无电解电容开关电源的研究和开发+文献综述(7)
图2.11 电流模式开关电源原理图
2.2.5 开关电源与恒流技术
在发光二极管（LED）照明驱动电源领域应用对开关电源发展提出了新要求，开关电源从恒压型发展出了恒流型，提高了用作发光二极管（LED）驱动的开关电源的稳定性，确保发光二极管（LED）不会发生闪屏和亮度变化。
高质量的发光二极管（LED）照明需要恒流型开关电源的支持。由于LED照明需要恒流驱动，而开关电源一直以来就是以稳定输出电压为目的设计制作的，两者的设计存在差异。目前LED恒流驱动电源有三种实现方式，第一，用电阻在恒定电压下限流，实现恒流功能。第二，用LED专用恒流驱动芯片实现恒流。第三，使用传统的恒压电源的控制芯片实现恒流功能[10]。
目前技术上前两种方式是主流，技术难度小，实现容易。但是第一种方式存在无输出电流反馈控制、效率低、恒流效果差等缺点。第二种方式主要是低压直流供电，当发光二极管（LED）照明用220V市电驱动时，需要先降压实现低压直流，再用LED专用恒流驱动芯片实现恒流。这种方式存在效率低、体积大、成本高、设计不灵活等缺点。
2.3电解电容与开关电源的关系
2.3.1 开关电源中电解电容的作用和功能
在电力电子学中，电解电容主用于隔断直流量、旁路（去耦）、耦合、滤波储存电能等。
在开关电源中，由于开关电源具有输入功率是脉动的，而输出电压是直流的特点，因此电解电容作用是平衡脉动的输入功率和恒定的输出功率。
一般的开关电源的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）工作频率50Hz以上，有的甚至高达300Hz，且工作在方波或矩形波的状态，含有及其丰富的高次谐波电压与电流，其上锯齿波电压的频率高达数十千赫，甚至数十兆赫。所以电解电容也被用于吸收开关频率及其高次谐波频率的电流分量，并滤除其纹波电压分量。
下面仅以一种两级式开关电源为例来分析电解电容电压脉动与其容量大小的关系。
一种两级式开关电源的结构框图如图2.12所示，以下分析电解电容Ca的容量与其电压脉动之间的关系。
图2.12 某两级式开关电源结构图
设其输入电压为：
v_in (t)"=" V_m sinωt " " (2.3)
其中输入电压幅值为Vm，ω=2π⁄T_line ，输入电压交流周期为Tline。
设输入功率因数为1，那么输入电流则为：
i_in (t)"=" I_m sinωt (2.4)
其中输入电流幅值为Im。
由式(2.3)和式(2.4)可得瞬时输入功率为：
p_in (t)"=" 〖v_in (t) i_in (t)=V〗_m I_in sin^2〖ωt=(V_m I_in (1-cos2ωt ))/2〗 (2.5)
从式(2.5)可以看出，平均输入功率Pin为：
p_in "=" (V_m I_in)/2 (2.6)
假设变换器的效率为100%，那么平均输入功率等于输出功率，即：
p_in "=" p_out (2.7)
图2.13 输入电压、输入电流、瞬时输入功率和电解电容电压的波形（输入功率因数为1）