LED驱动电源的单极PFC反激式开关电源

LED 驱动电源的单极 PFC 反激式开关电源方案LED 驱动电源要求在 5W 以上的产品都要求高功率因素，低谐波，高效率，但是因为又有体 积和成本的考量，传统的应用场合一般会选用单极PFC+PW 曲方式电路复杂，成本高昂，因此在小功率(65W 左右)的PFC 的方式应用，特别是在 T5,T8 等 LED 驱动电源得到广泛的应用，PFC 有很多，下面以市面上得到广泛应用的并成为目前的主流应用方案。目前市面上的LD7591 及其升级版本 LD7830,主要用 LD7830 来做说明介绍。一、介绍：LD7830 是一款具有功率因素校正功能的低的总谐波失真。LED 驱动芯片，它通过电压模式控制来稳定输(OVP)，输出短路LED 驱动电源OLP 保护功能和出且实现高功率因素(PF)与低总谐波失真(THD)特性。LD7830 能在宽输入电压范围内应用，且保持极LD7830 具备丰富的保护功能，如输出过压保护保护(SCP)，芯片内置过温保护(OTP),Vcc 过压保护，开环保护等保护功能令系统工作起来更加安全可靠。LD7830 在 LD7591 的基础上增加了高压启动，软启动功能，使系统的待机功耗更低至0.3W 以下，同时短路保护更加可靠。、LD7830 特点：内置 500V 高压启动电路高 PFC 功能控制器高效过渡模式控制宽范围 UVLO(16V 开，7.5V 关)最大 250KHZ 工作频率内置 VCC压保护内置过载保护(OLP)功能过电流保护(OCP)功能500/-800mA 驱动能力内置 8ms 软启动内置过温保护(OTP)保护三应用范围:AC/DC LED 照明驱动应用65W 以下适配器四、典型应用eledans-cameledans-cam HCfti HCftiI图一五、系统设计LD7830 的典型应用为反激拓扑结构，如图一所示。5.1 我们首先介绍 LD7830 的反激工作原理，假设交流输入电压波形是理想正弦波，整想的，则整流后输入电压瞬时值Vin(t)可表示为：V|N(t)=瓯站响海*洗流桥也是理其中 VPK 为交流输入电压峰值，VPKV2X VRMS,Vrms为交流输入电压有效值，FL 为 交流输入电压频率。再假定在半个交流输入电压周期内一恒定值，则初级电感电流峰值瞬时值 I PKP(t)为：LD7830 误差放大器的输出VCOMP其中 IPKP 为相对于输入电压初级电感电流峰值的最大值。在反激电路中，当 MOSFE 甘通时，输入电压 Vin(t)对电感充电，同时输出电容对负载 放电，初级电感电流从零开始上升，令0=2X 兀 X FLX t:Lp xlpK(&)_ Lp xIpKpTon 为 MOSFE 甘通时间，Lp 为初级电感量，由上式可见，TONI相位无关。假设变压器的效率为 1 且绕组间完全耦合，当 MOSFE 对断时，次级电感对输出电容充 电和对负载放电，贝 U:Lsx lPKS(0)巽片M傕)其中，TOFF 为 MOSFE 爽断时间，I PKS(。)为次级峰值电流瞬时值，Ls 为次级电感量,Vout 为输出电压，VF 为输出整流管正向压降，n 为初次级匝比，TOFFW 输入电压瞬时值变 化而变化。工作电流波形如图二所示，可见，在半个输入电压周期内，只要控制电流峰值跟随输入电压峰值，且相位相同，实现高功率因素PF.TON 固定，则电感图二5.2 下面将针对反激拓扑结构介绍相关参数设计流程5.2.1 首先根据实际应用确定规格目标参数，如最小交流输入电压 Vinmin,最大交流输门来计算系统最大入电压 Vinmax,交流输入电压频率 FL,输出电压 Vout,输出电流 lout,最大两倍频输出电压纹 波 Vo等。然后针对目标参数进行系统参数预设计，先估计转换效率输入功率；最大输入功率 Pin 可表示为：Pin=POUT=VOUT1QUTelfanscomelfanscom电审变炕左再确定系统最小工作频率，LD7830 的开关频率是个变化量，表示为:1一1_ UpK“1）T Tg+TOFF LPxIPKP（1+做此粗跖心魁最小开关频率 Fsw-min 出现在最小输入电压的正弦峰值处。Fsw-min 一般设定在 35kHz 或更高。系统设计中，最小开关频率确定变压器反射电压 VOR 反射电压定义为：VOR=n(Vout+Vf),VOR 的取值影响 MOSFET 与次级整流管的选取以及吸收回路的设计。5.2.2 变压器设计首先确定初级电感量，电感的大小与最小开关频率的确定有关，入电压最小且满载的时候，由公式推导有：最小开关频率发生在输_VPKMN1便幢5酎印祈帼戒|陆其中 Ko 定义为输入电压峰值与反射电压的比值，即般说来 Ko 越大 PF 值会越低，总的 THD 险越高。4P。nyc=nyc=-印令寸cih我那/幽期障祓虬确定初级电感量 LP 后，就该选择变压器磁芯了，可以参考公式根据选定的磁芯，确定初级最小绕线圈数AP=AK AW 选取，然后Npmin 来避免变压器饱和，参考公式：Np=(LF如旬W说疆钮登认4 i*w然后确定次级绕组匝数，初次级的匝比由VRO 夬定：V电.则版=匝VgpcfaMpcom电及救统艮J同理推导并根据规格书定义的Vcc 电压可以得出 Vcc 绕组的匝数，LD7830 的 Vcc 典型值设定在 16V。定义：LP:初级电感量NP:初级匝数IPKP:初级峰值电流BM:最大磁通饱和密度AE:磁芯截面积Po:输出功率5.2.3初级吸收回路设计当 MOSFE 正断时，由于变压器漏感的存在，在 MOSFET 勺漏端会出现一个电压尖峰，过大的电压加到 MOS的 D 极会引起 MO 濡穿，而且会对 EMI 造成影响，所以要增加吸收回路 来限制漏感尖峰电压。典型的RCDM 收回路如图三所示：V+R1SN，吸收回路二极管 D1 通常选择快恢复二极管，且导通时间也要求快，反向击穿电压要求 大于选择的 MOSFET 勺击穿电压 BVDSS 厂般在 65WO 下应用场合选用额定电流 1A 的快恢复 二极管作为吸收回路二极管。5.2.4 MOS 管的选取开关管 MOSFE大漏极电流 IDMAX大于开关管所流过的峰值电流一般应留至少 90%勺余量。IPKP 至少 1.5 倍,MOSFET 勺漏源击穿电压（参考图四）BVDSS 应大于最大输入电压，VOR及漏感引起的尖峰之 和，BVDSSx 0.9沱临3心招倍昴蚯更rJ*5.2.5 次级整流管的选取考虑一定的裕量，次级整流管D 最大反向电压 VRM!满足：-!厂因为反激式开关电源次级整流二极管只有在电源Toff 的时候才会导通，输出在导通时必须能够承受整个输出电流的容许值。输出二极管需要的最小正向导通峰值电流为：lfps=(2 lout)/(1-Dmax)Dma 划工作周期，如果设定Dma 划 0.5 贝 U Ifps4Iout5.2.6 输出电容的选取输出电容电压通常呈现两种纹波，一种是由高频输出电流引起，主要与输出电容的等效窜连电阻(ESR)大小有关，另外一种是低频纹波，为了获得较高的 PF 值，环路带宽通常较窄，因此输出不可避免地出现较大的两倍输入电压频率纹波，其值与电容大小有关，一般说来低频纹波满足要求时，高频纹波因为电容等效 ESR 够小，可以忽视。电容的容量可以参考各个 厂家的规格书(一般选用高频低阻型)选用，根据产品的实际工作温度，电压和考虑产品的 MTB 破取合适的电容系列型号。5.2.7 IC主要外围参数选取5.2.7.1最大导通时间典型参数选取R9elpcfoHtcomelpcfoHtcom电3 3甄统友图五Fine tuning Rco-VCOMPis 3.9*4.1V st full load mininnum input voltageconditionR R皿坐竺朋+即RZCD32KRZCDMax Ton(TypJ16nSSuggestion36K30K26K22K18K14K10KeiefAKcom史$五慷428KRZCD32K12.8pS24KRZCO28K107pS20KRZCD24K9.”S16KRZCD20K8.0pS12KRZCD16K7.1|iS8KRZCD12KRZCDSK64nS5.8pS15.2.7.2 Cs Pin参数选取RS0,5R1 与 C1 为用来滤除突波的滤波器R1:100?300?C1:100PF470PFOUT图六5.2.7.3 RZCD 参数选取kKPWVR1=01若负任茨波在规范内(-0.3V),NvccR8Start Turn-on SignalTinnerTinner图七0.25783佥七黑淄SZCD440pA6.1.电路:Vcs-OFF0.5V0.35ValjBcfans com$用 LD7830 和 LD8105 做的 24V 0.7A 的实际应用实例六、六、elefartSCOm电务兑图八6.2,实际测试相关参数:6.2.1 空载功耗在输入 AC264V为 0.29W,低于 0.3WVIN.AC VS.PF1.0110.990.980.970.960.960.940.930.920.910.990115VIN,AC(V)230764elcftms com*君戚花成图九6.2.2 效率和 PF 值曲线VIN,AC Efficiency(*MJuwjE山88,087.5S7.086.586.085.585.084.584.083,583.0901152307fl4VIN,AC(V)dtpcfans com t a s图十6.2.3 CV-CC 曲线以及说明Led 照明驱动电源必须以恒流 CC 模式和恒压 CV 模式来控制，由于 LED 的正向导通压降 会随着焊接面的温度升高而降低，导致 LED 的电流会增大，使温度升高，从而导致 LED 的寿命减少，甚至可能会造成产品的损害。所以参考图八电路，次级部分采用了 LD8105 来做 CV/CC 模式控制，LD8105 是一款高精度的 CV/CC 模式控制 IC,与其它同类 IC 比较具有电流检测电 压低，Vcc 输入电压比较宽，工作电流小等特点，从而可以提高整个系统的效率和应用范围。图 11本文的目的是为了进行类似电路设计的开发人员或者准备用类似线路做设计的人员提 供一个基本设计的参考资料，希望本文中一些经验能够帮到大家。