大功率LED驱动电源设计(2)
5、供电系统特殊：LED灯使用专用的恒流驱动模块，能够实现LED灯的亮度稳定不变。
1.2 LED的工作原理
1.2.1 LED的发光原理
LED的结构有：P型半导体、N型半导体组、PN结。没有外电场激发时的动态平衡就是多子和少子在数量上达到一致[3]。而有正向电压时，还受到外电场激发作用，大部分的载流子移向空间电荷区，逐渐变为电子流速大于空穴流速的状态，所以电子就要从N区移向P区，相反的空穴移向N区，在此过程中电子和空穴复合之后所剩余的能量就是光能。加反向电压时，PN结的单向导电性决定了PN结是截止状态，所以不发光。
1.2.2 LED的伏安特性
LED的伏安特性与一般的PN结的伏安特性相似，当对其外加正向的偏置电压小于其阈值电压时，LED中电流较小几乎为零，此时称为其正向死区[4]。当外正向电压大于阈值电压是，此时流过LED的电流随着电压增大而急剧增大，近似成线性关系，称为正向工作区。当对LED加反向电压时，当反向电压小于反向击穿电压Vb时，PN结加反偏压，反向电流很小几乎为零，此时LED将不发光。若所加反向电压大于其击穿电压时，反向电流过大致使其出现击穿现象。此时若电流过大，LED易损坏，称为反向击穿区。如图1所示LED的伏安特性。
图1 LED伏安特性曲线
2. PFC设计
2.1 PFC(功率因数校正)
2.1.1 PFC定义
功率因数可以写为PF，就是有功功率(P)和视在功率（S）的比值[5]，即：
(1)
在1式中其输入电压的基波有效值为U0，电流的输入基波有效值为I0，电网电流的有效值的有效值为Is，输入电流的畸变率为γ，基波电压与基波电流的位移因数为cosα。
在公式(1)中，PF取决于γ和相位差α，当输入正弦波的电压和电流时，电路的功率因数能够达到1。当其位移因数cosα和畸变量γ接近1时，此时功率因数最大。
2.1.2 功率因数与谐波畸变之γ间的关系
总谐波畸变率（THD）的定义为：
(2)
I0表示的是市电电流的基波电流值，In为次N谐波的电流值。
在(1)式中
由以上公示可以看出：如果市电的基波电压与基波电流之间的相位差近似为0，此时的PF和总谐波畸变率有关；如果是正弦波的电流和电压，则PF取决于正弦波的电压与电流的相位差。
2.2 功率因数校正技术
在根据电路有无采用有源器件的可以将功率因数校正技术分为两类[6]，PPFC（无源功率因数校正）和APFC（有源功率因数校正）。
2.2.1 无源功率因数校正(PPFC)
PPFC是由许多无源器件如：电感、电容、二极管等组成的低通、带通滤波器。无源功率因数校正方法便捷但效果不是太理想一般不适用于高功率因数，也不能适用于现今社会对小型化和高密度化电子产品的要求。
2.2.2 有源功率因数校正技术
在DC/DC这一环节中，控制电路开关管的通断，从而使输入电压和电流波形保持一致，以此来增大功率因数。有源功率因数校正技术主要有以下优点：功率因数高，达到0.99、体积小，质量轻、输入的交流电压范围大。
有源功率因数校正按照电路结构可分为单级式PFC结构和两级式PFC结构。
在与单级式PFC电路结构相比下，两级式PFC方案具有以下优点：功率因数高，在理想情况下能接近于1[7]。谐波畸变率低，能够适用于大功率的场合。其缺点为：结构相比单级式PFC结构较复杂，成本相对较高。如图2.2所示为其控制电路结构图。