基于AP3766高功率因數(shù)非隔離的LED驅(qū)動電路

引言

LED照明作為一種新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，正在不斷開拓更廣泛的應用。對于交流電源輸入應用，目前通常使用基于反激式(flyback)拓撲結(jié)構(gòu)開關(guān)電源。反激式(flyback)拓撲結(jié)構(gòu)開關(guān)電源包括輸入整流濾波電路，開關(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照明應用不一定需要隔離，因此，開發(fā)低成本高性價比的非隔離LED驅(qū)動電路是十分必要的。

IEC國際電工委員會對照明燈具提出了明確的諧波要求，即IEC61000-3-2標準。同時，最新的能源之星(EnergyStar)標準提出對于大于5W的LED照明產(chǎn)品，要求功率因數(shù)指標，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開關(guān)電源電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，同時滿足LED驅(qū)動電源的高功率因數(shù)，高效率，符合電磁兼容EMC標準，高電流控制精度，高可靠性、體積小、成本低等一系列要求。

AP3766簡介

AP3766是BCD公司最新推出的LED專用驅(qū)動控制芯片，采用原邊調(diào)整控制(PSR)技術(shù)實現(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)路補償電路實現(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"亞微安啟動電流"專利技術(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償及恒流CC收緊技術(shù)實現(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，AP3766內(nèi)置軟啟動，過壓保護，短路保護功能，提高了系統(tǒng)可靠性。[!--empirenews.page--]

AP3766具有很強的系統(tǒng)適應性，能夠搭配無源PFC逐流式電路，輸出圖騰柱驅(qū)動電路等外圍線路滿足高功率因數(shù)要求和更大功率輸出。因此，AP3766不僅可以應用于GU10射燈,E27泡燈，也可以應用于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前進，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)的隔離反激式開關(guān)電源不再適用，因為要達到很高的輸出電壓，反激式開關(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開關(guān)電源電路，具有高功率因數(shù)，控制方式簡單新穎，元器件數(shù)量少，體積小，性價比高的優(yōu)點。下文將詳細介紹一個輸出110V/60mA規(guī)格的高功率因數(shù)非隔離LED驅(qū)動電源。[!--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)動電路原理圖

圖2中F1為保險絲，VR1為防雷保護壓敏電阻，C1，L1,C2組成π型EMI濾波器。C3,C4,D2,D3,D4構(gòu)成一個逐流式電路實現(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通角，在輸入交流電壓大于峰值電壓一半時，整流橋BD1就能導通，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通導致大的電流尖峰和波形畸變問題，從而降低了總諧波失真度，即THD。

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

采用原邊開關(guān)控制方式的Buck-boost開關(guān)電源電路工作原理是：設定在一個開關(guān)周期內(nèi)，輸出二極管D1的導通時間為Tons，關(guān)斷時間為Toffs，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?？刂菩酒琔1控制開關(guān)占空比，保持輸出二極管D1的導通時間Tons和關(guān)斷時間Toffs比例恒定，則一個開關(guān)周期內(nèi)，輸出電流的平均值為:[!--empirenews.page--]

圖3為Buck-boost開關(guān)電源電路經(jīng)過二極管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剛導通時輸出電流峰值Ipks與開關(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通過檢測原邊開關(guān)電流，控制原邊開關(guān)電流峰值Ipk恒定，同時控制開關(guān)占空比，保持輸出二極管D1的導通時間Tons和關(guān)斷時間Toffs比例恒定，實現(xiàn)了輸出電流的恒定。

圖2中，電阻R1，R9為芯片U1的啟動電阻，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電流。L3為輔助繞組，與D5,C7構(gòu)成芯片U1的供電回路。同時，L3輔助繞組電壓經(jīng)過電阻R6,R7分壓，連接到芯片的FB腳，作為輸出電壓的檢測和保護電路。R2為開關(guān)Q1的電流檢測電阻，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)動腳，輸出一定脈寬的PWM信號，控制開關(guān)Q1的開通和關(guān)斷。

圖2中變壓器T1采用EE16磁芯，有3個繞組，原邊繞組L1電感量1mH,L1，L2和L3匝比為100:100:28。電路設計工作頻率65KHz。

實驗結(jié)果

基于以上電路設計，實驗測試相關(guān)性能指標結(jié)果如下：

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

圖4傳導EMI測試結(jié)果

測試結(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%，滿足EMI標準等LED驅(qū)動電源各項規(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)動電源方案，控制方式簡單新穎，實現(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，性價比高等突出優(yōu)點，同時滿足LED驅(qū)動電源的高功率因數(shù)，高效率，符合電磁兼容EMC標準，高電流控制精度，高可靠性、體積小、成本低等一系列要求。