具有高功率因数和超宽输出电压的LED驱动器

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。N_p,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：

       (3)

其中A_e为磁心横截面积（以 mm²为单位），而 B_sat为饱和通量密度（以特斯拉为单位）。

       (4)

根据等式(3)，初级到次级匝比由检测电阻和输出电流确定如下：

       (5)

       (6)

       (7)

由于饱和通量密度随着温度的升高而减小，如果变压器用于封闭外壳内，应考虑高温特性。

图 3. 实现较宽输出电压范围的 VS 电路

选择 R1 和 R2的第一个考虑因素是将 V_S设置为 2.7 V，以确保额定输出功率下能够以高频率运行。第二个考虑因素是 VS 消隐。输出电压由辅助绕组和连接到 VS 引脚的电阻分压器检测。然而，在不包含 DC 母线电容器的单级反激式转换器中，在低线路电压下由于较小的 Lm 电流会引起 VS 电压检测错误，辅助绕组电压无法箝位至反射的输出电压。在线路电压过零点，频率快速下降，可能导致 LED 灯闪烁。为了在整个正弦线路电压范围内维持恒定频率，VS 消隐会通过检测辅助绕组在低于特定线路电压 V_IN.bnk时禁用 VS 采样。第三个考虑因素是 VS 电平，应该介于 0.6 V 与 3 V 之间，以避免在宽输出应用中触发 SLP 和 VS OVP。

由于 FL7733 的 V_DD工作范围是 8.75 ~ 23 V，如果输出电压低于 VOUT-UVLO (8.75×N_S /N_A)，应该通过触发 UVLO 关断 MOSFET开关。因此，应该在较宽的输出电压范围内12 ~ 50不触发 UVLO，从而提供合理的 VDD。通过添加外部绕组 NE和包含电压调节器的 V_DD电路，可以提供VDD。N_E的设计应该确保以最低输出电压 (V_min.OUT) 提供 VDD时，不会触发 UVLO。外部绕组 N_E可通过下式确定：

       (9)

其中，V_CE.Q1是 Q1 的集电极-发射极饱和电压，V_F.D3是 D3 的正向电压，V_F.D1是最低输出电压下 D1的正向电压。

       (10)

其中，V_IN.bnk是实现 VS 消隐的线路电压电平，而I_VS.bnk是实现 VS 消隐的电流电平。

       (11)

2.2. 设计测试结果

为了展示本应用指南中所介绍设计步骤的有效性，构建并测试了设计示例中介绍的转换器。图 4显示在整个线路和输出电压范围内测得的 CC 容差。额定输出电压下通用线路上的 CC 低于 ±0.26 % 而整个线路和输出电压范围 (12 V ~ 51 V) 内的总 CC 调节是 ±1.23%。图 5和图 6 显示分别在各种负载条件下测得的 PF和 THD 性能。

图 4. 整个输入和输出电压范围内的 CC 性能

图 5. 根据负载条件变化的 PF 性能与输入电压

图 6. 根据负载条件变化的 THD 性能与输入电压

3. 结论

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。