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可消除LED频闪,避免视觉疲劳!科研团队新提出一种新型单级整流器

行业新闻 董唯 103浏览 0评论

近期,四川大学电气工程学院与河北科技大学电气工程学院的研究人员联合提出一种具有功率解耦和自动功率因数校正能力的新型单级整流器。该拓扑具有元器件数量少、功率密度大、效率高和成本低等优点,值得注意的是,升压电感和解耦电感处于特殊位置,为后续磁集成设计提供有利条件。

 

目前,照明损耗约占全球能源损耗的25%。因发光二极管(Light-Emitting Diodes, LED)具有寿命长、能效高和绿色环保等优点,已然成为新一代照明光源。由于LED本身不能直接与交流源相连,因此需要整流器作为中间环节;但要求恒功率输出以避免LED频闪。

 

为满足要求,无源解耦方案因拓扑简单、无需额外控制而被广泛应用。然而,在无源解耦方案中,额定功率为100W的变换器需要匹配2650μF的电容才可将电压纹波控制在2V。上述方案明显有悖于变换器小型化设计理念。为解决这些问题,有些学者进行了大量研究,提出了解决方法,但是均存在较多的不理想因素,如器件冗余度高和能量多级传递等问题。因此,设计一类结构更加紧凑的新型拓扑显得尤为重要。

 

鉴于此,有学者通过器件分时复用或共用的方式,实现了AC-DC变换器(主电路)和DC-DC变换器(解耦电路)功率器件部分或完全集成。有学者仅利用一个二极管和一个MOS管完成了功率解耦。但由于电路的不对称性,前、后端产生的磁通不能完全抵消,因此在低压侧造成了额外的损耗。此外,电感作为非理想储能元件,损耗较大,并且较低的功率密度与轻量化设计冲突。因此,去除或尽量避免电路中存在的大量磁性器件成为另一热点问题。

 

为应对整流器内部损耗少、能量传输路径短的新趋势,同时消除影响系统稳定性的电解电容元件,四川大学电气工程学院、河北科技大学电气工程学院的研究人员田涵雷、夏益文、陈茂林、梁国壮,在2022年第9期《电工技术学报》上撰文,论文标题为“一种具有自动功率因数校正和功率解耦能力的单级整流器”。提出一种具有功率解耦和自动功率因数校正能力的新型单级整流器。该拓扑具有元器件数量少、功率密度大、效率高和成本低等优点,值得注意的是,升压电感和解耦电感处于特殊位置,为后续磁集成设计提供有利条件。

 

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图:实验样机

 

研究人员指出,该新型三端口整流器采用3×6.8μF/250V的薄膜电容替代电解电容,并且解耦电容的钳位作用使得开关管Sa1和Sa2导通损耗明显降低。另外,器件分时复用完成了单元间整合,消除了冗余器件。桥臂Sa1和Sa2不仅用于功率因数校正单元,同时用于功率解耦单元。此外,功率因数均高于0.975,符合相关要求。

 

他们表示,通过改变驱动模式,消除了传统电路中承受高压应力的输出电容,效率得到了进一步提高。而且实验结果表明,该整流器在消除对电解电容的依赖方面具有优势,并且拥有良好的输出电流质量,满足了LED无频闪的要求,不会造成视觉疲劳。

 

本文编自2022年第9期《电工技术学报》,论文标题为“一种具有自动功率因数校正和功率解耦能力的单级整流器”。本课题得到了国家自然科学基金资助项目的支持。

 

文章来源:电气新科技 中国之光网

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