LED驅動(dòng)電源的單極PFC反激式開(kāi)關(guān)電源方案

LED驅動(dòng)電源要求在5W以上的產(chǎn)品都要求高功率因素，低諧波，高效率，但是因為又有體積和成本的考量，傳統的PFC+PWM的方式電路復雜，成本高昂，因此在小功率(65W左右)的應用場(chǎng)合一般會(huì )選用單極PFC的方式應用，特別是在T5,T8等LED驅動(dòng)電源得到廣泛的應用，并成為目前的主流應用方案。目前市面上的PFC有很多，下面以市面上得到廣泛應用的LD7591及其升級版本LD7830,主要用LD7830來(lái)做說(shuō)明介紹。

一、介紹：

LD7830是一款具有功率因素校正功能的LED驅動(dòng)芯片，它通過(guò)電壓模式控制來(lái)穩定輸出且實(shí)現高功率因素(PF)與低總諧波失真(THD)特性。LD7830能在寬輸入電壓范圍內應用，且保持極低的總諧波失真。LD7830具備豐富的保護功能，如輸出過(guò)壓保護(OVP)，輸出短路保護(SCP)，芯片內置過(guò)溫保護(OTP)，Vcc過(guò)壓保護，開(kāi)環(huán)保護等保護功能令LED驅動(dòng)電源系統工作起來(lái)更加安全可靠。LD7830在LD7591的基礎上增加了高壓?jiǎn)?dòng)，OLP保護功能和軟啟動(dòng)功能，使系統的待機功耗更低至0.3W以下，同時(shí)短路保護更加可靠。

二、LD7830特點(diǎn)：

內置500V高壓?jiǎn)?dòng)電路

高PFC功能控制器

高效過(guò)渡模式控制

寬范圍UVLO(16V開(kāi)，7.5V關(guān))

最大250KHZ工作頻率

內置VCC過(guò)壓保護

內置過(guò)載保護(OLP)功能

過(guò)電流保護(OCP)功能

500/-800mA驅動(dòng)能力

內置8ms軟啟動(dòng)

內置過(guò)溫保護(OTP)保護

三應用范圍：

AC/DCLED照明驅動(dòng)應用

65W以下適配器

四、典型應用

圖一

五、系統設計

LD7830的典型應用為反激拓撲結構，如圖一所示。

5.1我們首先介紹LD7830的反激工作原理，假設交流輸入電壓波形是理想正弦波，整流橋也是理想的，則整流后輸入電壓瞬時(shí)值Vin(t)可表示為：

其中VPK為交流輸入電壓峰值，VPK=√2×VRMS,Vrms為交流輸入電壓有效值，FL為交流輸入電壓頻率。再假定在半個(gè)交流輸入電壓周期內LD7830誤差放大器的輸出VCOMP為一恒定值，則初級電感電流峰值瞬時(shí)值IPKP(t)為：

其中IPKP為相對于輸入電壓初級電感電流峰值的最大值。

在反激電路中，當MOSFET導通時(shí)，輸入電壓Vin(t)對電感充電，同時(shí)輸出電容對負載放電，初級電感電流從零開(kāi)始上升，令θ=2×π×FL×t：

Ton為MOSFET導通時(shí)間，Lp為初級電感量，由上式可見(jiàn)，TON與相位無(wú)關(guān)。

假設變壓器的效率為1且繞組間完全耦合，當MOSFET關(guān)斷時(shí)，次級電感對輸出電容充電和對負載放電，則：

其中，TOFF為MOSFET關(guān)斷時(shí)間，IPKS(θ)為次級峰值電流瞬時(shí)值，Ls為次級電感量，Vout為輸出電壓，VF為輸出整流管正向壓降，n為初次級匝比，TOFF隨輸入電壓瞬時(shí)值變化而變化。

工作電流波形如圖二所示，可見(jiàn)，在半個(gè)輸入電壓周期內，只要控制TON固定，則電感電流峰值跟隨輸入電壓峰值，且相位相同，實(shí)現高功率因素PF.

圖二

5.2下面將針對反激拓撲結構介紹相關(guān)參數設計流程

5.2.1首先根據實(shí)際應用確定規格目標參數，如最小交流輸入電壓Vinmin,最大交流輸入電壓Vinmax,交流輸入電壓頻率FL,輸出電壓Vout,輸出電流Iout,最大兩倍頻輸出電壓紋波ΔVo等。然后針對目標參數進(jìn)行系統參數預設計，先估計轉換效率η來(lái)計算系統最大輸入功率;最大輸入功率Pin可表示為：

再確定系統最小工作頻率，LD7830的開(kāi)關(guān)頻率是個(gè)變化量，表示為：

最小開(kāi)關(guān)頻率Fsw-min出現在最小輸入電壓的正弦峰值處。系統設計中，最小開(kāi)關(guān)頻率Fsw-min一般設定在35kHz或更高。

確定變壓器反射電壓VOR,反射電壓定義為：VOR=n(Vout+Vf)，VOR的取值影響MOSFET與次級整流管的選取以及吸收回路的設計。

5.2.2變壓器設計

首先確定初級電感量，電感的大小與最小開(kāi)關(guān)頻率的確定有關(guān)，最小開(kāi)關(guān)頻率發(fā)生在輸入電壓最小且滿(mǎn)載的時(shí)候，由公式推導有：

其中Ko定義為輸入電壓峰值與反射電壓的比值，即

一般說(shuō)來(lái)Ko越大PF值會(huì )越低，總的THD%會(huì )越高。

確定初級電感量LP后，就該選擇變壓器磁芯了，可以參考公式AP=AE×AW選取，然后根據選定的磁芯，確定初級最小繞線(xiàn)圈數Npmin來(lái)避免變壓器飽和，參考公式：

然后確定次級繞組匝數，初次級的匝比由VRO決定：

同理推導并根據規格書(shū)定義的Vcc電壓可以得出Vcc繞組的匝數，LD7830的Vcc典型值設定在16V。

定義：

LP:初級電感量

NP:初級匝數

IPKP:初級峰值電流

BM:最大磁通飽和密度

AE:磁芯截面積

Po:輸出功率

5.2.3初級吸收回路設計

當MOSFET關(guān)斷時(shí)，由于變壓器漏感的存在，在MOSFET的漏端會(huì )出現一個(gè)電壓尖峰，過(guò)大的電壓加到MOS管的D極會(huì )引起MOS擊穿，而且會(huì )對EMI造成影響，所以要增加吸收回路來(lái)限制漏感尖峰電壓。典型的RCD吸收回路如圖三所示：

圖三

RCD回路的工作原理是：當MOSFET的漏端電壓大于吸收回路二極管D1陰極電壓時(shí)，二極管D1導通，吸收漏感的電流從而限制漏感尖峰電壓。設計中，緩沖電容C1兩端的電壓Vsn要設定得比反射電壓VRO高50--