填谷式PFC LED电源研发项目教材Word文档格式.docx
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2、项目主要辅助人员3
六、计划工作进度3
1、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）3
2、第二阶段：
小试与测试阶段（2011年10月至2011年12月）3
3、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
填谷式PFCLED高压驱动电源研发项目
（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
二、立项依据
1、国内外现状、水平和发展趋势
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、项目研究开发目的和意义
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PFCLED驱动电源电路.
3、项目达到的技术水平及市场前景
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PowerFactor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PFCLED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
1、项目主要内容及关键技术
（一）项目主要内容
该项目电路采用填谷式PFCLED电源电路,满足LED灯在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
式中的u、i均代表瞬时值，U、I为有效值，ψ表示相角。
交流输入的视在功率S=UI，而有功功率P=UIcosψ。
仅当cosψ达到1时，P=UI=S。
功率因数的英文缩写为PF（PowerFactor），其国标符号为λ。
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。
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cosψ=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AC／DC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AC／DC变换器的功率因数较低，只能达到0．6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（λ）与总谐波失真（THD）存在下述关系：
当交流输入电流与电压保持同相位，且cosψ=1时，式（4）可简化为
利用功率因数校正器PFC（PowerFactorCorrector），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、技术创新点
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harmonicCLASSB等级，
3、主要技术指标或经济指标
（一）主要技术指标
1）输入电压为180-264。
2）输出电压5,12，15，24，输出功率12W/16W
3）最大效率83%
4）PF>
0.7
5）输出电压精度:
1%
6）线调整率:
0.5%
7）负载调整率:
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
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
1、关键元件填谷式PFC的设计
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（VD3～VD5）、两只电解电容器（C5、C6）和一只电阻器（R6）。
VD3～VD5采用1N4007型硅整流管。
C3与C4的容量必须相等，均采用27μF／200V的电解电容器。
R6选用4．7Ω、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，峰值电压为UP，整流桥输出的脉动直流电压为UBR。
阶段一：
在交流电正半周的上升阶段，由于UBR>
UA时，D5导通，UBR就沿着C5→D5→R6→C6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UP／2。
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UP／2时，D3、D4被正向偏置而变成导通状态，C5、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30°
～150°
（30°
恰好对应于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≥0．8。
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、应用线路
3、研究开发设备设施
（一）硬件设施
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
电源环境信赖度测试
漏电流测试仪
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、CONDUCT
CHROMA6000ATE
全功能自动检测
（二）软件设施
软件名称
ERP专案管理
研发进度管控
ATE软件
自动测试程式编写
（三）研发技术能力及项目基础
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、电子信息、电子物理、计算机、电子工程等专业。
近年来公司先后开发了20项新产品，在业界堪称领先地位。
公司很注重自主知识产权，已取得6项专利，其中本项目获得实用新型专利。
2009年公司累计投入技术开发资金1300多万元，其中本项目投入技术开发资金280万元。
五、研究开发项目组人员名单
1、项目主要研发人员
序号
姓名
性别
年龄
学历
专业
职务
在本项目中承担的任务
1
江军
男
26
大专
电子技术
项目
负责人
全面主持项目研发
2
彭希和
42
硕士
研发
副总
技术指导
3
毛罗生
25
本科
电子信息
工程师
安规和EMC
4
邹凌飞
测试
5
文宁
28
测试
6
向学锋
30
7
冯玉环
女
27
计算机
机构
机构设计
8
封丽花
电子物理
布局
PCBLAYOUT设计
2、项目主要辅助人员
部门
梁艳红
工程
助理工程师
试作
吴松彬
生产
六、计划工作进度
确定研发方案及设计研发阶段（2011年2月至2011年05月）
（一）研究内容：
完成包括产品战略、市场调研、产品分析（可靠性、安全性、性价比）、技术可行性、产品性能确定等。
产品的设计、电路的优化、参数的计算设计、项目开发经费的控制等。
（二）阶段成果：
完成《研发预算表》、《项目进度安排表》、确定目标值。
《系统设计方案》、《系统测试方案》、《监测试验方案》。
小试与测试阶段（2011年07月至2011年09月）
（一）主要研究内容：
设计品质满足制造品质要求的符合情况、问题点的对策研究、未达到试制要求的对策研究、工艺流程设计及调整，产品测试。
《产品工艺报告》、《产品测试报告》、《信赖目标值评估》。
中试及交付产业化阶段（2011年10月至2011年12月）
（一）主要研究内容：
本项目技术应用到未来开发的新产品，如PS-25ADC、PS-15ADC等系列机型，形成批量生产启动的初期管理，工艺流程的执行，进入量产阶段。
（二）阶段成果：
《研发工作总结报告》、《研发产品技术报告》。
（全文结束）
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