具有 TRIAC 亮度調節(jié)功能的 7W 單級 PFC LED 照明設計

　　摘要

　　本報告介紹了具有TRIAC亮度調節(jié)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(shù)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。

　　1、 引言

　　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(jié)單級功率因數(shù)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(jié)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(shù)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(xiàn)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(lián)LED。

　　2、 工作原理

　　2．1 功率因數(shù)校正單級反相轉換器

　　這種單級功率因數(shù)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(tǒng)的單級反相解決方案均采用轉換模式來按時調節(jié)常量，以實現(xiàn)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(jīng)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。

　　首先，輸入電壓可設置為：

　　那么，利用方程式2可計算出平均輸入電流。

　　通過方程式1和2，輸入功率計算如下：

?

　 ? ?在一次側，恒定功率方案為：

　　在方程式4中，K為常量，K的值取決于系統(tǒng)總功率。

　　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(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)的方案，一次側恒定功率單級方案擁有一定的優(yōu)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(yōu)于傳統(tǒng)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。

　　2.2 TPS92210控制器和系統(tǒng)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(xiàn)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(jù)輸入功率選擇A和C。

　　圖3為7W舉例計算以后的模擬結果。輸入電壓變高時Ton時間變小。與此同時，輸入功率必須保持恒定。

　　圖3 Ton時間vs Vin_rms和輸入功率 vs Vin_rms