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显示光电相关技术文章基于双输出单级反激PFC变换器驱动高亮LED的设计

1 引言

如今,LED已经广泛应用于液晶背光、汽车、交通灯以及通用照明。根据IEC 61000-3-2 C 类法规,需要对大于25W的LED通用照明驱动器进行功率因数校正( Power Factor Correction,PFC) ,因此低成本的功率因数校正方案成为关注的研究课题。

AC /DC 变换器中常见的有源功率校正( Active PowerFactor Correction,APFC) 电路是两级PFC 电路,前一级电路用来进行功率因数校正,后一级电路用作DC /DC 变换器。由于存在两个级联功率级,这一类电路的尺寸和成本通常都比较高,因此,出现了另一类APFC 拓扑,这类拓扑把PFC 电路和DC /DC变换器集成在一起,它们共用一个有源功率开关,成为单级AC /DC 变换器,进而降低了成本,这种APFC 电路现在已经广泛应用于镇流器,充电器中。

将多路输出变换器作为LED驱动器,可实现用一个变换器满足多个不同等级的恒流输出需求,从而降低了驱动器的成本。而传统的多路输出变换器,如变压器耦合方式,加权反馈调节方式,虽可实现多路恒压输出,但不能实现多路恒流输出。基于此,本文提出了一类双输出单级反激PFC 拓扑。

此类拓扑在DCM下,即可实现各路独立调节的恒压输出,也可实现各路独立调节的恒流输出,并且实现了功率因数校正。为了避免变换器两路输出的交叉影响,应用时分复用方法实现了每一条输出支路电流的独立调节,从而可使每路分别驱动不同类型的LED,而且驱动器其中一路故障不会影响另一支路的正常输出,提高了驱动器的可靠性; 由于此方法只用到一个磁性元件即可实现两路恒流输出,整流桥后不需要大的高压储能电容,进而降低了驱动器的成本。变换器工作在DCM、定频、定占空比下,还可获得较高的功率因数。最后通过仿真与实验验证了本文研究结果的正确性与有效性。

2 独立调节双恒流输出反激拓扑

图1 为独立调节双路恒流输出单级反激PFC变换器的拓扑图及其开关时序。图1 (a) 为独立输出绕组型拓扑,两路输出分别由两个独立绕组提供。

图1( b) 为共用输出绕组型拓扑,两路输出由同一个绕组分时提供。无论是独立输出绕组型还是共用绕组型,若两个电路满足D1a + D2a 《 0. 5,并且D1b +D2b 《 0. 5,则可使两路工作在互补的相位Фa和Фb,通过时分复用信号TMS ( Time-Multiplexing Signal,TMS) 分别对两路进行复用控制。如图1 ( c) 所示,当Soa = 1,变换器对A 路输出进行调节,原边开关电流Ip在D1aT 阶段线性上升,在D2a T 续流阶段电流Isb线性下降,D3a T = ( 1 - D1a - D2a) T 时,电流Isb为零,此时,变换器处于DCM 工作模式; 当Sob = 1,变换器对B 路输出进行调节,若B 路工作时变换器也处于DCM 工作模式,就可实现两路无交叉影响控制。