高效单级变换式LED驱动电源设计方案

　　摘要：无论民用或商用领域，功率100 W 以下的交流电源都有着巨大的应用需求。由于要兼顾输入谐波电流、功率因数、系统能效等问题，采用临界模式（boundary mode）的AC/DC单级反激式的电源拓扑成为非常完美的小功率直流电源解决方案。它具有高的转换效率，在高端小电源供应器中的应用越来越广泛，特别是在LED照明驱动方面极具优势。文章主要阐释小功率（≤100 W）单级AC/DC转换器的原理，分析其正弦调制原理及获得高功率因数、高能效的原因，并探讨了转换器的功能和优点，最后设计了一个采用仙童FAN6961芯片控制的48 V输出75 W 的LED驱动电源，实验验证和批量生产证明本方案设计合理、产品性能稳定、可靠性好，能够有效提高能效、功率因数，避免建筑物内高次谐波电流造成的电源环境污染。

　　0 引 言

　　随着全球化石油燃料的日益耗尽，人们正在寻找新的替代能源，可再生能源如：风能、太阳能、生物能源等成为热点。由于可再生能源的开发存在诸多经济、技术风险等不确定因素，所以各国政府都在积极发展LED照明产业，大力推广LED路灯、隧道灯、球泡灯等照明产品的应用研究，倡导产品降低能耗、提高效率、促进节能技术创新等工作。基于LED发光器件的低压特性，LED照明的核心部件LED驱动电源的能效、功率因数、可靠性等性能成为LED光电照明产业能否健康发展亟待解决的关键技术问题。

　　中国的国家推荐性标准GB/T24825-2009“LED模块用直流或交流电子控制装置性能要求”中规定：达到能效1级的隔离输出式LED模块控制装置，电源效率应不小于88%（P》25 W ）；电源产品电磁干扰（EMI）性能应符合国家强制性标准GB17625.1-2003/IEC61000-3-2:2001“电磁兼容限值谐波电流发射限值”和GB17743-2007“电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法”的相关要求。美国能源之星照明灯具规范（ENERGY STAR？ Program RequirementsProduct Specification for Luminaires）中规定：商用照明灯具功率因数必须大于0.9.

　　LED光源与其它光源的主要区别在于LED光源需要一个驱动电源，驱动电源的性能直接关系到LED光源的性能。在全球提倡“节能减排”和“绿色电子”的大背景下，如何设计一种高功率因数、低谐波电流的高效LED驱动电源是当今广泛关注的热点问题。本文提出一种采用功率因数校正（PFC）电路，临界模式（boundary mode）的AC/DC单级反激式的电源供应器拓扑，通过正确设定相关参数，可在兼顾电源品质与成本的情况下，有效提高能效、避免建筑物内高次谐波电流造成的电源环境污染。

　　1 单级AC/DC拓扑结构及原理

　　AC/DC反激式变换器，是采用临界电流模式控制的Flyback变换电路，系统原理框图如图1.工作原理：开关管MOS驱动着反激式储能隔离变压器T，MOS导通时变压器T储能，关断时变压器T次级绕组通过续流二极管释放能量。控制MOS的导通、关断时间规律，可实现输入电流波形和输出直流电压或电流的稳定控制，以保障输入电流的正弦规律化和输出直流特性的稳定性。

　　图1 AC/DC反激式变换器原理图

　　电路拓扑如图2所示。

　　图2 电路拓扑图

　　图2中：Lm为变压器初级励磁电感，Lr为漏电感，初级电感LP=Lm+Lr，次级电感为LS。