具有高功率因數(shù)和超寬輸出電壓的LED驅(qū)動(dòng)器

簡介：為了針對各種LED燈規(guī)范和LED特性提高靈活性和兼容性，本文介紹了覆蓋較寬輸出電壓范圍的LED驅(qū)動(dòng)器。Fairchild的PSR控制器FL7733提供出色的高PF和低THD性能，并在非常寬的輸出電壓范圍內(nèi)提供恒流調(diào)節(jié)。此外，本文中設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)器可用于具有簡單設(shè)計(jì)和較低成本的各種LED照明燈具。

由于LED燈廣泛用于各種應(yīng)用，它們的形狀和大小也多種多樣，以適合具體的燈具。另外，LED 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)也應(yīng)該合理，以便適應(yīng)各種類型的 LED 以及定制化規(guī)格。正因如此，LED 電壓可能會(huì)根據(jù) LED 串聯(lián)數(shù)量或溫度在較大范圍內(nèi)變化。但是，不管何種設(shè)計(jì)，LED 電流都應(yīng)該保持恒定，因?yàn)榭偭髅髋c電流成正比。同時(shí)，高功率因數(shù) (PF) 和低總諧波失真 (THD) 成為 LED 驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要求。因此，適合較寬輸出電壓范圍的驅(qū)動(dòng)器有助于增加靈活性，以及兼容各種 LED 的特性。本文介紹了一款集成有先進(jìn)初級端調(diào)節(jié) (PSR) 技術(shù)的PWM控制器，并提供了適用于較寬輸出電壓范圍的單級反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)指南。

1. 初級端調(diào)節(jié)控制器及其運(yùn)行模式

LED 驅(qū)動(dòng)器的初級端調(diào)節(jié) (PSR) 解決方案使得固態(tài)照明 (SSL) 產(chǎn)品符合國際法規(guī)(比如 Energy Star)。PSR 僅僅根據(jù)電源初級端的信息，精確控制輸出電流，不僅消除了輸出電流感測損耗，而且無需次級反饋電路。因此，允許在小尺寸改型燈具中使用驅(qū)動(dòng)器電路以及滿足國際法規(guī)，而不會(huì)過多增加 SSL 應(yīng)用的成本。Fairchild 的 FL7733脈寬調(diào)制(PWM) PSR 控制器有助于簡化設(shè)計(jì)從而滿足 SSL 要求，同時(shí)無需使用外部元件。FL7733 提供高精度輸出電流調(diào)節(jié)，以應(yīng)對變壓器磁化電感、輸入和輸出電壓信息的改變，并提供強(qiáng)大的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性。

圖 1. 初級端調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器和關(guān)鍵波形

模式 I

在 MOSFET 導(dǎo)通期間 (tON)，輸入電壓 (VIN) 施加在變壓器的初級端電感 (Lm) 上。然后，MOSFET 的漏電流 (IDS) 從零線性增加至峰值 (IDS.PK)，如圖 1所示。在此期間，電能從輸入獲取并存儲(chǔ)在電感中。

模式 II

MOSFET (Q) 關(guān)斷時(shí)，變壓器中存儲(chǔ)的電能迫使整流二極管(D) 導(dǎo)通。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓 (VOUT) 和二極管正向壓降 (VF)施加到變壓器次級端電感，二極管電流 (ID) 從峰值 (IDS.PK·NP/NS) 線性減小至零。在電感電流放電時(shí)間 (tDIS) 結(jié)束時(shí)，變壓器中存儲(chǔ)的所有能量都被傳輸至輸出。

模式 III

當(dāng)二極管電流達(dá)到零時(shí)，變壓器輔助繞組電壓開始因初級端電感 (Lm)與 MOSFET (Q) 上加載的有效電容之間的諧振而振蕩。

輸出電流可以通過峰值漏電流和電感電流放電時(shí)間估計(jì)，因?yàn)檩敵鲭娏髋c穩(wěn)態(tài)下的二極管電流平均值相同。漏電流峰值由 CS 峰值電壓檢測器確定，而電感電流放電時(shí)間由 tDIS檢測器檢測。根據(jù)峰值漏電流、電感電流放電時(shí)間和工作開關(guān)周期信息，創(chuàng)新型 TRUECURRENT 計(jì)算模塊可估算輸出電流如下：

(1)

(2)

圖 2. DCM 控制

應(yīng)該保證 DCM，以實(shí)現(xiàn)反激式拓?fù)渲械母吖β室驍?shù)。為了在較寬的輸出電壓范圍內(nèi)維持 DCM，在線性頻率控制中由輸出電壓線性調(diào)節(jié)開關(guān)頻率。輸出電壓由輔助繞組和連接至 VS 引腳的電阻分壓器檢測，如圖 2所示。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，次級二極管導(dǎo)通時(shí)間增加，DCM 控制會(huì)延長開關(guān)周期，從而在較寬的輸出電壓范圍內(nèi)保持 DCM 運(yùn)行。

2. 具有較寬輸出電壓范圍的 LED 驅(qū)動(dòng)器

2.2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本小節(jié)介紹基于FL7733的單級反激式 LED 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)步驟。選擇了50 W 離線 LED 驅(qū)動(dòng)器作為設(shè)計(jì)示例。設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：

● 輸入電壓范圍： 90 ~ 277 VAC、 50 ~ 60 Hz

● 標(biāo)稱輸出電壓和電流： 50 V/1.0 A

● 工作輸出電壓： 12 V ~ 50 V

● 最低頻率： 88%

● 工作開關(guān)頻率： 65 kHz

● 最大占空比： 40%

初級匝數(shù)由法拉第定律確定。Np,min是由初級繞組兩端的最小線路輸入電壓峰值和最大導(dǎo)通時(shí)間固定。可避免磁芯飽和的變壓器初級端最小匝數(shù)可由下式給出：