降低THD的措施 - LED电源总谐波失真的分析、测量及预防

　　4. 降低 THD 的措施

　　随着开关电源类电子产品的应用普及，国际电工委员会制定了 IEC61000-3-2、欧盟制 定了 EN60555-2 和我国制定了 GB17625.1-2003 等法规，对用电设备的电压、电流波形失真 作出了具体限制和规定。目前这些法规也适用于 LED 灯具及 LED 驱动电源。 对于输入有功功率大于 25W 的 LED 照明灯具，谐波电流不应超过表 2 限值。

　　

　　表 2. C 类设备的限值

　　对于输入有功功率不大于 25W 的 LED 照明灯具，规定符合如下的其中一项：

　　a.谐波电流不应超过表 3 的第 2 栏中与功率相关的限值；

　　

　　表3 D类设备的限制

　　b. 用基波电流百分数表示的 3 次谐波电流不应超过 86%，5 次谐波不超过 61%;而且， 假设基波电压过零点为 0°，输入电流波形应是 60°或之前开始流通，65°或之前有最后 一个峰值（如果在半个周期内有几个峰值） ，在 90°前不应停止流通。

　　图 1 所示的 LED 驱动电源的输入功率为 8.8W，根据表 3 第 2 栏的限值，THD 显然超标。 一个好的 LED 驱动电源，不仅需要高功率因数 PF，而且还要实现低 THD，使奇次谐波含量 不超过标准规定值。

　　但有的电源设计者，为了片面强调高 PF 而将滤波电容值减小，其结果是桥式整流器的 导通角增加，PF 增大，但桥式整流器输出的脉动直流电压导致电路的峰值电流极高，使电 源变换器的功率管等损耗剧增，很容易损坏功率管、高频变压器、高频输出整流管元件。

　　目前，性能比较优良的 LED 驱动电源，均采用了有源功率因数校正（Advantage Power Factor Correetion）APFC 电路，图 7 是一种常用的临界导通模式（TCM）的单级 PFC 反激式电源变换器示意图。

　　

　　图7

　　这种电路能使输入电流即电感电流的波形（见图 8）与整流二极管输出的脉动电压波形保持一致的特点，不存在整流二极管导通角的影响，因此输入电流与输入电压的具有相同 相位，如图 9 所示。

　　

　　图8

　　

　　图9

　　这种电路的功率因数 PF 与总谐波失真 THD 的关系如下：

　　

　　该电路通常可以做到 PF≥0.96、THD≤30%，甚至可以使 PF 值接近于 1，输入电流失真 系数 K=I1 / Irms≤3，THD≤10%. 图 10 的输入电路是一种通用的填谷式的无源功率因数控制（PPFC）电路，对于输入功率 较小的 LED驱动电源采用此电路，有成本低、线路简单等优点。其功率因数可在 0.85-0.9， 但谐波含量往往会超过符合规定。

　　

　　图 10

　　它的电压和输入电流的波形如图 11

　　

　　图 11

　　图（12）是其测试结果，结果表明谐波含量超标。

　　

　　图 12

　　

　　图 13

　　针对图10电路的这一缺陷，我们可以提出一种改进方案，即在无源 PFC 电路中，增加一个2-5 OHM/2W 的电阻与二极管 D3 串联（见图13），这样可以有效地降低谐波含量，同时还能 进一步提高PF，对于这种结构的 LED驱动电源，是一种很有效的改良方法。