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TRIAC调光的7W单级PFC LED照明方案

高工
2014-10-18 20:10:19    评分

本文介绍了具有TRIAC亮度调节功能的7W AC/DC LED照明驱动器的参考设计。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。

  1、 引言

  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。本LED应用主要针对PAR灯泡更换,其拥有小体积、低成本、高PF和高TRIAC亮度调节性能。

  该解决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。这种驱动器可使用高线压AC或者低线压AC工作。输出可提供350mA的恒定电流,以驱动6支串联LED.

  2、 工作原理

  2.1 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。

  图1 单级反相转换器

  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.

  首先,输入电压可设置为:

  那么,利用方程式2可计算出平均输入电流。

  通过方程式1和2,输入功率计算如下:

  在一次侧,恒定功率方案为:

  在方程式4中,K为常量,K的值取决于系统总功率。

  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.

  2.2 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。

  图2 一次侧恒定功率控制的前馈电路

  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.

  图3为7W举例计算以后的模拟结果。输入电压变高时Ton时间变小。与此同时,输入功率必须保持恒定。

  图3 Ton时间vs Vin_rms和输入功率 vs Vin_rms

  3 7W离线恒定功率LED照明驱动器设计

  3.1 设计规范

  表1 电气设计规范

  3.2 原理图

  图4 PMP4304A原理图

  3.3 PCB布局

  图5 电路板组装图-层1

  图6 电路板组装图-层2

  3.4 效率

 

  图 7 效率与输入电压的关系

  3.5 线压调节

  图 8 输出电流与输入电压

  3.6 功率因数

  图 9 功率因数与输入电压的关系

  3.7 TRIAC亮度调节性能

 

  表2 不同亮度调节器导通角的输出电

  图10 输出电流与亮度调节器导通角的关系

 

  图 11 不同导通角的输入电流与输入电压

  4 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。




关键词: 一次     调光     TRIAC     照明     功率     反相     输入         

菜鸟
2015-04-12 12:04:58    评分
2楼
好资料

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