摘要：剖析了单级反激高功率因数发光二极管(LED)照明驱动电源操控芯片MP4021的作业原理，经过与传统的L6562+恒流反应芯片计划进行比照可知，MP4021操控的LED驱动电源具有高功率因数和低本钱优势，并规划出一种依据MP4021的高功率因数LED驱动电源电路。具体介绍了芯片内部的功率因数校对(PFC)电路原理和首要的参数规划，并经过试验验证该电源电路能完成较高的功率因数，且能高效稳定地运转。
1 导言
近年来，跟着全球性的环境污染和动力缺少问题的日益突出，人类关于环保以及怎样充分利用动力的认识越来越强。LED以其高效节能、无汞毒害、寿命长、尺度小等长处推进照明范畴进入了一个新纪元。一起LED也因半导体工业的本钱下降而获益，使得LED驱动电路的研讨成为热门。MP4021是一款专门针对LED规划的电源驱动芯片，它集成PFC，与传统运用于PFC电路的操控芯片L6562比较，既能满意LED亮度调理的要求，又能完成PFC。
在此规划了一款依据MP4021芯片的LED驱动电源电路，该电源电路为单级PFC电路，相关于两级PFC电路，所用器材少，本钱低，损耗低，
尺度小，适用于中小功率LED照明，具有高性价比和高可靠性。经过试验证明依据MP4021芯片的LED驱动电源具有很高的实用性。
2 原理与规划
所规划的驱动电源电路首要分为电磁搅扰(EMI)滤波电路、PFC电路、DC/DC变换器3部分。电路中选用MP4021作为电源驱动芯片，运用反激变换器来完成DC/DC转化。该电路不仅可完成高功率因数，并且还能很好地将前级与后级阻隔，是一款功率较高的实用型电路。
2.1 电源驱动芯片介绍
现在商场上运用于PFC电路最遍及的芯片是L6562，许多工程师规划的驱动电源是结合L6562和Boost拓扑结构来完成PFC。而MP4021是一款专门针对LED驱动规划的芯片，集成PFC，只需简略的外围电路规划即可完成对输出电流的操控和高功率因数。L6562的引脚、运用电路的作业原理以及试验波形详见文献。
2.1.1 MP4021芯片阐明
MP4021专门针对LED而规划，集成PFC，功率因数很高。作业在临界导通形式，下降了开关管的开关损耗;省去光耦和相关电路，下降了本钱;选用共同的开关管操控技能，对开关管和快康复二极管的要求大大下降，与一些有必要挑选贵重开关管和二极管的计划比较，能进一步节约本钱;功率在80%以上、全电压输入，电流精度在1.5%内。MP4021选用SOIC8封装，芯片引脚有：引脚1为内部乘法器输入引脚MULT;引脚2为零电流检测引脚ZCD;引脚3为电源电压引脚VCC;引脚4为栅极驱动引脚GATE;引脚5为电流检测引脚CS;引脚6为接地引脚GND;引脚7为反应信号引脚FB，给该引脚悬空(NC)以完成初级操控;引脚8为环路补偿引脚COMP。
2.1.2 MP4021与L6562的比较
L6562是完成PFC的操控器，要想到达要求还需规划杂乱的外围电路，而MP4021是一款内置PFC的芯片。与L6562比较，MP4021可完成真实的电流操控，无需二次反应电路;功率因数不小于0.9，超过了通用输入电压;还可完成短路维护及过温维护。未来几年内，MP4021等单级高功率因数操控芯片必将会凭仗其共同优势占有LED驱动电源的商场，成为干流芯片。
2.2 功率因数校对电路
2.2.1 功率因数校对原理
传统电源电路是选用桥式整流和在整流桥后加一个大容量滤波电解电容组成的电容输入型电路，其功率因数较低，一般在0.55～0.65。因为桥式整流和电容滤波电路处理后的电流含有丰厚的谐波，导致电流波形严峻失真，如图1所示，线路功率因数严峻下降。为进步功率因数，下降电网谐波污染，进步电网运送才能，有必要选用PFC。
PFC实践上是对输入电流整形使其尽可能正弦化，一起改进电源体系的输入阻抗，使之尽量呈电阻性，到达基波电流与电压同频同相。
2.2.2 芯片内置功率因数校对原理
内置的PFC电路，使初级电感绕组作业在临界电流形式，图2为临界形式下的作业原理波形。
下面推导PFC的作业原理。开关管导通时，变压器初级线圈电感Lp上的压降等于整流后的输入电压Uin，即：
式中：△i为电感电流的改变值;Ton为开关管导通时刻。
由式(1)可得：
芯片引脚1对输入线电压进行采样，作为芯片内部乘法器的一个输入端，该引脚连接到从整流后线电压到地之间的电阻分压器的抽头，乘法器输出的信号将是一个与输入电压同频同相的正弦半波信号uref，该正弦信号为变压器初级峰值电流IL供给了参看信号。开关管的电流经过感测电阻器RCS，发生的电压uCS与uref比较以确认开关管的关断时刻。因为差错放大器的频带宽度获得较低，所以稳态时Ton坚持稳定。当外部开关管关断时，IL不能骤变，反激变换器将初级的能量向次级传递，存储在电感中的能量逼迫次级二极管导通，然后电感电流开端从峰值线性削减到零。因而，△i总是等于其峰值巨细ipk(t)，如图2所示。在临界电流形式时，开关管一个开关周期内，Ton和关断时刻Toff分别为：
式中：Ls为线圈次级电感，Ls=Lp/N2，N为变压器初、次级匝数比;Uo为输出电压。
因为电感电流与输入电流iin(t)相同，可得电感电流瞬时均匀值iav(t)与ipk(t)的关系为：
由式(4)可知iav(t)与ipk(t)成正比，由此完成IL的改变波形能很好地主动盯梢输入电压波形，到达PFC的意图。
2.3 依据MP4021的电源电路规划
2.3.1 电路规划原理
鉴于MP4021芯片的优胜功能，规划了一款依据MP4021的LED驱动电源电路，如图3所示。主电路在整流桥前端加一个电源滤波电路，以有用按捺来自电网的噪声，一起满意电源产品电磁兼容性的要求。接通电源后，来自电网的沟通电压经过滤波器然后进行全桥整流，整流输出的是正弦半波直流脉动电压，且电流波形中含有丰厚的谐波。所规划的驱动电源电路选用MP4021作为驱动电源芯片，与传统选用L6562+恒流芯片的计划比较具有体系本钱优势，外围电路也更简略。
开端，芯片引脚3经过发动电阻R1充电，当电压到达12 V时，逻辑操控电路作业且栅极驱动信号开端切换，然后正常作业时芯片由辅佐绕组持续供电。芯片引脚4输出PWM脉冲来操控MOSFET的通断。当MOSFET导通时，初级电感电流线性添加，流经RCS，经过引脚5与正弦参看电压进行比较，当uCS到达正弦幅值时，MOSFET关断。当MOSFET关断时，初级电感的极性就会翻转，初级贮存的能量经过次级绕组和二极管整流，并经滤波电容，然后为LED供电。
MP4021可操控来自初级的次级电流，经过采样电阻将初级的电流信号转化为电压信号，然后将其反应到芯片的内部，调整对MOSFET栅极的脉冲占空比来完成恒流操控。
2.3.2 首要参数规划
实践试验时，搭建了一款依据MP4021的8 WLED灯泡电源驱动器，输入电压规模：85～265 V，输出LED电压Uo=16 V，电流Io=0.5 A，功率Po=8 W。以下给出部分重要参数的核算和挑选办法。
①匝数比N、初级MOSFET和次级整流二极管的挑选：由典型初级MOSFET的漏源电压和次级整流二极管的电压波形可知，初级MOSFET漏源额外电压为：
依据式(5)和式(6)，挑选N=6，这样650 V或700 V的MOSFET和150 V或200 V的肖特基或快速康复二极管都可运用。
②变压器规划：在
时，电感电流作业频率为最小值，这儿设置最小频率fs_min=45 kHz，则有：
由此可得：Lp=2.2 mH，Ton_85V=9.86μs。
先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有用截面积AE的乘积AP，然后依据AP值，查表找出所需磁性材料的编号。
式中：Ipk_max为最大峰值电流;Ims_max为LP的最大有用电流;Bmax为答应的最大磁通密度;Ku为一个离线变压器绕组系数;Ki为电流密度系数。
参看制造商的数据表来挑选适宜的磁芯，这儿挑选EFD20型铁心，其参数为：AE=0.31 cm2，AW=0.507 cm2，AP=0.157 cm4;均匀每匝导线长度为5.3 cm;磁芯的相对磁导率μγ=2 400。
为了防止磁芯饱满，界说变压器初级绕组的最小匝数为：
由此得到Np=144，次级匝数Ns=Np/N=24。
3 定论
具体介绍了现在比较广泛选用的用于LED照明单级反激拓扑结构的高功率因数完成操控芯片MP4021，并与传统的操控芯片L6562进行了比照剖析，给出了运用MP4021在8 W LED照明的驱动电源规划实例。测验结果表明，整机功率到达0.83，功率因数值在180 V时为0.96，在220 V时为0.95，在240 V时为0.936。
