教你設計LED照明用單級PFC高頻變壓器

PFC是當今電源設計當中運用的比較多的一種電源技術，PFC是功率因數矯正的縮寫，其最大的特點就是能夠最大程度上利用全部的電能。所以PFC經常被廣泛應用于大功率高效節能電子產品當中，這其中就包括LED照明電源。一般來說，民用照明PF值必需大于0.7，商業照明必需大于0.9。對于10~70W的LED驅動電源，一般采用單級PFC來設計。即節省空間又節約成本。接下來我們來探討一下單級PFC高頻變壓器設計。

以一個60W的實例來進行講解：

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，輸出帶準諧振，效率做到0.87應該沒有問題。

按功率來選擇磁芯，根據以下公式：

Po=100*Fs*Ve

Po：輸出功率;100：常數;Fs：開關頻率;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，這里由于是調頻方式工作。完全可以滿足需求。可以代入公式去看看實際需要的工作頻率為：51295Hz。第二步：計算初級電感量。

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(設計變壓器時稍微取得比總效率高一點)。

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：計算初級匝數NP：

查磁芯資料，PQ3230的AL值為：5140nH/N^2,在設計反激變壓器時，要留一定的氣息。選擇0.6倍的AL值比較合適。在這里AL我們取：

AL=2600nH/N^2

則： NP =(500/0.26)^0.5=44

第四步：次級匝數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

通過樣品的測試，實驗結果為：整機效率0.88，PF值：176V時0.989;220V時0.984;265V時0.975。變壓器溫升25K。在整個變壓器設計過程中。簡化了一些東西。比如二極管的壓降。對比一下，與一般反激式的變壓器有點一致。只是由于整流橋后沒有接大容量的電解電容。實際的直流最低電壓沒有1.414倍。

利用PFC的這種特性，我們就能都設計出環保節能的大功率節能設備，在LED照明已經成為趨勢的今天，掌握任何對LED設計相關的技術都是非常有必要的。所以希望大家能夠通過這篇文章來徹底掌握LED照明當中的高頻變壓器設計，從而豐富自己的技術閱歷。