低成本、高PF、高亮度調節的LED驅動器設計

本文將為大家介紹一款可同時擁有小體積、低成本、高PF和高TRIAC亮度調節性能的LED。本設計采用帶有一次側恒定功率控制的單級功率因數校正(PFC)反相轉換器。它在沒有光耦合器的情況下，在單級反相拓撲中實現了一次側恒定功率控制。可在高壓和低壓下工作，并可提供350mA的恒定電流，以驅動6支串聯LED。

本文介紹了具有TRIAC亮度調節功能的7W AC/DC LED照明驅動器的參考設計。該解決方案采用具有一次側恒定功率控制的單級功率因數校正(PFC)反相拓撲。文章為您介紹功率轉換器的完整分析與設計。最后，我們還為您提供了基于7W應用獲得的實驗結果。對該設計進行簡單修改，便可適用于其他應用。

本PMP4304A參考設計是一款使用TI TPS92210 LED照明功率控制器的TRIAC亮度調節單級功率因數校正LED驅動器。本LED應用主要針對PAR燈泡更換，其擁有小體積、低成本、高PF和高TRIAC亮度調節性能。

該解決方案采用帶有一次側恒定功率控制的單級功率因數校正(PFC)反相轉換器。它在沒有光耦合器的情況下，在單級反相拓撲中實現了一次側恒定功率控制。這種驅動器可使用高線壓AC或者低線壓AC工作。輸出可提供350mA的恒定電流，以驅動6支串聯LED。

LED照明驅動器工作原理

功率因數校正單級反相轉換器

這種單級功率因數校正轉換器采用隔離式反相AC/DC拓撲，它把AC輸入線壓整流為輸入正弦電流的DC輸出。單級反相拓撲被廣泛用作隔離式LED解決方案，因為它擁有非常低的BOM成本和高效率。

圖1：單級反相轉換器

傳統的單級反相解決方案均采用轉換模式來按時調節常量，以實現PFC功能。但是，轉換模式的反相拓撲并非為自然PFC，因為占空比和頻率經常變化。因此，PF和THD在這種條件下的準確性并不高。

但是，一次側恒定功率單級反相是一種自然PFC

當Vin的RMS變化時，占空比反向變化。當Vin的RMS受限時，占空比不再變化。因此，當系統穩定時，占空時間和占空度恒定。

與此同時，為了保持恒定功率，系統保持在相同的開關頻率下。

由于Ton、L、f和Vin均為常量，因此輸入電流為方程式2的自然正弦。

另一方面，輸入功率也為方程式3的常量。

總之，我們可以看到，在這種應用中，相比傳統的方案，一次側恒定功率單級方案擁有一定的優勢。首先，一次側恒定功率方案是一種自然的PFC，其PF和THD均優于傳統方案。其次，顧名思義，一次側恒定功率方案僅受一次側控制。因此，可以把光耦合器排除在外，從而達到低成本BOM。

TPS92210控制器和系統運行

就TPS92210控制器而言，有一個OTM引腳，其可以通過連接它的電阻器來控制Ton時間;詳情如下：

為了實現一次側恒定功率控制，我們使用下列電路，如圖2所示。

圖2：一次側恒定功率控制的前饋電路

假設Vin_rms= x，Ton和Vin_rms之間的關系可計算如下：

該公式可簡寫為方程式7：

為了滿足一次側恒定功率控制的要求( Vrms *Ton= K)，選擇B=0。同時，可根據輸入功率選擇A和C。

7W離線恒定功率LED照明驅動器設計

設計規范

表1：電氣設計規范

原理圖

圖3：PMP4304A原理圖PCB布局

圖4：電路板組裝圖—層1

圖5：電路板組裝圖—層2

效率

圖6：效率與輸入電壓的關系

線壓調節

圖7：輸出電流與輸入電壓

功率因數

圖8：功率因數與輸入電壓的關系

TRIAC亮度調節性能

表2：不同亮度調節器導通角的輸出電流

圖9：輸出電流與亮度調節器導通角的關系

圖11:不同導通角的輸入電流與輸入電壓

結論

本文分析了一次側恒定功率控制單級反相LED驅動器，并介紹了使用基于TPS92210的一次側控制的優勢。同時，我們還實施了一款實際的7W設計。它體現了TPS92210解決方案的諸多好處，如小外形尺寸、低成本、高PF和高TRIAC亮度調節性能。