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接口,总线,驱动相关技术文章基于PFC方案的LED驱动芯片设计

LED驱动电源目前正朝着高功率因数、高输出电流精度、高效率、高可靠性和低成本、小尺寸方向发展,因此,带PFC(功率因数校正)的原边电流反馈准谐振技术方案已渐渐成为市场主流。现有的照明用LED驱动电源目前标准仍有待统一,但PFC在全电压范围内做到0.95以上、输出电流精度做到±3%以内、效率做到90%以上、启动时间在0.5s以内、输出电压纹波小于5%等,已经成为一些业内领先的芯片供应商设置的技术竞争门槛。

要达到上述这些要求,市场必然要求有一款功能全面、性能优异的芯片,同时,这也对系统设计者提出了更高的要求。本文从芯片和系统两个层面,详细分析了影响上述性能的原因和提高各项性能的手段,并给出了实验波形和数据。无论对于LED驱动芯片设计者还是系统设计者而言,都具有一定的参考意义。

基本原理

LED驱动电源功率较小,器件的应力裕度较大,加之其对尺寸有严格要求,需采用尽可能小的原边电感量,因此,它一般采用DCM峰值电流控制PFC的方式。其原、副边的电流方程为:

基于PFC方案的LED驱动芯片设计

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跟随输入电压Vm做正弦变化,只要让ton在一个正弦半波时间内保持恒定就能做到。另一方面,如果采用乘法器方案,强制让IP跟随Vm变化,则ton必然在一个正弦半波周期内保持恒定。前者称之为固定导通时间PFC方案。其优点是可以节省Vins的采样电阻,节省芯片管脚,提高系统效率。但由于实现PFC是靠DCM和原边起始电流为0这两个先决条件保证的,所以在CCM或非准谐振模式工作的系统中应用受限。后者称之为乘法器PFC方案。其优点是不受工作模式及原边电流起始值的影响,只需考虑最后的电流峰值是否跟踪输入电压。这是一种更为直接的控制,能够得到更高的PF值。但这同时也增加了芯片设计者的设计难度,需要保证乘法器的宽广线性度和THD等指标,并且也增加了芯片面积。PT4209为了得到更好的系统性能,采用了乘法器PFC方案。