基于AP3766高功率因數(shù)非隔離的LED驅(qū)動(dòng)電路

引言

LED照明作為一種新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，正在不斷開(kāi)拓更廣泛的應(yīng)用。對(duì)于交流電源輸入應(yīng)用，目前通常使用基于反激式(flyback)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源。反激式(flyback)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源包括輸入整流濾波電路，開(kāi)關(guān)控制電路，隔離變壓器和副邊整流濾波電路。然而，反激式電源電路效率不高，并且，有些LED照明應(yīng)用不一定需要隔離，因此，開(kāi)發(fā)低成本高性?xún)r(jià)比的非隔離LED驅(qū)動(dòng)電路是十分必要的。

IEC國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)照明燈具提出了明確的諧波要求，即IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，最新的能源之星(EnergyStar)標(biāo)準(zhǔn)提出對(duì)于大于5W的LED照明產(chǎn)品，要求功率因數(shù)指標(biāo)，即PF，必須大于0.7。

本文提出了一種新的高功率因數(shù)非隔離LED驅(qū)動(dòng)電路，組合了逐流式功率因數(shù)校正電路和采用原邊控制的Buck-boost開(kāi)關(guān)電源電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)滿(mǎn)足LED驅(qū)動(dòng)電源的高功率因數(shù)，高效率，符合電磁兼容EMC標(biāo)準(zhǔn)，高電流控制精度，高可靠性、體積小、成本低等一系列要求。

AP3766簡(jiǎn)介

AP3766是BCD公司最新推出的LED專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)控制芯片，采用原邊調(diào)整控制(PSR)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的恒壓/恒流(CV/CC)輸出，省去了副邊光耦及恒壓恒流控制電路，也不需要環(huán)路補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn)了電路的穩(wěn)定控制，并且采用SOT-23-6小體積封裝，顯著縮小系統(tǒng)體積，降低了系統(tǒng)成本。AP3766具有"亞微安啟動(dòng)電流"專(zhuān)利技術(shù)，降低了系統(tǒng)功耗，提升了效率。能夠使得效率大于80%，空載功耗小于30mW。AP3766內(nèi)置外部元件溫度變化補(bǔ)償及恒流CC收緊技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直的CC特性，保證了量產(chǎn)情況下±5%的輸出恒流精度。同時(shí)，AP3766內(nèi)置軟啟動(dòng)，過(guò)壓保護(hù)，短路保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)可靠性。[!--empirenews.page--]

AP3766具有很強(qiáng)的系統(tǒng)適應(yīng)性，能夠搭配無(wú)源PFC逐流式電路，輸出圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路等外圍線路滿(mǎn)足高功率因數(shù)要求和更大功率輸出。因此，AP3766不僅可以應(yīng)用于GU10射燈,E27泡燈，也可以應(yīng)用于PAR燈，直管燈等。

圖1為AP3766的管腳圖。

圖1.AP3766的管腳圖

非隔離方案系統(tǒng)規(guī)格要求

LED的光效正在不斷向更高的指標(biāo)前進(jìn)，目前提高光效的一種措施是用多顆小電流的LED晶粒串聯(lián)組成高壓小電流的LED封裝結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)不僅提高了LED的光效，也有利于提升開(kāi)關(guān)電源的整體效率。然而，由于LED工作電壓比較高，傳統(tǒng)的隔離反激式開(kāi)關(guān)電源不再適用，因?yàn)橐_(dá)到很高的輸出電壓，反激式開(kāi)關(guān)電源的隔離變壓器輸出繞組需要比較多的匝數(shù)，變壓器體積將大大增加，原副邊之間的耦合將下降，電路效率也將下降。針對(duì)高壓小電流輸出和高效率的系統(tǒng)規(guī)格要求，本文提出一種全新的Buck-boost開(kāi)關(guān)電源電路，具有高功率因數(shù)，控制方式簡(jiǎn)單新穎，元器件數(shù)量少，體積小，性?xún)r(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。下文將詳細(xì)介紹一個(gè)輸出110V/60mA規(guī)格的高功率因數(shù)非隔離LED驅(qū)動(dòng)電源。[!--empirenews.page--]

電路原理圖

圖2.基于AP3766的高功率因數(shù)非隔離LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖

圖2中F1為保險(xiǎn)絲，VR1為防雷保護(hù)壓敏電阻，C1，L1,C2組成π型EMI濾波器。C3,C4,D2,D3,D4構(gòu)成一個(gè)逐流式電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能。逐流式電路提高整流電路功率因數(shù)的原理在于增大了整流電路的導(dǎo)通角，在輸入交流電壓大于峰值電壓一半時(shí)，整流橋BD1就能導(dǎo)通，避免了傳統(tǒng)不控整流電路只在交流電壓峰值附近才能瞬間導(dǎo)通導(dǎo)致大的電流尖峰和波形畸變問(wèn)題，從而降低了總諧波失真度，即THD。

經(jīng)過(guò)逐流式電路后，由L1,L2,Q1,D1,C9構(gòu)成的Buck-boost開(kāi)關(guān)電源電路完成升降壓和恒流輸出功能，控制芯片U1實(shí)現(xiàn)Buck-boost開(kāi)關(guān)電源電路的開(kāi)關(guān)控制功能。電感L1，L2，L3通過(guò)磁芯T1相互耦合。

采用原邊開(kāi)關(guān)控制方式的Buck-boost開(kāi)關(guān)電源電路工作原理是：設(shè)定在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，輸出二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)ons，關(guān)斷時(shí)間為T(mén)offs，輸出電流峰值為Ipk，耦合電感L1繞組匝數(shù)N1,耦合電感L2繞組匝數(shù)N2。控制芯片U1控制開(kāi)關(guān)占空比，保持輸出二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間Tons和關(guān)斷時(shí)間Toffs比例恒定，則一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，輸出電流的平均值為:[!--empirenews.page--]

圖3為Buck-boost開(kāi)關(guān)電源電路經(jīng)過(guò)二極管D1的電流波形

圖3二極管D1的電流波形

根據(jù)安培定理，輸出二極管D1剛導(dǎo)通時(shí)輸出電流峰值Ipks與開(kāi)關(guān)Q1電流峰值Ipk有如下關(guān)系：

因此，輸出電流的平均值為:

控制芯片U1通過(guò)檢測(cè)原邊開(kāi)關(guān)電流，控制原邊開(kāi)關(guān)電流峰值Ipk恒定，同時(shí)控制開(kāi)關(guān)占空比，保持輸出二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間Tons和關(guān)斷時(shí)間Toffs比例恒定，實(shí)現(xiàn)了輸出電流的恒定。

圖2中，電阻R1，R9為芯片U1的啟動(dòng)電阻，連接到芯片的VCC腳，在電路上電后提供芯片一定大小的啟動(dòng)電流。L3為輔助繞組，與D5,C7構(gòu)成芯片U1的供電回路。同時(shí)，L3輔助繞組電壓經(jīng)過(guò)電阻R6,R7分壓，連接到芯片的FB腳，作為輸出電壓的檢測(cè)和保護(hù)電路。R2為開(kāi)關(guān)Q1的電流檢測(cè)電阻，連接到芯片的CS腳，即U1的電流采樣腳。芯片U1的2腳GND連接到地電位，1腳為輸出驅(qū)動(dòng)腳，輸出一定脈寬的PWM信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)Q1的開(kāi)通和關(guān)斷。

圖2中變壓器T1采用EE16磁芯，有3個(gè)繞組，原邊繞組L1電感量1mH,L1，L2和L3匝比為100:100:28。電路設(shè)計(jì)工作頻率65KHz。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

基于以上電路設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試相關(guān)性能指標(biāo)結(jié)果如下：

傳導(dǎo)EMI測(cè)試結(jié)果如圖4所示：[!--empirenews.page--]

圖4傳導(dǎo)EMI測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明，在85V到265V寬輸入電壓范圍下，該電路功率因數(shù)PF約為0.8，效率大于85%，滿(mǎn)足EMI標(biāo)準(zhǔn)等LED驅(qū)動(dòng)電源各項(xiàng)規(guī)格要求。

結(jié)論：

本文提出一種基于AP3766的高功率因數(shù)非隔離LED驅(qū)動(dòng)電源方案，控制方式簡(jiǎn)單新穎，實(shí)現(xiàn)了全電壓范圍內(nèi)的高功率因數(shù)，高效率和恒流輸出，具有元器件數(shù)量少，體積小，性?xún)r(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)滿(mǎn)足LED驅(qū)動(dòng)電源的高功率因數(shù)，高效率，符合電磁兼容EMC標(biāo)準(zhǔn)，高電流控制精度，高可靠性、體積小、成本低等一系列要求。