LED驅(qū)動電源要求在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(tǒng)的PFC+PWM的方式電路復(fù)雜,,成本高昂,因此在小功率(65W左右)的應(yīng)用場合一般會選用單極PFC的方式應(yīng)用,,特別是在T5,T8等LED驅(qū)動電源得到廣泛的應(yīng)用,,并成為目前的主流應(yīng)用方案。目前市面上的PFC有很多,,下面以市面上得到廣泛應(yīng)用的LD7591及其升級版本LD7830,主要用LD7830來做說明介紹,。
一、介紹:
LD7830是一款具有功率因素校正功能的LED驅(qū)動芯片,,它通過電壓模式控制來穩(wěn)定輸出且實現(xiàn)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(nèi)應(yīng)用,且保持極低的總諧波失真,。LD7830具備豐富的保護(hù)功能,,如輸出過壓保護(hù)(OVP),輸出短路保護(hù)(SCP),,芯片內(nèi)置過溫保護(hù)(OTP),,Vcc過壓保護(hù),,開環(huán)保護(hù)等保護(hù)功能令LED驅(qū)動電源系統(tǒng)工作起來更加安全可靠。LD7830在LD7591的基礎(chǔ)上增加了高壓啟動,,OLP保護(hù)功能和軟啟動功能,,使系統(tǒng)的待機(jī)功耗更低至0.3W以下,同時短路保護(hù)更加可靠,。
二,、LD7830特點:
內(nèi)置500V高壓啟動電路
高PFC功能控制器
高效過渡模式控制
寬范圍UVLO(16V開,7.5V關(guān))
最大250KHZ工作頻率
內(nèi)置VCC過壓保護(hù)
內(nèi)置過載保護(hù)(OLP)功能
過電流保護(hù)(OCP)功能
500/-800mA驅(qū)動能力
內(nèi)置8ms軟啟動
內(nèi)置過溫保護(hù)(OTP)保護(hù)
三應(yīng)用范圍:
AC/DCLED照明驅(qū)動應(yīng)用
65W以下適配器
四,、典型應(yīng)用
圖一
五,、系統(tǒng)設(shè)計
LD7830的典型應(yīng)用為反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖一所示,。
5.1我們首先介紹LD7830的反激工作原理,,假設(shè)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,F(xiàn)L為交流輸入電壓頻率,。再假定在半個交流輸入電壓周期內(nèi)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(dāng)MOSFET導(dǎo)通時,,輸入電壓Vin(t)對電感充電,同時輸出電容對負(fù)載放電,,初級電感電流從零開始上升,,令θ=2×π×FL×t:
Ton為MOSFET導(dǎo)通時間,Lp為初級電感量,,由上式可見,,TON與相位無關(guān)。
假設(shè)變壓器的效率為1且繞組間完全耦合,,當(dāng)MOSFET關(guān)斷時,,次級電感對輸出電容充電和對負(fù)載放電,則:
其中,,TOFF為MOSFET關(guān)斷時間,,IPKS(θ)為次級峰值電流瞬時值,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隨輸入電壓瞬時值變化而變化,。
工作電流波形如圖二所示,可見,,在半個輸入電壓周期內(nèi),,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,,實現(xiàn)高功率因素PF.
圖二
5.2下面將針對反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹相關(guān)參數(shù)設(shè)計流程
5.2.1首先根據(jù)實際應(yīng)用確定規(guī)格目標(biāo)參數(shù),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(biāo)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)預(yù)設(shè)計,,先估計轉(zhuǎn)換效率η來計算系統(tǒng)最大輸入功率;最大輸入功率Pin可表示為:
再確定系統(tǒng)最小工作頻率,LD7830的開關(guān)頻率是個變化量,,表示為:
最小開關(guān)頻率Fsw-min出現(xiàn)在最小輸入電壓的正弦峰值處,。系統(tǒng)設(shè)計中,最小開關(guān)頻率Fsw-min一般設(shè)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(shè)計。
5.2.2變壓器設(shè)計
首先確定初級電感量,,電感的大小與最小開關(guān)頻率的確定有關(guān),,最小開關(guān)頻率發(fā)生在輸入電壓最小且滿載的時候,由公式推導(dǎo)有:
其中Ko定義為輸入電壓峰值與反射電壓的比值,,即
一般說來Ko越大PF值會越低,,總的THD%會越高。
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(jù)選定的磁芯,,確定初級最小繞線圈數(shù)Npmin來避免變壓器飽和,,參考公式:
然后確定次級繞組匝數(shù),初次級的匝比由VRO決定:
同理推導(dǎo)并根據(jù)規(guī)格書定義的Vcc電壓可以得出Vcc繞組的匝數(shù),,LD7830的Vcc典型值設(shè)定在16V,。
定義:
LP:初級電感量
NP:初級匝數(shù)
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(shè)計
當(dāng)MOSFET關(guān)斷時,由于變壓器漏感的存在,,在MOSFET的漏端會出現(xiàn)一個電壓尖峰,,過大的電壓加到MOS管的D極會引起MOS擊穿,而且會對EMI造成影響,,所以要增加吸收回路來限制漏感尖峰電壓,。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(dāng)MOSFET的漏端電壓大于吸收回路二極管D1陰極電壓時,二極管D1導(dǎo)通,吸收漏感的電流從而限制漏感尖峰電壓,。設(shè)計中,,緩沖電容C1兩端的電壓Vsn要設(shè)定得比反射電壓VRO高50--100V,如圖四所示,稱為漏感電壓ΔV,Vsn不能設(shè)計太低,,設(shè)計太低將增加RCD吸收回路功耗,。緩沖電容C1的設(shè)計根據(jù)能量平衡,
圖四
IPKPMAX為全電壓范圍內(nèi)IPKP的最大值,,緩沖電容C1SN要承受大電流尖峰,,要求其等效串聯(lián)電阻ESR很小,R1根據(jù)功耗選擇合適的W數(shù),,阻值一般在47K-120K之間
吸收回路二極管D1通常選擇快恢復(fù)二極管,,且導(dǎo)通時間也要求快,反向擊穿電壓要求大于選擇的MOSFET的擊穿電壓BVDSS,一般在65W以下應(yīng)用場合選用額定電流1A的快恢復(fù)二極管作為吸收回路二極管,。
5.2.4MOS管的選取
開關(guān)管MOSFET最大漏極電流IDMAX應(yīng)大于開關(guān)管所流過的峰值電流IPKP至少1.5倍,,MOSFET的漏源擊穿電壓(參考圖四)BVDSS應(yīng)大于最大輸入電壓,VOR以及漏感引起的尖峰之和,,一般應(yīng)留至少90%的余量,。
5.2.5次級整流管的選取
考慮一定的裕量,次級整流管D最大反向電壓VRM需滿足:
因為反激式開關(guān)電源次級整流二極管只有在電源Toff的時候才會導(dǎo)通,,輸出在導(dǎo)通時必須能夠承受整個輸出電流的容許值,。輸出二極管需要的最小正向?qū)ǚ逯惦娏鳛椋?/p>
Dmax為工作周期,如果設(shè)定Dmax為0.5則Ifps>4Iout
5.2.6輸出電容的選取
輸出電容電壓通常呈現(xiàn)兩種紋波,,一種是由高頻輸出電流引起,,主要與輸出電容的等效竄連電阻(ESR)大小有關(guān),另外一種是低頻紋波,,為了獲得較高的PF值,,環(huán)路帶寬通常較窄,因此輸出不可避免地出現(xiàn)較大的兩倍輸入電壓頻率紋波,,其值與電容大小有關(guān),,一般說來低頻紋波滿足要求時,高頻紋波因為電容等效ESR夠小,,可以忽視,。電容的容量可以參考各個廠家的規(guī)格書(一般選用高頻低阻型)選用,根據(jù)產(chǎn)品的實際工作溫度,,電壓和考慮產(chǎn)品的MTBF選取合適的電容系列型號,。
5.2.7IC主要外圍參數(shù)選取
5.2.7.1最大導(dǎo)通時間典型參數(shù)選取
圖五
5.2.7.2CsPin參數(shù)選取
R1與C1為用來濾除突波的濾波器
R1:100?~300?
C1:100PF~470PF
圖六
5.2.7.3RZCD參數(shù)選取
圖七
六、用LD7830和LD8105做的24V0.7A的實際應(yīng)用實例
6.1.電路:
圖八
6.2.實際測試相關(guān)參數(shù):
6.2.1空載功耗在輸入AC264V為0.29W,低于0.3W
圖九
6.2.2效率和PF值曲線
圖十
6.2.3CV-CC曲線以及說明
Led照明驅(qū)動電源必須以恒流CC模式和恒壓CV模式來控制,,由于LED的正向?qū)▔航禃S著焊接面的溫度升高而降低,,導(dǎo)致LED的電流會增大,,使溫度升高,從而導(dǎo)致LED的壽命減少,,甚至可能會造成產(chǎn)品的損害,。所以參考圖八電路,次級部分采用了LD8105來做CV/CC模式控制,,LD8105是一款高精度的CV/CC模式控制IC,與其它同類IC比較具有電流檢測電壓低,Vcc輸入電壓比較寬,,工作電流小等特點,,從而可以提高整個系統(tǒng)的效率和應(yīng)用范圍。
圖11
本文的目的是為了進(jìn)行類似電路設(shè)計的開發(fā)人員或者準(zhǔn)備用類似線路做設(shè)計的人員提供一個基本設(shè)計的參考資料,,希望本文中一些經(jīng)驗?zāi)軌驇偷酱蠹摇?/p>