填谷式PFCLED电源研发项目.docx
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填谷式PFCLED电源研发项目
广州铭纬电子产品有限公司
填谷式PFCLED驱动电源研发项目
项目计划书
2011年4月至2011年12月
一、项目基本情况
1、项目名称：
填谷式PFCLED高压驱动电源研发项目
2、所属领域:
（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、研发项目预算总金额：
280万元，其中：
企业自筹280万元。
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:
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
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
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、CONDUCT
CHROMA6000ATE
2台
全功能自动检测
（二）软件设施
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
男
42
硕士
电子技术
研发
副总
技术指导
3
毛罗生
男
25
本科
电子信息
研发
工程师
安规和EMC
4
邹凌飞
男
26
大专
电子信息
研发
工程师
测试
5
文宁
男
28
本科
电子技术
测试
工程师
测试
6
向学锋
男
30
本科
电子技术
测试
工程师
测试
7
冯玉环
女
27
本科
计算机
机构
工程师
机构设计
8
封丽花
女
27
本科
电子物理
布局
工程师
PCBLAYOUT设计
2、项目主要辅助人员
序号
姓名
部门
职务
在本项目中承担的任务
1
梁艳红
工程
助理工程师
试作
2
吴松彬
生产
助理工程师
试作
六、计划工作进度
1、第一阶段：
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》。
2、第二阶段：
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。
（二）阶段成果：
《产品工艺报告》、《产品测试报告》、《信赖目标值评估》。
3、第三阶段：
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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