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led软屏用的PFC电源是怎么一回事

日期: 2019-8-19
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    开关电源是led显示屏组件中重要的一部分,是全彩led显示屏的动力来源,led软屏在制作中经常有客户指定要使用PFC电源,那么PFC电源到底是怎么一回事呢,是否真的有必要使用,巨彩源的小编在这里做简单介绍。

PFC调整电路和辅助开关电源模块

  1 电源滤波和PFC 调整电路

  目前led电子显示屏中用到的PFC 有两大类, 一类为被动式PFC (也称无源PFC),主要包括“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”两种;另一类为主动式PFC(也称有源式PFC)。主动式PFC 电路由电感、电容及有源电子元器件(二极管、MOS 管和PFC 控制器等)组成,通过闭环控制电路调整输入电流的波形,并对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC 输出直流电压的纹波很小,不必采用大容量的滤波电容;并且主动式PFC 可达到较高的功率因数(通常达98%以上)。

  IEC1000-3-2 标准规定了PFC 电路矫正后,从电网中吸收电流时产生的谐波失真的最小值,规定矫正后的电流近似为一个正弦波,且相位与输入市电一致。升压模式的电路结构拓扑非常巧妙地实现了PFC 的矫正。如图3 所示,led柔性屏输入电压的幅度和相位输入到PFC 控制器的内部比较器的一个输入端, 以此来控制进入L 中的电流与输入电压相位同步;同时Bulk 电容上的电压反馈输入, 来控制PFC 电路输出电压值;L、VD和SW 组成了一个基本的升压电路, 在L 内产生一个相位跟随输入电压相位的三角波电流,三角波波形变化的电流在输入整流桥堆的滤波电容的滤波作用下,变成了一个正弦波电流;三角波的电流幅度受控制器的限流电阻的采样值的控制限制。因此,通过PFC 电路校正后,从市电吸收的电流近似为与输入电压同相位的正弦波形, 可表示为:K×1.414×Vac×sin(ωt),其中,K×1.414 是常数, Vac 是输入交流电压整流后电压振幅值,sin(ωt)是与输入电压同相变化的电流正弦函数。由此公式可知,矫正后的电流波形与输入电压一致,很好地矫正了电流谐波失真的问题。

  因此, 最新LED显示屏模组供电拓扑建议PFC 矫正电路采用有源主动式矫正技术, 如图3 所示。全彩led显示屏有源矫正的电路(PFC 部分)插在输入整流桥和电源变换供电电路之间。这种插入的预处理装置能提供恒定的电压输出,同时以正弦波的方式从市电网吸收电流。它实际上是一种升压变换的拓扑结构。当调整模块正常工作时,PFC 矫正电路将输入市电电压升压到400 V 左右,并将输出能量存储在大电容(Bulk)。

  NCP1653为一款集成PFC 调整控制器,其具有如下特点:兼容IEC1000-3-2;连续导电模式(CCM);平均电流模式或峰值电流模式可选;固定电压输出或跟随升压操作;极少的外围元件;固定开关频率;软启动;VCC 低电压锁定(迟滞电压范围为8.7~13.25 V);低电压保护或关闭;可编程过流保护;可编程最大功率限值;热保护(迟滞温度范围为120~150℃);无铅封装。

  采用NCP1653 按照图3 所示拓扑结构组成的PFC 校正电路,在交流110 V 输入情况之下的谐波失真与功耗、输出电压、输出电流、PF 比值、谐波总失真率和变换效率的测量比较列表如表1 所示。在220 V 输入情况之下的谐波失真与功耗、输出电压、输出电流、PF 比值、谐波总失真率和变换效率的测量比较列表如表2 所示。

表1 在110 V 输入时PFC 校正电路各参数比较



表2 在220 V 输入时PFC 正电路各参数比较



  从测试数据来看, 本文拓扑电路中的PFC 部分可以在LED软模组负载变化的情况下实现有效的谐波校正,达到很高的PF 值。同时利用对NCP1653 电源引脚的控制,实现PFC 电路的使能和电源旁路的功能: 当电源引脚达到13.25 V 时,PFC 功能启动; 当电源引脚供电低于8.7 V 时,PFC 功能停止,桥式整流后电压直接旁路输出到Bulk 电容。

  2.2 辅助开关电源的设计

  LED软屏组里除了LED点阵模块外,还有扫描信号控制模块、各种检测电路模块和降温处理模块等,而且这些模块工作状态是常态的,电子显示屏点阵点亮时和熄灭时均可能在工作。所以这就要求其供电回路也是24 h 供电。甚至有的系统设计采用电池作为断电时信号处理模块的备用电源。这里设计一个辅助电源为各个功能模块供电。

  NCP1207 控制器[具有如下特点: 内置700 V 耐压的MOSFET, 在接温25 ℃时导通电阻是5.8 Ω; 电流模式的固定频率是65 kHz 和100 kHz;固定峰值电流是800 mA;在低峰值电流进行Skip-Cycle 的操作模式; 内置电流源用于清洁、无功耗启动时序;具有短路保护的自动恢复的时基检测电路;辅助绕组的过电压自动恢复功能;可编程输入电压的低电压检测Brown-Out 输入功能; 可编程最大功率限制;内部频率用于提高EMI 的信号;占空比扩展到80%;在无负载的输入待机功耗是85 mW@265 Vac;500 mW 负载的输入待机功耗是715 mW@230 Vac;该器件是无铅封装。

    以上就是PFC电源的基本原理和设计思路,这种电源不只用在led软屏上,led地砖屏,led透明屏都可以采用,但是相对造价比较高,如果屏体的面积比较大采用这样的电源还是比较划算,如果屏体面积比较小,造价成本比较高就不划算了。因为PFC电源造价成本比较高,所以如果不是客户指定使用的话,led显示屏厂家不会主动给客户配置这样的电源。
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