目前，照明損耗約占全球能源損耗的25%。因發光二極管（Light-Emitting Diodes, LED）具有壽命長、能效高和綠色環保等優點，已然成為新一代照明光源。由于LED本身不能直接與交流源相連，因此需要整流器作為中間環節；但要求恒功率輸出以避免LED頻閃。

 

為滿足要求，無源解耦方案因拓撲簡單、無需額外控制而被廣泛應用。然而，在無源解耦方案中，額定功率為100W的變換器需要匹配2650μF的電容才可將電壓紋波控制在2V。上述方案明顯有悖于變換器小型化設計理念。為解決這些問題，有些學者進行了大量研究，提出了解決方法，但是均存在較多的不理想因素，如器件冗余度高和能量多級傳遞等問題。
 

LED技術LED technology

 

因此，設計一類結構更加緊湊的新型拓撲顯得尤為重要。鑒于此，有學者通過器件分時復用或共用的方式，實現了AC-DC變換器（主電路）和DC-DC變換器（解耦電路）功率器件部分或完全集成。有學者僅利用一個二極管和一個MOS管完成了功率解耦。但由于電路的不對稱性，前、后端產生的磁通不能完全抵消，因此在低壓側造成了額外的損耗。此外，電感作為非理想儲能元件，損耗較大，并且較低的功率密度與輕量化設計沖突。因此，去除或盡量避免電路中存在的大量磁性器件成為另一熱點問題。

 

因此，為應對整流器內部損耗少、能量傳輸路徑短的新趨勢，同時消除影響系統穩定性的電解電容元件，四川大學電氣工程學院、河北科技大學電氣工程學院的研究人員田涵雷、夏益文、陳茂林、梁國壯，在2022年第9期《電工技術學報》上撰文，提出一種具有功率解耦和自動功率因數校正能力的新型單級整流器。該拓撲具有元器件數量少、功率密度大、效率高和成本低等優點，值得注意的是，升壓電感和解耦電感處于特殊位置，為后續磁集成設計提供有利條件。
 

圖1 實驗樣機

 

研究人員指出，該新型三端口整流器采用3×6.8μF/250V的薄膜電容替代電解電容，并且解耦電容的鉗位作用使得開關管Sa1和Sa2導通損耗明顯降低。另外，器件分時復用完成了單元間整合，消除了冗余器件。橋臂Sa1和Sa2不僅用于功率因數校正單元，同時用于功率解耦單元。此外，功率因數均高于0.975，符合相關要求。

 

他們表示，通過改變驅動模式，消除了傳統電路中承受高壓應力的輸出電容，效率得到了進一步提高。而且實驗結果表明，該整流器在消除對電解電容的依賴方面具有優勢，并且擁有良好的輸出電流質量，滿足了LED無頻閃的要求，不會造成視覺疲勞。

 

本文編自2022年第9期《電工技術學報》，論文標題為“一種具有自動功率因數校正和功率解耦能力的單級整流器”。本課題得到了國家自然科學基金資助項目的支持。