【文章內(nèi)容簡介】 符合電磁兼容性 (EMC)的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器應(yīng)對串模、共模干擾都起到抑制作用。 電磁干擾濾波器的基本電路如圖 32 所示。 C1C2C3C4L 圖 32 電磁干擾濾波器的基本電路 該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈 (亦稱共模電感 )L、濾波電容 C1~C4。 L 對串模干 擾不 起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強。 需要指出，當(dāng)額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。 C1 和 C2 采用薄膜電容器，容量范圍大致是 ~，主要用來濾除串模干擾。 C3 和 C4跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地 抑制共模干擾。 C3 和 C4 亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是 2200Pf~。為減小漏電流，電容量不得超過 ，并且電容器中點應(yīng)與大地接通。 C1~C4 的耐壓值均為630VDC 或 250VAC。圖 33 示出一種兩級復(fù)合式 EMI 濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級 (亦稱兩節(jié) )濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。 C1C2C3C4C5L1L2 圖 33 兩級復(fù)合式 EMI濾波器電路 為減小體積、降低成本，單片開關(guān)電源一般采用簡易式單級 EMI 濾波器，典型電路如圖 34 所示。 C1 LNL (a) C1LNL (b) C1C2C3C4LNLR (c) C1C2C3C4LNL (d) 圖 34 開關(guān)電源濾波器典型電路 圖 (a)與圖 (b)中的電容器 C 能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖 (a)將 C 接在輸入端， 圖 (b)則接到輸出端。圖 (c)、 (d)所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。圖 (c)中的 L、 C1 和 C2 用來濾除共模干擾， C3 和 C4 濾除串模干擾。 R 為泄放電阻，可將 C3 上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端 L、 N 不帶電，保證使用的安 全性。圖 (d)則是把共模干擾濾波電容 C3 和 C4 接在輸出端。 整流橋電路的設(shè)計 (1)整流橋的導(dǎo)通時間與選通特性 50Hz 交流電壓經(jīng)過全波整流后變成脈動直流電壓 u1，再通過輸入濾波電容得到直流高壓 U1。在理想情況下，整流橋的導(dǎo)通角本應(yīng)為 180176。(導(dǎo)通范圍是從0176?！?180176。)，但由于濾波電容器 C 的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時間內(nèi)才有輸入電流經(jīng)過整流橋?qū)?C 充電。 50Hz 交流電的半周期為 10ms，整流橋的導(dǎo)通時間 tC≈3ms，其導(dǎo)通角僅為 54176。(導(dǎo) 通范圍是 36176?！?90176。)。因此，整流橋?qū)嶋H通過的是窄脈沖電流。橋式整流濾波電路的原理如圖 35(a)所示，整流濾波電壓及整流電流的波形分別如圖 35(b)和 (c)所示 [6]。 最后總結(jié)幾點： 1)整流橋的上述特性可等效成對應(yīng)于輸入電壓頻率的占空比大約為 30％ 。 2)整流二極管的一次導(dǎo)通過程，可視為一個“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率就等于交流電網(wǎng)的頻率 (50Hz)。 3)為降低驅(qū)動電路中 500kHz以下的傳導(dǎo)噪聲，有時用兩只普通硅整流管 (例如 1N4007)與兩只快恢復(fù)二極管 (如 FR106)組成整流橋， FRl06 的反向恢復(fù)時間trr≈250ns。 圖 35 （ 2）整流橋的參數(shù)選擇 隔離式驅(qū)動電源一般采用由整流管構(gòu)成的整流橋，亦可直接選用 成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡稱硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點，可廣泛用于 LED 驅(qū)動電路的整流電路。硅整流橋有 4個引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個。 硅整流橋的最大整流電流平均值分 0． 5～ 40A 等多種規(guī)格，最高反向工作電壓有 50～ 1000V 等多種規(guī)格。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。 整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓 URM(V)，正向壓降 UF(V)，平均整流電流 Id(A)，正向峰值浪涌電流 IFSM(A)，最大反向漏電流 IR(μA)。整流橋的反向擊穿電壓 URR 應(yīng)滿足下式要求： 舉例說明，當(dāng)交流輸入電壓范圍是 85～ 132V 時， umax=132V，由式 (1)計算出 UBR=233． 3V，可選耐壓 400V 的成品整流橋。對于寬范圍輸入交流電壓，umax=265V，同理求得 UBR=468． 4V，應(yīng)選耐壓 600V 的成品整流橋。需要指出，假如用 4 只硅整流管來構(gòu)成整流橋，整流管的耐壓值還應(yīng)進(jìn)一步提高。辟如可選 1N4007(1A／ 1000V)、 1N5408(3A／ 1000V)型塑封整流管。這是因為此類管子的價格低廉，且按照耐壓值“寧高勿低”的原則，能提高整流橋的安全性與可靠性。 設(shè)輸入有效值電流為 IRMS，整流橋額定的有效值電流為 IBR，應(yīng)當(dāng)使 IBR≥ 2IRMS。計算 IRMS 的公式如下： 式中， PO 為驅(qū)動電源的輸出功 率， η為電源效率， umin 為交流輸入電壓的最小值， cosφ 為驅(qū)動電源的功率因數(shù)，允許 cosφ=0． 5～ 0． 7。由于整流橋?qū)嶋H通過的不是正弦波電流，而是窄脈沖電流 (參見圖 35)，因此整流橋的平均整流電流 IdIRMS，一般可按 Id=(0． 6～ 0． 7)IRMS 來計算 IAVG 值。 例如，設(shè)計一個 7． 5V／ 2A(15W)驅(qū)動電源，交流輸入電壓范圍是 85～ 265V，要求 η=80％ 。將 Po=15W、 η=80％、 umin=85V、 cosψ=0． 7 一并代入 (2)式得到，IRMS=0． 32A，進(jìn)而求出 Id=0． 65IRMS=0． 21A。實際選用 lA／ 600V 的整流橋，以留出一定余量。 （ 1)輸入濾波電容器容量的選擇 為降低整流濾波器的輸出紋波，輸入濾波電容器的容量 CI 必須選的合適。令每單位輸出功率 (W)所需輸入濾波電容器容量 (μF)的比例系數(shù)為 k，當(dāng)交流電壓 u=85～ 265V 時，應(yīng)取 k=(2～ 3)μF／ W；當(dāng)交流電壓 u=230V(1177。15％ )時，應(yīng)取k=1μF／ W。輸入濾波電容器容量的選擇如表 3l 所示， Po 為驅(qū)動電源的輸出功率。 表 31 輸入濾波電容器容量的選擇 （ 2)準(zhǔn)確計算輸入濾波電容器容量的方法：輸入濾波電容的容量是 LED 驅(qū)動電源的一個重要參數(shù)。 CI 值選得過低，會使 UImin 值大大降低，而輸入脈動電壓 UR 卻升高 。但 CI 值取得過高，會增加電容器成本，而且對于提高 UImin 值和降低脈動電壓的效果并不明顯。下面介紹計算 CI 準(zhǔn)確值的方法。 設(shè)交流電壓 u 的最小值為 umin。 u 經(jīng)過橋式整流和 CI 濾波，在 u=umin 情況下的輸入電壓波形如圖 36 所示。該圖是在 Po=POM， f=50Hz、整流橋的導(dǎo)通時間 tC=3ms、 η=80％ 的情況下繪出的。由圖可見，在直流高壓的最小值 UImin上還疊加一個幅度為 UR 的一次側(cè)脈動電壓，這是 CI 在充放電過程中形成的。欲獲得 CI 的準(zhǔn)確值，可按下式進(jìn)行計算： 舉例說明，在寬范圍電壓輸入時， umin=85V。取 UImin=90V， f=50Hz， tC=3ms，假定 Po=30W， η=80％， 一并帶入 (3)式中求出 CI=84． 2μF，比例系數(shù) CI／PO=84． 2μF／ 30W=2． 8μF／ W，這恰好在 (2～ 3)μF／ W 允許的范圍之內(nèi)。 圖 36 交流電壓為最小值時的輸入電壓波形 DC/AC 變換電路的設(shè)計 DC/AC 逆變電路是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電路 ,逆變電路現(xiàn)在常用的開關(guān)器件有功率晶體管（ GTR)、功率場效應(yīng)管 (POWER MOSFET)、可關(guān)斷晶閘管（ GTO）、普通型和快速型晶閘管（ SCR)。半橋式開關(guān)電源的逆變電路如圖 37所示 [7]。 C3C1C2 LS1S2R1R2V D 1V D 2 圖 37 DC/AC變換電路 開關(guān)管 S S2 選用 MOSFET，因為它是電壓驅(qū)動全控制器件，具有驅(qū)動電 路簡單、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快及安全工作區(qū)大等優(yōu)點。半橋式逆變電路一個橋臂由開關(guān)管 S S2（ S S2 是兩個帶反并聯(lián)二極管 VD VD2 的 MOSFET管）組成，另一個橋臂由電容 C C2（ C C2 是容量相等的兩個電解電容）組成。高頻變壓器初級一端接在 C C2 的中點，另一端接在 S S2 的 公共連接端， C C2 中點的電壓等于整流后直流電壓的一半，即 V／ 2。開關(guān) S S2交替導(dǎo)通在變壓器的次級形成幅值為 V／ 2 的交流方波電壓。通過調(diào)節(jié)開關(guān)的占空比，就能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 v。 。圖 37 中， R R2 是并聯(lián)均壓電阻； C3 是耦合電容，其作用是防止由于兩個開關(guān)管的特性差異而造成變壓器磁芯飽和，從而提高半橋逆變電路的抗不平衡能力， C3 要選擇 ESR 小的無極性電容。 輸出平滑電路的設(shè)計 驅(qū)動電源輸出平滑電路的性能好壞直接影響到輸出電壓的質(zhì)量問題，是 LED能否正常穩(wěn)定發(fā)光的 保證。故必須對平滑電路組件參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)計和計算。 輸出平滑電路如圖 38 所示。 LD1D2LC 圖 38 輸出平滑電路 由于輸出高頻變壓器輸出脈沖電壓頻率達(dá) 100KHz,故要求輸出整流二極管具有快速恢復(fù)特性，故選用超快速恢復(fù)二極管，根據(jù)輸出電壓及電流參數(shù)選用philips 公司的 BYV32200 二極管，其技術(shù)參數(shù)如下： 最高反向工作電壓： 200V； 整流電流： 20A； 反向恢復(fù)時間： 35nS. 其中 D 為 2 倍占空比，即 D=； K 為波形系數(shù)，取值在 到 1 之間，取 時計算誤差較小， Ns 為高頻變壓器二次繞組匝數(shù)， Np 為一次繞組匝數(shù)。 Vin為輸入直流電壓。代入數(shù)據(jù)有： 其中 Lf為輸出濾波電感， 0U? 為允許紋波電壓， sf 為開關(guān)頻率。代入數(shù)據(jù)有： 取標(biāo)稱值為 6800μ F。 所以輸出電感量為 ，濾波電容容量為 6800μF，二極管 D 選 BYV32200。 主電路及其工作原理 LED 節(jié)能燈驅(qū)動電路主要由主電路、控制電路兩大部分組成。主電路主要由 EMI 濾波電路、整流橋電路、 DC/AC 變換電路、輸出平滑電路組成。主電路圖如圖 39 所示。 其工作原理為： 220V 交流電經(jīng)過 EMI 濾波電路，過濾掉電網(wǎng)中的雜波。全橋整流電路將電網(wǎng)電壓 220V整流成直流電壓 Ud = 1. 2U約等于 198V。經(jīng) DC/AC 變換器逆變之后輸出 20kHz、脈寬可調(diào)的交流電壓，又經(jīng)高頻變壓器的兩個副邊分正負(fù)半周送入整流濾波電路，輸出直流電壓。該電源直流輸出電壓的大小靠 PWM 發(fā)生器的輸出脈沖寬度來控制。 MOSFET 管 S1 和 S2 可由 SG3525A 的 11和 14 腳直接控制。也可將 從 SG3525A 的 11， 14 腳出來的 PWM 信號驅(qū)動 PC817光電耦合器，經(jīng)光耦隔離后，送到 IR2110 專用集成驅(qū)動電路，進(jìn)而去驅(qū)動功率MOSFET 管 S1 和 S2。 C56 8 0 u FC30 . 4 7 u FC40 . 4 7 u FS1S2R3電壓反饋R11 0 0 kR21 0 0 KV D 11 N 4 1 4 8V D 21 N 4 1 4 812341 N 4 0 0 7C10 . 1 u F / 6 3 0 VF U 12AL18 m HC22 . 2 u F / 4 0 0 VC66 8 0 0 u FL2V D 3B Y V 3 2 2 0 0V D 4B Y V 3 2 2 0 0L30 . 2 3 u HL E D +L E D