具有高功率因数和超宽输出电压的LED驱动器

简介：为了针对各种LED灯规范和LED特性提高灵活性和兼容性，本文介绍了覆盖较宽输出电压范围的LED驱动器。Fairchild的PSR控制器FL7733提供出色的高PF和低THD性能，并在非常宽的输出电压范围内提供恒流调节。此外，本文中设计的LED驱动器可用于具有简单设计和较低成本的各种LED照明灯具。

由于LED灯广泛用于各种应用，它们的形状和大小也多种多样，以适合具体的灯具。另外，LED 驱动器的设计也应该合理，以便适应各种类型的 LED 以及定制化规格。正因如此，LED 电压可能会根据 LED 串联数量或温度在较大范围内变化。但是，不管何种设计，LED 电流都应该保持恒定，因为总流明与电流成正比。同时，高功率因数 (PF) 和低总谐波失真 (THD) 成为 LED 驱动器的关键设计要求。因此，适合较宽输出电压范围的驱动器有助于增加灵活性，以及兼容各种 LED 的特性。本文介绍了一款集成有先进初级端调节 (PSR) 技术的PWM控制器，并提供了适用于较宽输出电压范围的单级反激式转换器设计指南。

1. 初级端调节控制器及其运行模式

LED 驱动器的初级端调节 (PSR) 解决方案使得固态照明 (SSL) 产品符合国际法规(比如 Energy Star)。PSR 仅仅根据电源初级端的信息，精确控制输出电流，不仅消除了输出电流感测损耗，而且无需次级反馈电路。因此，允许在小尺寸改型灯具中使用驱动器电路以及满足国际法规，而不会过多增加 SSL 应用的成本。Fairchild 的 FL7733脉宽调制(PWM) PSR 控制器有助于简化设计从而满足 SSL 要求，同时无需使用外部元件。FL7733 提供高精度输出电流调节，以应对变压器磁化电感、输入和输出电压信息的改变，并提供强大的保护功能实现系统可靠性。

图 1. 初级端调节反激式转换器和关键波形

模式 I

在 MOSFET 导通期间 (tON)，输入电压 (VIN) 施加在变压器的初级端电感 (Lm) 上。然后，MOSFET 的漏电流 (IDS) 从零线性增加至峰值 (IDS.PK)，如图 1所示。在此期间，电能从输入获取并存储在电感中。

模式 II

MOSFET (Q) 关断时，变压器中存储的电能迫使整流二极管(D) 导通。当二极管导通时，输出电压 (VOUT) 和二极管正向压降 (VF)施加到变压器次级端电感，二极管电流 (ID) 从峰值 (IDS.PK·NP/NS) 线性减小至零。在电感电流放电时间 (tDIS) 结束时，变压器中存储的所有能量都被传输至输出。

模式 III

当二极管电流达到零时，变压器辅助绕组电压开始因初级端电感 (Lm)与 MOSFET (Q) 上加载的有效电容之间的谐振而振荡。

输出电流可以通过峰值漏电流和电感电流放电时间估计，因为输出电流与稳态下的二极管电流平均值相同。漏电流峰值由 CS 峰值电压检测器确定，而电感电流放电时间由 tDIS检测器检测。根据峰值漏电流、电感电流放电时间和工作开关周期信息，创新型 TRUECURRENT 计算模块可估算输出电流如下：

(1)

(2)

图 2. DCM 控制

应该保证 DCM，以实现反激式拓扑中的高功率因数。为了在较宽的输出电压范围内维持 DCM，在线性频率控制中由输出电压线性调节开关频率。输出电压由辅助绕组和连接至 VS 引脚的电阻分压器检测，如图 2所示。当输出电压降低时，次级二极管导通时间增加，DCM 控制会延长开关周期，从而在较宽的输出电压范围内保持 DCM 运行。

2. 具有较宽输出电压范围的 LED 驱动器

2.2. 系统设计

本小节介绍基于FL7733的单级反激式 LED 驱动器的设计步骤。选择了50 W 离线 LED 驱动器作为设计示例。设计指标如下：

● 输入电压范围： 90 ~ 277 VAC、 50 ~ 60 Hz

● 标称输出电压和电流： 50 V/1.0 A

● 工作输出电压： 12 V ~ 50 V

● 最低频率： 88%

● 工作开关频率： 65 kHz

● 最大占空比： 40%

初级匝数由法拉第定律确定。Np,min是由初级绕组两端的最小线路输入电压峰值和最大导通时间固定。可避免磁芯饱和的变压器初级端最小匝数可由下式给出：