0 前言
当前节能环保是世界上绝大部分国家的政府关注的重点。中国作为世界能源进口大国，能源问题已成为我国经济可持续发展的一个重要瓶颈，其中电能问题尤其突出。据统计，照明用电约占我国总用电量的13%，发展和推广节能照明具有重要的现实意义。目前，在节能照明领域，应用最广泛的是使用一体化节能灯代替白炽灯，用高频电子镇流器代替传统的电感式镇流器，这两种方式技术实现方案比较接近。基本原理是将220V/50Hz的市电整流滤波成直流电，再通过开关器件的“开关”将其“切割”成高频交流电，再用来驱动节能照明灯具发光，从而实现节能照明的目的。采用此类节能照明技术的灯具与传统白炽灯、日光灯照明相比，得到同样的光照流明，可以节约电能近70%。但高频场合下同步带来了电路中谐波含量增加、电磁干扰加剧、线路功率因数下降等不良后果。电路工程师们设计了不少方案来解决这个伴生问题，较为广泛使用的方法是在照明电路中设计APFC模块，本文将重点分析高抗直流叠加低功率损耗软磁铁氧体在节能照明APFC模块电路中的应用优势。
1 节能照明用高频交流电的获得及其伴生的问题
我国使用220V/50Hz作为市电的供电标准，与欧洲类似。美国采用120V/60Hz供电，日本等国与之类似。如有必要，可在照明电子镇流器电路设计一个转换装置即可使电子镇流器兼容这两种市电。下面以220V/50Hz为基准展开论述。
如前言所述，节能照明灯具一般都是使用高频交流电工作来实现节能目的，而高频交流电一般又是由高频开关器件，将前级电路整流滤波而得的直流电用通断的方式，进行“切割”而成。图1是典型的桥式整流电容滤波电路，将市电整流滤波后，可在输出端得到脉动很小的约310V直流电。
其它主要电流波形如图2所示：
图2的上、中、下分图分别为市电输入端交流电压输出端脉动已很小的准直流电，交流输入端电流的波形图。从图2中看出，由于滤波电容的存在，二极管在半周期内的导通角很小（约60°），输入端电流发生了很大的崎变，形成了尖峰电流，其谐波含量很高，从而致使线路的功率因数不高，约为0.6。高谐波含量和低功率因数都是我们所不希望的。过高的谐波含量会污染电力系统的电气环境，增加电网的线路损耗，还可能引起继电器、电子设备的误动作等。有必要采取相关措施进行扼制或避免。
2 无源功率因子调整电路(PPFC)的作用与缺点
出于成本和电路简易性考虑，逐流电路是常用PPFC解决方案之一。基本电路如图3所示。
其交流输入端的电压、电流波形如图4所示：
将图4与图2相比较，交流输入端电流波形要更接近正弦波，有“追逐”电压波形的态势，谐波含量有了显著下降，线路功率因数可由图2的约0.6提高到约0.95。但其付出的代价是灯电流的波峰系数由约1.6升到2左右。过高的灯电流波峰系数可能会导致灯阴极电子发射超过极限值，加速灯丝的损伤，缩短灯具的使用寿命。随着节能照明技术的发展，尤其是在一些照明功率较大或对灯电流波峰系数要求较严的场合，应用APFC（有源功率因数调整）电路，可很好地同时解决谐波含量和灯电流波峰系数的问题。
3 APFC电路及其磁芯材料的选择
APFC调整器置于桥式整流器和主滤波电容之间，主要有boost、buck、boost/buck和回扫几种方式。由于boost式APFC电路与其它几种相比，在相同的输出功率下，输出电流较小，从而带来减少滤波电容体积和容量的好处，故被广泛地采用，下面以其为例来说明抗直流叠加低功率损耗软磁铁氧体磁芯在升压电感器中的应用。图5是升压型APFC的原理图。
其中L1是高频升压电感器，在开关管VT1导通时，二极管VD5截止，电感中电流IL上升，开关管VT1关闭时，二极管VD5导通，电感中电流IL下降。正是VT1和VD5轮流导通与关闭，使桥式整流器的二极管在半周期内的导通接近180°。图6为电源输入端的电流波形图，类似正弦波形，其谐波含量很少。
而对于图5中的升压电感器L1，其电流波形如图7所示：
由于APFC电路设计的不同，还有其它几种常见的电感电流波形，如图8所示：
从以上几种电感电流的波形可以看出，电感中电流是单向的，具有较大的直流成分。升压电感器中铁氧体磁芯工作于磁滞回线的第一象限，存在直流偏磁场，可简化地理解成交流分量叠加在一个直流分量上。
一般而言，磁芯在有直流叠加场的情况下，其导磁能力会呈现下降的趋势，可表现为电感量的下降。而电感量的过度下降会引起一系列的问题，如电感器线圈中铜线电流的峰值大幅上升，而上升的电流峰值又会导致磁芯进一步地被饱和，升压电感器电感量进一步下降，形成恶性循环，严重时导致“烧机”，引起火患。与此同时为了保证电路的效率，还要求升压电感器中的磁芯不但具有良好的抗直流叠加特性，还应有低的功率损耗，以提高电磁转换和能量传递的效率。因此，软磁铁氧体磁芯若只偏重高抗直流叠加特性，而对磁芯的功率损耗指标没有给予足够的重视。则过高的功耗将使磁性器件的电磁转换效率降低，导致整机的温升变高，过高的温升甚至可能破坏电线的绝缘。
当前市场上主流的PC40和PC44级软磁铁氧体其功率损耗指标能够满足节能照明电路APFC电感器要求的；但其抗直流叠加能力方面并没有经过特别的优化，故在节能照明电路APFC电感器中的应用表现出了一定的局限性。广东风华高科微硕电子有限公司成功研发并大批量生产的PG232B软磁铁氧体，具有功率损耗低、抗直流叠加好的双重优良特性，该产品产业化技术指标达到国外同类技术先进水平，其功率损耗典型值为60kW/m3（25kHz，200mT，80~100℃）。抗直流叠加特性以国标标准环T25×15×7.5衡量测试，在150mA的直流偏置条件下，其电感值保有量典型值大于90%，而在同等条件下，PC40、PC44级软磁铁氧体磁芯电感值保有量典型值约在55%。双重优良特性的PG232B软磁铁氧体磁芯不仅适用于节能照明电路APFC电感器，也适合用于其它具有较大直流分量的电路场合中，如输出滤波器、反激式开关变换器等。

参考文献
[1]《电子镇流器原理与制作》毛兴武 祝大卫 编著
[2]《实用电源技术手册-磁性元件分册》 赵修科
[3]《开关电源设计》Abraham I.Pressman著 王志强 等译