教你設(shè)計(jì)LED照明用單級(jí)PFC高頻變壓器

PFC是當(dāng)今電源設(shè)計(jì)當(dāng)中運(yùn)用的比較多的一種電源技術(shù)，PFC是功率因數(shù)矯正的縮寫，其最大的特點(diǎn)就是能夠最大程度上利用全部的電能。所以PFC經(jīng)常被廣泛應(yīng)用于大功率高效節(jié)能電子產(chǎn)品當(dāng)中，這其中就包括LED照明電源。一般來(lái)說(shuō)，民用照明PF值必需大于0.7，商業(yè)照明必需大于0.9。對(duì)于10~70W的LED驅(qū)動(dòng)電源，一般采用單級(jí)PFC來(lái)設(shè)計(jì)。即節(jié)省空間又節(jié)約成本。接下來(lái)我們來(lái)探討一下單級(jí)PFC高頻變壓器設(shè)計(jì)。

以一個(gè)60W的實(shí)例來(lái)進(jìn)行講解：

輸入條件：

電壓范圍：176~265Vac 50/60Hz

PF>0.95

THD<25%

效率ef〉0.87

輸出條件：

輸出電壓：48V

輸出電流：1.28A

第一步：選擇ic 和磁芯：

Ic用士蘭的SA7527，輸出帶準(zhǔn)諧振，效率做到0.87應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。

按功率來(lái)選擇磁芯，根據(jù)以下公式：

Po=100*Fs*Ve

Po：輸出功率;100：常數(shù);Fs：開關(guān)頻率;Ve：磁芯體積。

在這里，Po=Vo*Io=48*1.28=61.44;工作頻率選擇：50000Hz;則：

Ve=Po/(100*50000)

=61.4/(100*50000)=12280 mmm

PQ3230的Ve值為：11970.00mmm，這里由于是調(diào)頻方式工作。完全可以滿足需求?？梢源牍饺タ纯磳?shí)際需要的工作頻率為：51295Hz。第二步：計(jì)算初級(jí)電感量。

最小直流輸入電壓：VDmin=176*1.414=249V。

最大直流輸入電壓：VDmax=265*1.414=375V。

最大輸入功率：Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W(設(shè)計(jì)變壓器時(shí)稍微取得比總效率高一點(diǎn))。

最大占空比的選擇: 寬電壓一般選擇小于0.5，窄電壓一般選擇在0.3左右。考慮到MOS管的耐壓，一般不要選擇大于0.5 ，220V供電時(shí)選擇0.3比較合適。在這里選擇：Dmax=0.327。

最大輸入電流: Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A

最大輸入峰值電流：Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55A

MOS管最大峰值電流：Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A

初級(jí)電感量：Lp= Dmax^2*Vin_min/(2*Iin_max*fs_min)*10^3

=0.327*0.327*176/(2*0.39*50000)*1000

=482.55 uH

取500uH。

第三步：計(jì)算初級(jí)匝數(shù)NP：

查磁芯資料，PQ3230的AL值為：5140nH/N^2,在設(shè)計(jì)反激變壓器時(shí)，要留一定的氣息。選擇0.6倍的AL值比較合適。在這里AL我們?nèi)。?/p>

AL=2600nH/N^2

則： NP =(500/0.26)^0.5=44

第四步：次級(jí)匝數(shù)NS：

VOR=VDmin*Dmax

=249*0.327=81.4

匝比n=VOR/Vo=81.4/48=1.696

NS=NP/n=44/1.686=26

第五步：計(jì)算輔助繞組NA

查看IC的datasheet，知道VCC為11.5~30V。在這選16V。NA=NS/(Vo*VCC)=26/(48/16)=8.67 取9。

總結(jié)

通過(guò)樣品的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：整機(jī)效率0.88，PF值：176V時(shí)0.989;220V時(shí)0.984;265V時(shí)0.975。變壓器溫升25K。在整個(gè)變壓器設(shè)計(jì)過(guò)程中。簡(jiǎn)化了一些東西。比如二極管的壓降。對(duì)比一下，與一般反激式的變壓器有點(diǎn)一致。只是由于整流橋后沒(méi)有接大容量的電解電容。實(shí)際的直流最低電壓沒(méi)有1.414倍。

利用PFC的這種特性，我們就能都設(shè)計(jì)出環(huán)保節(jié)能的大功率節(jié)能設(shè)備，在LED照明已經(jīng)成為趨勢(shì)的今天，掌握任何對(duì)LED設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)都是非常有必要的。所以希望大家能夠通過(guò)這篇文章來(lái)徹底掌握LED照明當(dāng)中的高頻變壓器設(shè)計(jì)，從而豐富自己的技術(shù)閱歷。