基于FAN7527B的LED電源設(shè)計(jì)

摘要：文中分析并設(shè)計(jì)了一種單級(jí)功率因數(shù)校正LED驅(qū)動(dòng)電源。該電源采用反激式拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正和對(duì)LED燈的恒流驅(qū)動(dòng)。與普通反激式電源相比，該電源采用單級(jí)反激式PFC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，具有更高的功率因數(shù)和效率。文中對(duì)電路工作原理做了詳細(xì)的說(shuō)明，給出了變壓器的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電源功率因數(shù)高、損耗小、輸出穩(wěn)定，可以高效率驅(qū)動(dòng)LED燈。
關(guān)鍵詞：反激式；LED驅(qū)動(dòng)；功率因數(shù)校正

在能源危機(jī)和氣候變暖問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重的今天，節(jié)能與環(huán)保已成為社會(huì)焦點(diǎn)議題。LED因其高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、色彩豐富、體積小、耐閃爍、可靠性高、調(diào)控方便等諸多優(yōu)點(diǎn)等特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的照明光源。傳統(tǒng)的白熾燈效率低、耗電高；熒光燈省電，但使用壽命短、易碎，廢棄物存在汞污染；高強(qiáng)度氣體放電燈存在效率低、耗電高、壽命短、電磁輻射危害等缺點(diǎn)；若能以LED照明取代目前的低效率、高耗能的傳統(tǒng)照明，無(wú)疑能緩解當(dāng)前越來(lái)越緊迫的能源短缺和環(huán)境惡化問(wèn)題。由于LED自身的伏安特性及溫度特性，使得LED對(duì)電流的敏感度要高于對(duì)電壓的敏感度，故不能由傳統(tǒng)的電源直接給LED供電。因此，要用LED作照明光源首先就要解決電源驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題。傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)電源雖然可以實(shí)現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié)，但是不能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，輸入功率因數(shù)比較低，諧波比較大。為了使LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入電流諧波滿足要求，必須加功率因數(shù)校正。本文介紹一種單級(jí)PFC反激式LED電源，該電源所用器件少，損耗低，具有較高的的功率因數(shù)和效率。

1 電路原理分析
圖1為電路簡(jiǎn)圖。電路采取單級(jí)反激式拓?fù)?，由全波整流，DC／DC變換，輸出整流濾波電路，誤差反饋電路，PWM控制器電路構(gòu)成。
FAN7527B是飛兆半導(dǎo)體公司推出的有源功率因數(shù)校正控制芯片。該芯片內(nèi)部乘法器電路的優(yōu)異性能，可以用于寬交流市電輸入電壓范圍的應(yīng)用場(chǎng)合(85～265VAC)。并使所構(gòu)成電路的THD值很小，從而獲得良好的有源功率因數(shù)校正控制功能。它的啟動(dòng)工作電流只有幾十微安，利用它的零電流檢測(cè)FAN7527B的5腳可以實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)斷控制功能。

電路的輸入電容的容量很小(即交流輸入市電整流輸出濾波電容容量很小)，因此APFC電路的輸入電壓最大值很接近于交流輸入市電電壓整流后輸出電壓的峰值。該電路的主要優(yōu)點(diǎn)是它的高功率因數(shù)(一般大于0．92)，可以很好地滿足有關(guān)EMC和THD的技術(shù)要求，特別是在寬交流市電輸入電壓范圍的應(yīng)用場(chǎng)合更是如此。在輸出重負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合，該電路可以得到較高的工作效率，一般工作效率接近90％，工作于電流臨界導(dǎo)通工作模式可以使APFC功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的導(dǎo)通損耗比較小，有利于減少散熱器的體積。
圖中C1上的電壓為經(jīng)過(guò)橋式整流后的電壓，Rs1采樣流過(guò)MOS管的電流，進(jìn)行逐周期限電流控制，使MOS管的電流峰值不至于太大，確保負(fù)載短路時(shí)變壓器不發(fā)生磁飽和。利用輔助繞組完成變壓器一次繞組的電流過(guò)零檢測(cè)(APFC變壓器去磁)，控制功率開(kāi)關(guān)管Q2重新開(kāi)始下一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通工作周期的工作，FAN7527B的Idet引腳外接的電阻R4阻值在幾十千歐的范圍內(nèi)，使電路工作于“準(zhǔn)零電壓導(dǎo)通”的工作方式。R4電阻值取值和變壓器的一次繞組的電感量和功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的輸出電容有關(guān)，具體電阻值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，本電路中取值為33K。Rs2采樣負(fù)載LED電流信號(hào)，R7、R8構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)對(duì)LED上的電壓進(jìn)行采樣。Rs2采樣LED上的電流與TM101上的基準(zhǔn)信號(hào)CVin進(jìn)行比較，經(jīng)誤差經(jīng)放大器對(duì)輸出進(jìn)行恒流控制，LED的亮度和流過(guò)LED的電流大小基本成正比的，只要控制流過(guò)LED的電流大小就可以調(diào)節(jié)LED的亮度。R7、R8采樣LED上的電壓與TM101上的基準(zhǔn)信號(hào)CVin進(jìn)行比較，經(jīng)誤差放大器對(duì)輸出電壓控制，送入TM101的這兩路信號(hào)相“與”后通過(guò)光耦送入控制芯片F(xiàn)AN75 27B的誤差放大器進(jìn)入乘法器。乘法器另一路是通過(guò)R13、R19、R23和R27采樣經(jīng)全波整流后的市電信號(hào)，這兩路信號(hào)的乘積就是乘法器輸出，該輸出信號(hào)使得電感電流跟蹤乘法器的輸出波形信號(hào)，產(chǎn)生的PWM脈沖控制MOS管Q1的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流和輸入電流的控制，完成LED實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的恒流限壓控制和輸入功率因數(shù)的校正。