)运用晶体管(VT，2N3906)电路完结欠电压维护。
(4)在整流桥与填谷电路之间添加了阻隔二极管VD5。
悉数由无源元器件构成的无源填谷电路如图3所示。一共仅需运用3只二极管(VD6～VD8)、两只电解电容器(C3、C4)和一只电阻器(R3)。 VD6～VD8选用1N4007型硅整流管。C3与C4的容量有必要持平，均选用22μF／200V的电解电容器。R3选用4．7Ω、2W的电阻器，开机时可限制C3、C4上的冲击电流。填谷电路的特色是C3和C4以串联方法充电，而以并联方法进行放电。VD5为阻隔二极管，可将整流桥与填谷电路阻隔开。设沟通输入电压的有效值为u，峰值电压为UP，整流桥输出的脉动直流电压为UBR，VD5右端电压为UA(此即C3和C4上的总电压)。
阶段一：在沟通电正半周的上升阶段，因为UBR>UA时，VD2、VD3、VD5和VD7均导通，UBR就沿着C3→VD7→R3→C4的串联电路给C3和C4充电，一起向负载供给电流。其充电时刻常数很小，充电速度很快。
阶段二：当UA到达UP时，C3、C4上的总电压UA=UP；因C3、C4的容量持平，故二者的压降均为UP／2。此刻VD7导通，而VD6和VD8被反向偏置而截止。
阶段三：当UA从UP开端下降时，VD7截止，当即中止对C3和C4充电。
阶段四：当UA降至UP／2时，VD5、VD7均截止，VD6、VD8被正向偏置而变成导通状况，C3、C4上的电荷别离经过VD6、VD8构成的并联电路进行放电，坚持负载上的电流不变。
不难看出，从阶段逐个直到阶段三，都是由电网供电，除了向负载供给电流，还在阶段一至阶段二给C3和C4充电；仅在阶段四由C3、C4上贮存的电荷给负载供电。
进入负半周后，在VD5导通之前，C3、C4仍可对负载进行并联放电，使负载电流根本坚持稳定。关于VD1、VD4和VD5导通后的状况，读者可参照上文自行剖析。
综上所述，运用图3所示无源填谷电路，能大幅度添加整流管的导通角，使之在正半周时的导通角扩展到30°～150°(30°刚好对应于UA= UPsin30°=UP／2，150°对应于UA=UPsin150°=UP／2)。同理，负半周时的导通角扩展为210°～330°。这样，波形就从窄脉冲变为比较接近于正弦波。这相当于把尖峰脉冲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λ≥0． 92，完全符合动力之星世界节能规范，而且到达EN55015B世界规范对EMI的限制目标。沟通输入电压u、沟通输入电流i及UA点的时序波形对照如图 4所示。
当MOSFET导通时，VD9处于反向偏置而截止，电流途经输出滤波电容C4、负载及储能电感L2，在向负载供给稳定电流的一起，还有一部分电能贮存在 L2上。当MOSFET关断时，L2发生的反向电动势使VD9导通。L2上的电能就经过VD9向负载持续供电，并对C8充电。LNK306P选用开／关控制法。当反应到FB端的电流超越49μA时，制止MOSFET在该开关周期内作业；进入下一开关周期后，再次对FB端的电流采样，若电流小于49μA，则答应MOSFET作业。对输出电压的调理便是经过制止(越过)或使能开关周期来完结的。
4 结束语
运用填谷电路来添加整流管的导通角，使输入电流波形从尖峰脉冲变为接近于正弦波，能大幅度地进步功率因数，显着下降总谐波失真。该规划方案关于规划节能环保型LED灯具的驱动电源具有实用价值。
