1、1广 州 铭 纬 电 子 产 品 有 限 公 司填谷式 PFC LED 驱动电源研发项目项 目 计 划 书2011 年 4 月 至 2011 年 12 月2目 录一、项目基本情况 31、项 目 名 称 ：填谷式 PFC LED 高压驱动电源研发项 目 .32、所 属 领 域 :33、研 发 项 目 预 算 总 金 额 ： 280 万 元 ，其 中 ：企 业 自 筹 280 万 元 。3二、立项依据 31、国 内 外 现 状 、水 平 和 发 展 趋 势 32、 项 目 研 究 开 发 目 的 和 意 义 .33、项 目 达 到 的 技 术 水 平 及 市 场 前 景 3三、研究开发内容和目标
2、31、项 目 主 要 内 容 及 关 键 技 术 .32、技 术 创 新 点 .33、主 要 技 术 指 标 或 经 济 指 标 .3四、研究开发方法及技术路线 31、关 键 元 件 两 级 变 换 电 感 的 设 计 32、应 用 线 路 .33、研 究 开 发 设 备 设 施 .3五、研究开发项目组人员名单 31、项 目 主 要 研 发 人 员 .32、项 目 主 要 辅 助 人 员 .3六、计划工作进度 31、第 一 阶 段 ：确 定 研 发 方 案 及 设 计 研 发 阶 段 （2011 年 4 月 至 2011 年 11 月 ）332、第 二 阶 段 ：小 试 与 测 试 阶 段 （
3、2011 年 10 月 至 2011 年 12 月 ）.33、第 三 阶 段 ：中 试 及 交 付 产 业 化 阶 段 （2011 年 12 月 至 2012 年 2 月 ） 3一、项目基本情况1、 项 目 名 称 ： 填谷式 PFC LED 高压驱动电源研发项目2、 所 属 领 域 : (1)国 家 重 点 支 持 的 高 新 技 术 领 域 :电 子 信 息 技 术 生 物 与 新 医 药 技 术 航 空 航 天 技 术 新 材 料 技 术 高 技 术 服 务 业 新 能 源 及 节 能 技 术 资 源 与环 境 技 术 高 新 技 术 改 造 传 统 产 业(2)当 前 优 先 发 展
4、的 高 技 术 产 业 化 重 点 领 域 指 南 (2007 年 度 ):信 息 生 物 航 空 航 天 新 材 料 先 进 能 源 现 代 农 业 先 进 制 造 先 进 环 保 资 源 综 合 利 用 海 洋3、研 发 项 目 预 算 总 金 额 ： 280 万 元 ，其 中 ：企 业 自 筹 280 万 元 。二、立项依据1、 国 内 外 现 状 、 水 平 和 发 展 趋 势近年来，LED 灯具(含 LED 和驱动电源)作为一种节能环保型照明灯具正在迅速推广，被广泛用于阅读灯、手 电筒、汽车方向灯、小型聚光灯，标牌、建筑轮廓及穹顶照明、便携式闪光灯、医疗照明及装饰照明灯等 领域。如何
5、降低 LED 驱动电源的总谐波失真，提高其功率因数，具有重要的现实 意义。2、 项 目 研 究 开 发 目 的 和 意 义为了满足 LED 驱动电源对 PF 值的特殊要求，而且在功率极低的情况下亦能满足功率因数(5W實際功率 15W)不得低於 0.7。目前常用的电路是普通反激式4电路,其功率因数一般都在 0.5 以下，对电网的污染也较大.为改善这一问题, 广州明纬电子产品有限公司立项开发了一种填谷式 PFC LED 驱动电源电路.3、 项 目 达 到 的 技 术 水 平 及 市 场 前 景该项目是一种具有填谷式 PFC 电源电路，由工 频市 电供电的 LED 路灯,LED建筑照明灯和景观照明灯
6、以及一般照明灯,其离线式(offline)驱动电路能把 LED 点亮是远远不够的.一个高性能离线式 LED 照明电源一般 应满足 AC 输入谐波电流符合 IEC6100-3-2 等标准关于照明 设备的限量规定 :功率因数满足 5W實際功率15W,其 Power Factor 不得低於 0.7 ;高能效,效率83%; 低成本,高可靠,其寿命尽可能与 LED 使用寿命相匹配 .欲提高离线式 LED 照明系统的线路功率因数,限制输入工频谐波电流,则必须采用功率因数校正电路,填谷式电流修整电路比较适合应用于 LED 照明 电源中.随着世界能源危机的日益加剧,节能环保已经是当前世界最重要的课题.明纬电源
7、一直致力于如何让 LED 灯更加绿色环保,更加节约 能源,更加适合市场,更加适合客户使用而努力. 该项目电路: 填谷式 PFC LED 电 源电路研发成功并使用在 APC -12P/16P 电源项目上之后, 得到了市场的充分肯定,并且得到了大量的国内客户的青睐.三、研究开发内容和目标1、 项 目 主 要 内 容 及 关 键 技 术（一）项目主要内容该项目电路采用填谷式 PFC LED 电源电路,满足 LED 灯在 PF 值与 THD 谐波方面的特殊要求.在交流正弦波上升时采用串联给大电容充电,在交流正弦波下降时两大电容并联电路放电,主 PWM 电路采用土兰微电子的 SD4843,次级侧采用AP
8、4310 恒流 .（二）关键技术对无失真的交流电而言，其输入电压与输入电流的表达式分别为5式中的 u、i 均代表瞬时值 ，U、I 为有效值， 表示相角。交流输入的视在功率S=UI，而有功功率 P=UIcos。仅当 cos 达到 1 时，P=UI=S。功率因数的英文缩写为 PF(Power Factor)，其国标符号为 。功率因数定义为有功功率与视在功率的比值： 交流供电设备的功率因数是在电流波形无失真的情况下定义的。造成功率因数降低的原因有两个：一是交流输入电流波形的相位漂移，二是交流输入电流波形存在失真。相位漂移通常是由电源的负载性质(感性或容性)而引起的，在这种情况下对功率因数的分析相对简
9、单，一般可用公式 cos=P(UI)来计算。但是当交流输入电流波形存在失真时，式 (3)不再适用。目前，采用 ACDC 变换 器的开关电源均通过整流 电路与电网相连接。其 输入整流滤波器一般由桥式整流器和滤波电容器构成，二者均属于非线性元器件。由于大容量滤波电容器的存在，使得整流二极管的导通角变得很窄，仅在交流输入电压的峰值附近才能导通，致使交流 输入电流产生严重失真，变成为尖峰脉冲。 这种电流波形中包含了大量的谐波分量，不 仅对电网造成污染，还导致滤波后输出的有功功率显著降低，使功率因数大幅度降低。普通 ACDC 变换器的功率因数较低，只能达到 06 左右。因此，提高开关电源的功率因数不仅能
10、降低线路损耗、还能减少电网的谐波污染，提高电网的供 电质量。总谐波失真是指用信号源输入时，输出信号(谐波及其倍频成分)比输入信号多出的谐波成分，一般用百分数表示。功率因数() 与总谐波失真(THD) 存在下述关系：6当交流输入电流与电压保持同相位，且 cos=1 时，式 (4)可简化为利用功率因数校正器 PFC(Power Factor Corrector)，可使交流 输入电流与交流输入电压保持同相位并滤除电流谐波，将设备的功率因数提高到接近于 1 的某一预定值。功率因数校正分无源功率因数校正(PPFC)、有源功率因数校正(APFC)两种类型。无源功率因数校正的特点是电路简单，成本低廉。2、
11、技 术 创 新 点本项目的技术创新点包括：（一）电路简单，成本低廉。将无源填谷整流滤波电路与 SD4843 相匹配，实现功率因数校正。（二）恒流恒压输出 50%LOAD，200-240VAC 输入情况下，PF 值都大于 0.8，低 THD 值，都能符合 harmonic CLASS B 等级， 3、 主 要 技 术 指 标 或 经 济 指 标（一）主要技术指标1） 输入电压为 180-264。2） 输出电压 5,12，15，24，输出功率 12W/16W3） 最大效率 83%4) PF0.75） 输出电压精度:1%6） 线调整率:0.5%77） 负载调整率:0.5%8） 纹波和噪声:350mV
12、(峰-峰值)9） 变压器采用 EI-22 磁心，材 质采用安磁 JPP-4。（二）主要经济指标1）本项目实施后新增销售收入：本项目实施后，可以使得 APV-12P/APC-12P 系列和 APV-16P/APC-16P系列销售台数达到 100000PCS/年，年新增销售额达到 5000 万元。2）本项目实施后新增利润：本项目实施后，年新增利润可达到 1000 万元。3） 本项目实施后新增税金：本项目实施后，年新增税金可以达到 335 万元。四、研究开发方法及技术路线1、 关 键 元 件 填 谷 式 PFC 的 设 计全部由无源元器件构成的无源填谷电路如图 3 所示。总共仅需使用 3 只二极管(
13、VD3VD5)、两只电解电容器(C5、C6)和一只电阻器(R6)。 VD3VD5 采用1N4007 型硅整流管。C3 与 C4 的容量必须相等，均采用 27F200V 的电解电容器。R6 选用 47、2W 的电阻器，开机 时可限制 C5、C6 上的冲击电流。填谷电路的特点是 C5 和 C6 以串联 方式充电，而以并 联方式 进行放电。 设交流输入电压的有效值为 u，峰值电压为 UP，整流桥输出的脉动直流电压为 UBR。8阶段一：在交流电正半周的上升阶段，由于 UBRUA 时，D5 导通，UBR 就沿着 C5D5R6C6 的串 联电路给 C5 和 C6 充电，同时向负载提供电流。其充电时间常数很
14、小，充电速度很快。阶段二：当 UA 达到 UP 时， C3、C4 上的总电压 UA=UP；因 C3、C4 的容量相等，故二者的压降均为 UP2。此 时 VD7 导通，而 VD6 和 VD8 被反向偏置而截止。阶段三：当 UA 从 UP 开始下降时， D5 截止，立即停止对 C5 和 C6 充电。阶段四：当 UA 降至 UP2 时， D3、D4 被正向偏置而变成导通状态，C5、 C6 上的电荷分别通过 D3、D4 构成的并 联电路进行放电，维持负载上的电流不变。从阶段一一直到阶段三，都是由电网供电，除了向 负载提供电流， 还在阶段一至阶段二给 C5 和 C6 充电 ；仅在阶段四由 C5、C6 上
15、 储存的电荷给负载供电。进入负半周后， C5、C6 仍可对负载进行并联放电，使负载电流基本保持恒定。综上所述，利用图 3 所示无源填谷电路，能大幅度增加整流管的导通角，使之在正半周时的导通角扩展到 30150(30恰好对应于 UA= UPsin30=UP 2，150对应于 UA=UPsin150=UP2)。同理， 负半周时的导通角扩展为210330。这样，波形就从窄脉冲变为比较接近于正弦波。这相当于把尖峰脉冲9电流波形中的谷点区域“ 填平 ”了很大一部分，故称之为填谷电路。实测该 LED 驱动电源的功率因数 08 。交流 输入电压 u、交流输入电流 i 及 UA 点的时序波形对照如图 4 所示
16、。2、应用线路103、 研 究 开 发 设 备 设 施（一）硬件设施设备名称 数 量 主要功能数字示波器 10 台 电压、 电流、 时序波形电子负载 22 台 负载模式可设置为：CC/CR/CV/CCDLED 灯 2 台 测试 LED 电源带 LED 灯时实际工作情况安规测试仪 7 台 耐 压、 绝缘阻抗、接地阻抗谐波分析仪 1 台 按照 EN61000-3-2标准测试输入电流谐波成分功率分析仪 16 台 输入功率、电流、功率因素温度记录仪 5 台 检测零件温度恒温恒湿仪 1 台 电源环境信赖度测试漏电流测试仪 1 台 接地电流检测LCR 测试仪 2 台 L、C、Q、DF 检测EMC 测试仪器
17、 4 台 ESD、EFT、SURGE、CONDUCTCHROMA6000 ATE 2 台 全功能自动检测（二）软件设施软件名称 主要功能ERP 专案管理 研发进度管控ATE 软件 自动测试程式编写（三）研发技术能力及项目基础本公司是专业研发和制造开关电源产品的高新技术企业，拥有研究人员 15 人，均为大专以上学厉，其中高 级工程师 2 人，中 级工程 师 13 人， 分别具备电子技术、自动化、 电子信息、电子物理、 计算机、 电子工程等专业。近年来公司先后开发了20 项新产品，在业界堪称 领先地位。公司很注重自主知识产权，已取得 6 项专利，11其中本项目获得实用新型专利。2009 年公司累计
18、投入技术开发资金 1300 多万元，其中本项目投入技术开发资金 280 万元。五、研究开发项目组人员名单1、 项 目 主 要 研 发 人 员序号 姓名 性别 年龄 学历 专业 职务 在本项目中承担的任务1 江军 男 26 大专 电子技术 项目负责人 全面主持项目研发2 彭希和 男 42 硕士 电子技术 研发副总 技术指导3 毛罗生 男 25 本科 电子信息 研发工程师 安规和 EMC4 邹凌飞 男 26 大专 电子信息 研发工程师 测试5 文 宁 男 28 本科 电子技术 测试工程师 测试6 向学锋 男 30 本科 电子技术 测试工程师 测试7 冯玉环 女 27 本科 计算机 机构工程师 机构
19、设计8 封丽花 女 27 本科 电子物理 布局工程师 PCB LAYOUT 设计2、 项 目 主 要 辅 助 人 员序号 姓名 部门 职务 在本项目中承担的任务1 梁艳红 工程 助理工程师 试作2 吴松彬 生产 助理工程师 试作12六、计划工作进度1、 第 一 阶 段 ： 确 定 研 发 方 案 及 设 计 研 发 阶 段 （ 2011 年 2 月 至 2011年 05 月 ）（一）研究内容：完成包括产品战略、市场调研、 产品分析（可靠性、安全性、性价比）、技术可行性、产品性能确定等。 产品的设计、 电路的优化、参数的计算设计、项目开发经费的控制等。（二）阶段成果：完成研发预算表、 项目进度安
20、排表、确定目标值。 系统设计方案、 系 统测试方案、 监测试验方案。2、 第 二 阶 段 ： 小 试 与 测 试 阶 段 （ 2011 年 07 月 至 2011 年 09 月 ）（一）主要研究内容：设计品质满足制造品质要求的符合情况、问题点的对策研究、未达到试制要求的对策研究、工艺流程设计及调整，产品测试。（二）阶段成果：产品工艺报告、 产品测试报告、 信赖目标值评估。3、 第 三 阶 段 ： 中 试 及 交 付 产 业 化 阶 段 （ 2011 年 10 月 至 2011 年 12月 ）（一）主要研究内容：本项目技术应用到未来开发的新产品，如 PS-25ADC、PS-15ADC 等系列机型，形成批量生产启动的初期管理，工艺流程的执行， 进入量产阶段。（二）阶段成果：研发工作总结报告、 研发产品技术报告。（全文结束）
