LED驱动电源单极PFC反激式开关电源的设计（一） 开关电源, 驱动电源

520503

因为环境能源要求，在越来越多的电子产品使用的电源要求越来越高，特别是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PFC+PWM的方式电路复杂，成本高昂，因此在小功率(65W左右)的应用场合一般会选用单极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，并成为目前的主流应用方案。
目前市面上的PFC有很多，下面以市面上得到广泛应用的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LED驱动芯片，它通过电压模式控制来稳定输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，且保持极低的总谐波失真。LD7830具备丰富的保护功能，如输出过压保护(OVP)，输出短路保护(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LED驱动电源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，OLP保护功能和软启动功能，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。
二、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过压保护
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


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，整流桥也是理想的，则整流后输入电压瞬时值Vin(t)可表示为：


其中VPK为交流输入电压峰值，VPK=√2×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LD7830误差放大器的输出VCOMP为一恒定值，则初级电感电流峰值瞬时值I PKP(t)为：


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MOSFET导通时，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θ=2×π×FL×t：


Ton为MOSFET导通时间，Lp为初级电感量，由上式可见，TON与相位无关。
假设变压器的效率为1且绕组间完全耦合，当MOSFET关断时，次级电感对输出电容充电和对负载放电，则：


其中，TOFF为MOSFET关断时间，I PKS(θ)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，TOFF随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TON固定，则电感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.


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, 最大交流输入电压Vinmax,交流输入电压频率FL,输出电压Vout,输出电流Iout,最大两倍频输出电压纹波ΔVo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η来计算系统最大输入功率;最大输入功率Pin可表示为：


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：