LED驅(qū)動(dòng)電源單極PFC反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)（一）

因?yàn)榄h(huán)境能源要求，在越來越多的電子產(chǎn)品使用的電源要求越來越高，特別是LED驅(qū)動(dòng)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?yàn)橛钟畜w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(huì)選用單極PFC的方式應(yīng)用，特別是在T5,T8等LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片，它通過電壓模式控制來穩(wěn)定輸出且實(shí)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(dòng)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(dòng)，OLP保護(hù)功能和軟啟動(dòng)功能，使系統(tǒng)的待機(jī)功耗更低至0.3W以下，同時(shí)短路保護(hù)更加可靠。

二、LD7830特點(diǎn)：

內(nèi)置500V高壓啟動(dòng)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(dòng)能力

內(nèi)置8ms軟啟動(dòng)

內(nèi)置過溫保護(hù)(OTP)保護(hù)

三應(yīng)用范圍：

AC/DC LED照明驅(qū)動(dòng)應(yīng)用

65W以下適配器

四、典型應(yīng)用

圖一

五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(shí)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(gè)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(shí)值I PKP(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(shí)，輸入電壓Vin(t)對電感充電，同時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)間，I PKS(θ)為次級峰值電流瞬時(shí)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(shí)值變化而變化。

工作電流波形如圖二所示，可見，在半個(gè)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(shí)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(jì)流程

5.2.1首先根據(jù)實(shí)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(jì)，先估計(jì)轉(zhuǎn)換效率η來計(jì)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(gè)變化量，表示為：