LED驱动电源现在正朝着高功率因数、高输出电流精度、高功率、高可靠性和低成本、小尺度方向开展，因而，带PFC(功率因数校对)的原边电流反应 准谐振技能计划已逐渐成为商场干流。现有的照明用LED驱动电源现在规范仍有待一致，但PFC在全电压规模内做到0.95以上、输出电流精度做到±3%以 内、功率做到90%以上、发动时刻在0.5s以内、输出电压纹波小于5%等，现已成为一些业界抢先的芯片供货商设置的技能竞赛门槛。
要到达 上述这些要求，商场必定要求有一款功用全面、功用优异的芯片，一同，这也对体系规划者提出了更高的要求。本文从芯片和体系两个层面，具体剖析了影响上述性 能的原因和进步各项功用的手法，并给出了实验波形和数据。不管关于LED驱动芯片规划者仍是体系规划者而言，都具有必定的参阅含义。
基本原理
LED驱动电源功率较小，器材的应力裕度较大，加之其对尺度有严格要求，需选用尽或许小的原边电感量，因而，它一般选用DCM峰值电流操控PFC的办法。其原、副边的电流方程为：
式中：n=Np/ Ns为原副边匝比；IP为原边峰值电流。
由 公式(1)可知，要使输入电流峰值IP跟从输入电压Vm做正弦改变，只要让ton在一个正弦半波时刻内坚持稳定就能做到。另一方面，假如选用乘法器计划， 强制让IP跟从Vm改变，则ton必定在一个正弦半波周期内坚持稳定。前者称之为固定导通时刻PFC计划。其长处是能够节约Vins的采样电阻，节约芯片 管脚，进步体系功率。但由于完成PFC是靠DCM和原边开始电流为0这两个先决条件确保的，所以在CCM或非准谐振形式作业的体系中使用受限。后者称之为 乘法器PFC计划。其长处是不受作业形式及原边电流开始值的影响，只需考虑终究的电流峰值是否盯梢输入电压。这是一种更为直接的操控，能够得到更高的PF 值。但这一同也添加了芯片规划者的规划难度，需求确保乘法器的广大线性度和THD等目标，而且也添加了芯片面积。PT4209为了得到更好的体系功用，采 用了乘法器PFC计划。
表2：PF值。
为 了节约副边反应网络和光耦等元件，在小功率使用场合，一般电路选用PSR(原边反应)操控办法。该法适用于对输出精度、输入调整率、负载调整率要求不高， 负载不会忽然改变的场合，而且该法在输入骤变时也加快了体系的维护。LED驱动电源正好满意上面的使用条件。其副边电流反应公式为：
表1：输入电压调整率及负载调整率。
芯 片采样Vcs和tdis/T两个信号，再将两个信号相乘和Vref相比较；两者的差值经过一个跨导放大器(gm)和Ccomp电容滤波，再将滤波的成果和 Vin的采样成果Vins一同送入到乘法器相乘；乘法器输出即为Vcs的给定信号，芯片以此来操控开关管的关断。其芯片内部的逻辑框图如图1所示。
图1：PT4209内部的逻辑框图。
在开关管关断后，为了最大极限减小开关损耗，期望在Vds最小时翻开开关管。这就要求芯片有谷底检测的功用，即所谓的准谐振操控。其谐振周期由变压器原边电感Lp与MOS管输出电容Cd (或称Coss)一起决议，公式为：
体系参数及原理图
PT4209 的功率使用规模为5W~30W。以一款使用于PAR38灯具的16W驱动电源为例，体系的功用参数如下：输入电压85V~264V；输出电压 3.2V*16=51.2V(16个LED串联)；输出电流320mA；变压器骨架挑选PQ2016，原边电感量选0.65mH，确保在264V高压输入 下，最高开关频率小于150kHz。体系原理图如图2所示。
图2：16W PAR38灯具电路原理图。
PF值的影响要素及进步手法
体系PF值的凹凸，主要与输入电流和输入电压的相角差和输入电流的THD两个要素有关。核算公式为：
其间：V1、I1为基波有效值；Vin、Iin为总的有效值。
其间：Ik为k次谐波的有效值。
故
首要，芯片操控的是输入峰值电流的正弦化，而PF核算的是均匀电流的正弦化，这儿相差一个占空比D。公式为：
其间：ton、Lp、Vr在一个周期内稳定，所以
，并不是一个正弦，而是一个削顶的准正弦波形。这势必会影响一些PF值，这也便是峰值电流操控的芯片PF值一直不能到达1的根本原因。
接 下来，由上面的逻辑框图可知，要确保乘法器的输出是一个杰出的正弦波形，这个和三个要素有关：第一是Vcomp电容要满足大，才干滤去100Hz的工频纹 波。但该电容也不能挑选过大，不然会使得上电后抽取过多Vcs电容的能量而导致UVLO呈现。挑选过小，则会呈现输入电流波形向前偏的现象，且该现象由于 输入电压的升高而日趋严重。由于Vcomp上纹波巨细不变，但稳态值变小，相应纹波所占份额越大。第二是整流桥后端电容Cin要满足小，才干确保杰出的正 弦波形。此外，电容过大的话，电容上的充放电电流会和原边电流叠加，也会使得输入电流向前偏。但Cin也不能太小，不然会使得输入电压的开关纹波变大。极 端情况下，仅靠Cin已不足以保持一个开关周期的注册，而前端又有电感使得电流不能骤变，然后导致输入电流波形紊乱。一同，过小的Cin也不利于对差模干 扰的按捺。第三，乘法器要求有广大的线性度。
上面处理的是cos?，而没有考虑THD的影响。首要，乘法器要有杰出的THD；再次，开关频率要尽或许举高来下降输入电流纹波；终究，在电源进线端要挑选电感匹配，这样才干做到高的PF值。
恒流精度的影响要素和进步手法
根 据公式(3)，恒流精度受两个要素影响：一是每个周期Vcs的峰值检测。由于芯片内部比较器的延时等要素，实在检测到终究的峰值难度很大(往往检测值都要 小于实在的峰值)。这也是影响体系线调整率的主要要素。二是tdis/T的检测，其要害又在于tdis的检测。tdis的检测一个是开始点的确认，一个是 完毕点的确认。
PT4209中以DET脚超越1.25V为开始点的开始点。这个点和实践的实在开始点略有超前(相当于加进去一个 tdis的小量)，正好补偿由于Vcs的峰值检测漏掉的一点峰值。此外，这个上升时刻量和Vin+ Vr/sub>巨细成正比，所以就算对线调整率有影响也非常有限。另一端，怎么判别tdis时刻的完毕，不管关于PSR恒压仍是恒流，都是至关重要 的一环。由于实在检测到该点有必定难度，市面上一般的芯片都只是简略地采纳判别DET脚过零来近似认为是tdis的完毕。好一点的芯片会在内部减去一个预 先设定好的时刻，但一旦体系挑选不一样的参数，则补偿的成果不是偏大便是偏小。有些还需求在MOS管DS两头挂电容或在DET脚对地挂电容来进行补偿。
PT4209选用了先进的自适应判别办法。在输出二极管关断后，芯片内部记载振动周期，并将其补回到下一个周期的tdis的核算中。这样做不只能够确保精确的采到tdis，体系不需求添加任何元件，也使得芯片对不同体系的适应性更强。
此外，关于PCB的走线，Rcs的地要和芯片地接在同一点；整流桥后端电容、变压器原边、MOS管和Rcs四个元件组成的回路要尽或许小；芯片DRV脚、Rdrv和MOS管G极组成的驱动回路也要尽或许短。这样才干确保Vcs的峰值检测尽或许精确。
体系功率和发动时刻的影响要素和进步手法
前文现已说到，PT4209选用准谐振注册的办法，在低压乃至零压时注册MOS管，极大下降了开关管的注册损耗。实践参数规划时，在确保MOS耐压安全的前提下，能够尽量进步反射电压Vr的值，进一步下降高压输入时的开关损耗。恰当添加RCD snubber(电压关断型缓冲器)电路的Vclamp值，减小Rdrv值，也能加快开关速度，下降开关损耗。但该法会恶化体系EMI功用，需求折中考虑。
另 外，由于PT4209这类芯片拓扑结构的固有特色，原边需求进行PFC。输入电容较小，按捺输入沟通纹波的使命落在了输出电容之上，加之关于输出电压纹波 有小于5%(一级规范)的要求，输出电容会挑选的较大。这样要使上电后不呈现UVLO，Vcc%&&&&&%也要恰当加大，而Rst电阻由于功率问题一般要选1M以 上，愈加减慢了上电时刻。PT4209学习了开关电源中常用的加快发动的办法，上电后强制拉高Vcomp值，发动时原边以OCP办法作业。然后,再经过闭 环操控将Vcomp值降到正常值。经过此办法,能够使得体系在全电压输入规模内,将发动时刻操控在0.5s以内。这样做在一些特定的体系中，或许会形成 LED发动过流的现象，但由于人眼的视觉暂留，一般很难被人眼所发觉。一同，体系也能够经过减小Ccomp、增大Vins采样分压变比 、增大Cout、下降Vr或将DET脚1.25V时对应的Vout举高级多种手法，防止过冲的产生。
体系测验波形和实验数据
系 统测验波形和实验数据如图3所示。实测LED发动时刻小于0.5s，功率高于90%。别的，PT4209还具有PWM调光、模仿调光两个调光功用，调光信 号从DIM脚输入，能够轻松做到1%以下的调光精度，整个调光进程线性度也非常好。假如用户需求带可控硅调光的功用，在PT4209的基础上，华润矽威公 司又同步推出了带可控硅调光的芯片PT4208。该芯片所需外围元件较少，实在做到了无闪耀TRIAC调光。上述两款芯片的具体体系规划进程和测验数据可 以参阅PT4209、PT4208的芯片手册和使用阐明。
图3：体系测验波形和实验数据。
本文小结
本文具体剖析了带PFC的原边反应准谐振芯片PT4209体系规划中的若干难 点，并关于怎么进步体系PF值、输出电流精度及体系功率，做了具体的理论剖析和实验验证。从实验成果能够看出，选用PT4209芯片的LED驱动体系具有 高功率因数(>0.95)、高恒流精度(±3%)、高功率(>90%)和快速发动(0.5s)等许多长处。该芯片是一款非常 优异的LED恒流驱动芯片。
