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基于TDA4863-2的单级PFC反激LED电源设计与仿真

导读: LED是一个非线性器件,正向电压的微小变化会引起电流的巨大变化;LED是一个半导体二极管,其伏安特性随温度变化而变化(-2mV/℃),假如温度升高,在恒压驱动下LED的电流会增加。长期超过额定电流工作,会大大缩短LED的使用寿命。

  OFweek电源网:LED是一个非线性器件,正向电压的微小变化会引起电流的巨大变化;LED是一个半导体二极管,其伏安特性随温度变化而变化(-2mV/℃),假如温度升高,在恒压驱动下LED的电流会增加。长期超过额定电流工作,会大大缩短LED的使用寿命。而LED恒流主要目的是当输入或输出电压变化时,确保其工作电流不变。为了保证LED产品的优势,针对不同功率段的LED电源,必须选择合适的拓扑结构使LED驱动电源达到高效率,高可靠性,满足安规,EMI相关标准及低成本要求。对于15W-90W中小功率LED驱动电源通常选用结构简单的反激式拓扑。根据EN61000-3-2的C类标准,所有照明产品必须达到其要求,使得单级PFC反激架构在LED照明市场得到了迅速发展,由于其功率转换效率高系统成本低,体积小在LED照明领域获得了广泛的应用。

  1工作原理分析与设计

  1.1TDA4863-2芯片简介

  TDA4863-2是英飞凌半导体公司(Infineon)推出的一款功率因数校正(PFC)控制器[1]。它工作于准谐振模式,功率因素可以达到接近1,启动电流小,内部集成图腾柱可以驱动大电流MOSFET。TDA4863-2嵌入了电流总谐波失真(THD)优化电路,在全电压输入条件下也可以有效控制AC输入电流的交越失真和误差放大器的输出纹波失真,从而提高功率因数,降低输入电流总谐波失真。该芯片主要应用于前级PFC校正电路,本文中将其应用于单级PFC反激架构。

  1.2基于TDA4863-2单级反激LED驱动电源设计与原理分析

  TDA4863-2的单级PFC反激电源原理图如图1所示,交流电压经过EMI和整流单元后流入电容C1,电容C1的容量可以选择很小的金属化薄膜电容,使得C1两端的电压100Hz/120Hz波形(取决于输入电压频率),该电压可近似表示为:

基于TDA4863-2的单级PFC反激LED电源设计与仿真

  其中θ=ωt,VPK为输入电压与2的平方根乘积。

基于TDA4863-2的单级PFC反激LED电源设计与仿真

  图1:临界模式单级PFC反激式电路结构图

  该电压经过R5,R6电阻分压后流入IC的MULT脚,该电压与COMP脚的信号的乘积为内部乘法器的输出信号Vref。乘法器输出的信号也是经增益系数变换后的全波整流正弦半波(误差信号),而且被用作输入电流的参考。

  在开关管导通时刻,初级绕组NP中的电感电流IPKP线性上升,CS引脚检测R19电阻电压,当R19两端电压Vs上升到Vs=Vref时,此时R19两端电压Vs=IPKP*R19,GD输出低电平信号,使开关管Q4关断,则

基于TDA4863-2的单级PFC反激LED电源设计与仿真

  在图2中的波形,Vref是乘法器输出信号,该信号被送到内部比较器同相输入端,负相输入端则连接到CS端,当GD输出高电压时,MOSFET导通,电感电流斜升,直到信号达到Vref的电平。在此点上,内部逻辑电路会改变状态并使GD输出低电平,断开MOSFET,电流斜降直到降为零。ZCD零电流检测电路则测量辅助绕组(Nb)两端的电压,当它的电压降到ZCD阈值1.5V时,在此刻,GD输出高电平信号,电流再次斜升。

  由图2可以看出,初级电感电流是三角波变化,峰值电流包络为正弦波,整流桥后的电流是整个开关周期的每个三角波的平均值,则其大小表示为[2]:

基于TDA4863-2的单级PFC反激LED电源设计与仿真

  设K=Vpk/VR,D为占空比,VR为反射电压=匝比(N)*(Vout+VF)

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