实例分析：低成本、高PF、高亮度调节的LED驱动器设计方案

内容简介

本方案采用带有一次侧恒定功率控制的单级功率因数校正（PFC）反相转换器。它在没有光耦合器的情况下，在单级反相拓扑中实现了一次侧恒定功率控制。可在高压和低压下工作，并可提供350mA的恒定电流，以驱动6支串联LED。

本PMP4304A参考设计是一款使用TI TPS92210 LED照明功率控制器的TRIAC亮度调节单级功率因数校正LED驱动器。

最后介绍了一款具有TRIAC亮度调节功能的7W AC/DC LED照明驱动器的参考设计方案。该解决方案采用具有一次侧恒定功率控制的单级功率因数校正（PFC）反相拓扑。文章为您介绍功率转换器的完整分析与设计。最后，我们还为您提供了基于7W应用获得的实验结果。对该设计进行简单修改，便可适用于其他应用。

LED照明驱动器工作原理

功率因数校正单级反相转换器

这种单级功率因数校正转换器采用隔离式反相AC/DC拓扑，它把AC输入线压整流为输入正弦电流的DC输出。单级反相拓扑被广泛用作隔离式LED解决方案，因为它拥有非常低的BOM成本和高效率。


传统的单级反相解决方案均采用转换模式来按时调节常量，以实现PFC功能。但是，转换模式的反相拓扑并非为自然PFC，因为占空比和频率经常变化。因此，PF和THD在这种条件下的准确性并不高。

但是，一次侧恒定功率单级反相是一种自然PFC


当Vin的RMS变化时，占空比反向变化。当Vin的RMS受限时，占空比不再变化。因此，当系统稳定时，占空时间和占空度恒定。

与此同时，为了保持恒定功率，系统保持在相同的开关频率下。

由于Ton、L、f和Vin均为常量，因此输入电流为方程式2的自然正弦。

另一方面，输入功率也为方程式3的常量。

总之，我们可以看到，在这种应用中，相比传统的方案，一次侧恒定功率单级方案拥有一定的优势。首先，一次侧恒定功率方案是一种自然的PFC，其PF和THD均优于传统方案。其次，顾名思义，一次侧恒定功率方案仅受一次侧控制。因此，可以把光耦合器排除在外，从而达到低成本BOM。

TPS92210控制器和系统运行

就TPS92210控制器而言，有一个OTM引脚，其可以通过连接它的电阻器来控制Ton时间；详情如下：


为了实现一次侧恒定功率控制，我们使用下列电路，如图2所示。



假设Vin_rms= x，Ton和Vin_rms之间的关系可计算如下：


该公式可简写为方程式7：


为了满足一次侧恒定功率控制的要求( Vrms *Ton= K)，选择B=0。同时，可根据输入功率选择A和C。

7W离线恒定功率LED照明驱动器设计

设计规范

原理图



PCB布局



效率


线压调节



功率因数


TRIAC亮度调节性能



结论

本文分析了一次侧恒定功率控制单级反相LED驱动器，并介绍了使用基于TPS92210的一次侧控制的优势。同时，我们还实施了一款实际的7W设计。它体现了TPS92210解决方案的诸多好处，如小外形尺寸、低成本、高PF和高TRIAC亮度调节性能。

扩展阅读：

安森美中高功率照明LED驱动器解决方案
TI三大高效率LED驱动器方案精选
用于RGB照明的四路LED驱动器驱动解决方案