目前，照明损耗约占全球能源损耗的25%。因发光二极管（Light-Emitting Diodes, LED）具有寿命长、能效高和绿色环保等优点，已然成为新一代照明光源。由于LED本身不能直接与交流源相连，因此需要整流器作为中间环节；但要求恒功率输出以避免LED频闪。
为满足要求，无源解耦方案因拓扑简单、无需额外控制而被广泛应用。然而，在无源解耦方案中，额定功率为100W的变换器需要匹配2650μF的电容才可将电压纹波控制在2V。上述方案明显有悖于变换器小型化设计理念。为解决这些问题，有些学者进行了大量研究，提出了解决方法，但是均存在较多的不理想因素，如器件冗余度高和能量多级传递等问题。
LED技术LED technology
因此，设计一类结构更加紧凑的新型拓扑显得尤为重要。鉴于此，有学者通过器件分时复用或共用的方式，实现了AC-DC变换器（主电路）和DC-DC变换器（解耦电路）功率器件部分或完全集成。有学者仅利用一个二极管和一个MOS管完成了功率解耦。但由于电路的不对称性，前、后端产生的磁通不能完全抵消，因此在低压侧造成了额外的损耗。此外，电感作为非理想储能元件，损耗较大，并且较低的功率密度与轻量化设计冲突。因此，去除或尽量避免电路中存在的大量磁性器件成为另一热点问题。
因此，为应对整流器内部损耗少、能量传输路径短的新趋势，同时消除影响系统稳定性的电解电容元件，四川大学电气工程学院、河北科技大学电气工程学院的研究人员田涵雷、夏益文、陈茂林、梁国壮，在2022年第9期《电工技术学报》上撰文，提出一种具有功率解耦和自动功率因数校正能力的新型单级整流器。该拓扑具有元器件数量少、功率密度大、效率高和成本低等优点，值得注意的是，升压电感和解耦电感处于特殊位置，为后续磁集成设计提供有利条件。
图1 实验样机
研究人员指出，该新型三端口整流器采用3×6.8μF/250V的薄膜电容替代电解电容，并且解耦电容的钳位作用使得开关管Sa1和Sa2导通损耗明显降低。另外，器件分时复用完成了单元间整合，消除了冗余器件。桥臂Sa1和Sa2不仅用于功率因数校正单元，同时用于功率解耦单元。此外，功率因数均高于0.975，符合相关要求。
他们表示，通过改变驱动模式，消除了传统电路中承受高压应力的输出电容，效率得到了进一步提高。而且实验结果表明，该整流器在消除对电解电容的依赖方面具有优势，并且拥有良好的输出电流质量，满足了LED无频闪的要求，不会造成视觉疲劳。
本文编自2022年第9期《电工技术学报》，论文标题为“一种具有自动功率因数校正和功率解耦能力的单级整流器”。本课题得到了国家自然科学基金资助项目的支持。
客服