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具有TRIAC亮度调节功能的7W单级PFCLED照明设计

发布时间:2020-07-21 18:03:48 阅读: 来源:扭扭车厂家

摘要本报告介绍了具有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。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。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_rms3 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 规范项目

最小值

典型值

最大值

输入AC 电压

180Vac

220Aac

265Vac

输出电流容限

347mA

356mA

372mA

LED 数量

6

功率因数

0.975

0.944

0.902

无 TRIAC 调节的效率

80.90%

81.50%

81.20%

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23.4 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流图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。参考文献1、《TPS92210产品说明书》,LED照明功率控制器

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