摘   要: 反激式变换电路是小功率LED照明中使用最为广泛的一种拓扑结构，为了使LED驱动器能够满足高效率、高可靠性和低成本的要求,给出了一种单级反激式变换电路，详细分析了电路的工作原理，并对主要元器件的参数进行了设计。最后，使用Saber仿真软件在不同的输入条件下进行了仿真分析，仿真结果表明电路具备较高功率因数和效率。
关键词: LED； 反激式； 功率因数； Saber

    照明用电是人类消耗能源的重要方面，约占世界总能耗的20%， 因此绿色节能照明的研究越来越受到重视[1]。LED照明技术正以其发光效率高、寿命长、节能和环保等诸多优势在更广的范围内逐步代替传统的照明方式[2]。
    目前，常用的LED恒流驱动器有Buck、Boost、Flyback等拓扑结构[3]。由于电路自身的特点，在小功率(通常小于75 W)和高电压(通常高于7.5 V)的应用场合，Flyback拓扑结构的应用最为广泛[4]。在单级反激式变换器中,输入功率因数和输出电压纹波是一对矛盾体。一方面，传统的二极管整流使得交流输入侧电流变成一个个短脉冲而不是平滑的正弦波，从而导致输入侧谐波过大和功率因数过低[5]；另一方面，如果不使用大电容去消除整流电压纹波，输出侧将会存在较大的2倍基频的电压纹波。这个问题可以通过有源和无源的方法解决。有源法能够很好地满足谐波要求，但是电路的设计和控制较为复杂，加上附加电路，不适合小功率的应用；无源法适合于对成本敏感的场合。为了获得较高的功率因数和转换效率，本文提出在反激式电路变压器的原边放置一个LC滤波电路,使输入侧的总谐波(THD)和功率因数(PF)得到了很大改善。
    Saber是美国Analogy公司开发的一款功能强大的系统仿真软件，兼容模拟、数字、控制量的混合仿真。本文在分析反激式变换电路工作原理的基础上，使用Saber仿真软件进行了仿真实验验证。
1 Flyback电路结构
    图1所示的单级反激式变换电路主要由四部分组成。第一部分是由4个二极管组成的不可控桥式整流电路；第二部分是LC滤波电路，其中Lf应足够大，使用小容量的滤波电容Cf取代大容量的储能电容，滤除电压中的高频分量，使得滤波后的电压波形仍然保持为正弦形；第三部分是DC/DC变换器，采用反激式，电路工作在电流断续模式下，Lm为励磁电感。由于变压器漏感及其他分布参数的影响，反激式变换器在开关管关断瞬间会产生很高的尖峰电压，这个尖峰电压严重威胁着开关管的正常工作，必须采取措施对其进行抑制，试验中采用RCD吸收电路对开关管实现保护；第四部分是输出整流部分,通过铝电解电容为负载提供平滑的直流电压。

2 电路工作原理分析
    为了方便分析，做以下假设：
    (1) 所有的电路元器件都是理想的；
    (2) 开关管的开关频率远远高于交流母线电压的频率，因此，可认为在一个开关周期输入的电压保持不变；
    (3) 输出储能电容Co足够的大，以至于可以认为输出的电压是一个理想的直流源。
    当电路工作在电流断续模式(DCM)时，理论分析的波形如图2所示，从图中可以看出，电路进入稳定工作状态后，一个开关周期可以分为3个工作状态，各状态下的电路图如图3所示，图中粗线表示实际流通路径。各工作状态分述如下。

    以上理论分析和仿真结果表明，仿真分析的结果与理论分析的结果是一致的，加入LC滤波能够很好地改善输入侧的功率因数和谐波含量，RCD吸收电路能够很好地保护开关管。电路工作在恒频和固定占空比下，输出电压脉动能够控制在5%以内，能够满足高亮度LED的照明要求。
    本文给出了一种单级反激式变换电路，通过在变压器原边增加一个LC滤波器来提高输入侧的功率因数。该方法容易实现，简化了电路，并且电路的控制简单。上述理论和仿真分析为下一步制作实际的LED驱动电路提供了指导。
参考文献
[1] CHUANG Y C, KE Y L, CHUANG H S, et al. Singlestage power factor correction circuit with Flyback converter to drive LEDs for lighting application[C].IAS IEEE, 2010：1-9.
[2] TSAO J Y. Solid-state lighting: lamps, chips, and materials for tomorrow[J].IEEE Circuit Device Mag, 2004,20(3):28-37.
[3] Pei Qian. Research on the control method of constant current source buck converter for HB-LED[J]. Application of Electronic Technique,2010,36(2):73-76.
[4] Xie Xiagao, Zhang Junming, Zhao Chen, et al. An improved current-driven method for synchronous Flyback AD/DC converters[C]. INTELEC′06. 28TH Annual International, 2006:1-5.
[5] PARTO P, SMEDLEY K M. Passive PFC for Flyback converter[EB/OL]. (2010-xx-xx)[2012-06-21] http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc.