基于Sepic电路的工业照明设备节能电源设计

当前，照明约占世界总能耗的20%左右。有统计数据显示，仅LED路灯节能一项，每年就能为中国节省约一座三峡大坝所发的电力。正是由于LED照明所具有的节能、环保优势，近年来，其全球产值年增长率保持在20%以上，中国也先后启动了绿色照明工程、半导体照明工程、“十城万盏”计划等推进该产业发展。得益于LED技术的快速发展，各路资本积极介入投资LED产业，投资规模增长迅速，资料显示，LED光源市场到2015年预计可达到500亿元。LED灯的光输出效率在过去20里提高了近20倍，成本在过去10年间下降了90%，且性价比在不断提高，LED照明技术很有发展前途。

功率因数校正

功率因数（PF）的定义

功率因数（PF）是指交流输入有功功率（P）与输入视在功率（S）的比值

即：

由此可见，功率因数（PF）由γ（输入电流的波形畸变因数）cos准（基波电压和基波电流的位移因数）决定。

功率因数校正的分类

功率因数校正，就是将畸变电流校正为正弦电流，并使之与电压同相位，从而使功率因数接近于1。交流输入电源经整流和滤波后，非线性负载使得输入电流波形畸变，输入电流呈脉冲波形，含有大量的谐波分量，使得功率因数很低。

功率因数校正技术主要分为无源功率因数校正（PFC）和有源功率因数校正（APFC）［3］。无源校正电路，通常由大容量的电感、电容组成。加LC无源滤波器在AC/DC整流电路的输入端，是对电网实施补偿的被动方法。有源功率因数校正技术是对电力电子设备进行自行改进的主动方法，它是对AC/DC整流电路内部进行功率因数校正，从而使电路尽可能不产生谐波，而且输入电压和电流同相位。有源功率因数校正技术，在整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使输入电流波形接近正弦，使功率因数提高到0.99以上。

基于 Sepic 电路的节能电源设计

Sepic

SEPIC（single ended primary inductor converter）是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DCDC变换器。输出电压由主控开关（三极管或MOS管）的占空比控制。

这种电路最大的好处是输入输出同极性。尤其适合于电池供电的应用场合，允许电池电压高于或者小于所需要的输入电压。比如一块锂电池的电压为3V~4.2V，如果负载需要3.3V，那么SEPIC电路可以实现这种转换。

另外一个好处是输入输出的隔离，通过主回路上的电容C1实现。同时具备完全关断功能，当开关管关闭时，输出电压为0V。

电路结构和工作状态分析

图1 SEPIC电路拓扑结构

图2 Q1断开时工作状态（状态1）

图3 Q1导通时工作状态（状态2）

图1为SEPIC电路的拓扑结构。图2为MOS管Q1断开时电路的工作的工作状态，电容Cs处于充电状态，电感L1和L2处于放电状态。图3为MOS管Q2导通时电路的工作状态，电容Cs处于放电状态，电源给L1充电，电容Cs给电感L2充电。图2和图3电路中的电流流向如图中箭头所示。

有源功率因数校正（APFC）是抑制电流谐波，提高功率因数最有效的方法，其原理框图如1所示。其基本思想是：交流输入电压经全波整流后，对所得的全波整流电压进行DC/DC变换，并通过适当控制使输入电流自动跟随全波整流后的电压波形，使输入电流正弦化，同时保持输出电压稳定。该电路有两个反馈控制环：内环为电流环，使DC/DC变换器的输入电流与全波整流电压波形相同；外环也为电流环，使DC/DC变换器输出恒定的电流。

主电路原理及分析

对主电路进行详细划分，可分为两部分，前一部分为桥式整流电路，后一部分为Sepic拓扑电路，如图2所示。桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将4个二极管分为两组，根据输入电压的极性分别导通，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压；Sepic电路是由两个电容、两个电感以及一个开关管和二极管组成，单独的Sepic电路只须工作在电流断续状态就能自然实现PFC。

交流市电经全桥整流之后，送入隔离型Sepic电路。隔离型Sepic电路的母线电压以半个工频周期波动，当Sepic电路处于稳定的工作状态时，其开关管的工作频率远远高于母线电压脉动周期，因此在一个开关周期内，可以近似的认为母线电压是一个恒定的电压。