允許MOS關(guān)斷電壓、二極管反向電壓、匝數(shù)比N三者之間存在直接關(guān)聯(lián)，圖7是一個(gè)設(shè)計(jì)案例中得到的三者關(guān)聯(lián)仿真圖(設(shè)計(jì)交流輸入最大265 V,直流輸出50 V)。如圖7所示：按照器件的最佳性價(jià)比，推薦器件的選擇區(qū)域和變壓器的匝數(shù)比為圖中陰影部分是比較理想的。

圖5 功率因數(shù)仿真曲線圖

圖6 諧波失真度仿真曲線圖

圖7 功率器件參數(shù)選擇圖

2 單級(jí)AC/DC主要參數(shù)設(shè)計(jì)

在單級(jí)AC/DC 的設(shè)計(jì)中，儲(chǔ)能電感、變壓器規(guī)格、氣隙長度等參數(shù)的選擇直接影響驅(qū)動(dòng)電源的性能參數(shù)，本文通過理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)判斷相結(jié)合，得出合適的參數(shù)。

(1)儲(chǔ)能電感值LP確定。

最低頻率取50 kHz,最大導(dǎo)通時(shí)間取10μs.

(2)變壓器參數(shù)規(guī)格。

DC/DC單級(jí)反激式變壓器的功率容量乘積表達(dá)式：

或表示為：

式中，P 為輸入功率，單位W;f 為工作頻率，單位Hz;△B 為工作磁通密度，單位GS;Km為窗口填充系數(shù);δ為電流密度，單位A/cm2;△T 為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，單位s。

理論計(jì)算得出來的AP值還要增加相應(yīng)余量才能作為正確的取值，此時(shí)經(jīng)驗(yàn)判斷在應(yīng)用中比較重要，由于磁材廠家在這方面有非常好的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此，選取變壓器只要在設(shè)計(jì)時(shí)確定電路參數(shù)如頻率、功率等，就可以方便快速地從變壓器廠家的規(guī)格推薦表中選取所需的型號(hào)。

本設(shè)計(jì)：輸出功率75 W,最低頻率65 kHz,根據(jù)TDK規(guī)格書，選取PQ3230。

(3)氣隙的確定。

根據(jù)如下儲(chǔ)能公式確定氣隙長度Lg.

式中，Ae為170 mm2,Bm取1 950 GS,則計(jì)算出Lg為0.35 mm,但在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)有10%的誤差，可以實(shí)際修正。[!--empirenews.page--]

(4)由氣隙確定變壓器的AL值。

由于磁芯規(guī)格和氣隙已確定，可以通過給磁芯繞一定的匝數(shù)來確定AL值。

(5)初級(jí)匝數(shù)n.

根據(jù)：Lm =ALn2本設(shè)計(jì)：取55匝。

(6)根據(jù)允許的紋波電壓，確定輸出濾波電容：

本設(shè)計(jì)：取3 000μF/100 V.

(7)匝數(shù)比N 取值。

由上面的仿真圖和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，兼顧功率器件特別是系統(tǒng)特性指標(biāo)的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)案例Rvr可以取值2,根據(jù)反射電壓公式得出N 值為2,Rvr確定后，查曲線可得PF值大約為0.95,THDI≤20% 左右，這對(duì)于小功率的直流供應(yīng)器來說是很好的指標(biāo)，優(yōu)于目前國內(nèi)外各種標(biāo)準(zhǔn)要求。

(8)功率開關(guān)器件MOS與二極管的確定當(dāng)N 值、漏感確定、輸出電壓確定后，反射電壓、漏抗引起的反峰電壓就能確定，則確定MOS、二極管等耐壓值就很容易算出;根據(jù)功率規(guī)格，計(jì)算出電流大小，則確定MOS、二極管電流值就很容易算出。

本例：MOS電壓要求等于輸入市電峰值電壓+反射電壓+漏感引起的反向電壓，則?。?1 A,800 V ,型號(hào)：SDA11NS0C3 二極管Diode?。?0 A,200 V,型號(hào)：MBR20200CTG.

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

按照以上的參數(shù)設(shè)計(jì)，本文提出的LED驅(qū)動(dòng)電源通過小批量試驗(yàn)和批量生產(chǎn)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠性好。典型試驗(yàn)波形如圖8、圖9所示，THDI=16.9%,實(shí)測(cè)PF=0.967,由于采用BCM 模式，出現(xiàn)了電流紋波，但對(duì)電源綜合性能影響不大。產(chǎn)品經(jīng)國家LED質(zhì)檢中心檢驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都優(yōu)于相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

其中，電源效率大于90%,達(dá)到能效1級(jí);功率因數(shù)大于0.95,符合能源之星規(guī)范限值要求;諧波電流符合國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1-2003/IEC61000-3-2:

2001限值要求;傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾符合國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB17743-2007限值要求。

圖8 輸入電流的諧波含量

圖9 市電(全橋整流后)與輸入電流

4 結(jié) 論

高性價(jià)比、高效率LED技術(shù)的日新月異，LED照明也得以快速發(fā)展;相應(yīng)的照明工程需要兼顧系統(tǒng)能效、功率因素、諧波電流等多種因素，這就要求其選擇合適的LED驅(qū)動(dòng)電源解決方案。為此，本文提出采用臨界模式(boundary mode)的AC/DC單級(jí)反激式的電源拓?fù)?，通過理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)分析確定合理的變換參數(shù)，設(shè)計(jì)了一種高功率因數(shù)、低諧波電流的高效LED驅(qū)動(dòng)電源。該驅(qū)動(dòng)電源同時(shí)還具有主開關(guān)MOS管實(shí)現(xiàn)低電壓零電流導(dǎo)通，整流二極管實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷并避開其負(fù)面的反向恢復(fù)特性，可以顯著提高其工作效率、降低損耗和減小系統(tǒng)電磁干擾。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和批量生產(chǎn)證明本方案設(shè)計(jì)合理、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠性好，有效提高能效、避免建筑物內(nèi)高次諧波電流造成的電源環(huán)境污染，適合批量生產(chǎn)，對(duì)于LED照明驅(qū)動(dòng)電源、其它電源供應(yīng)器廠家和電源設(shè)計(jì)者具有很好的參考價(jià)值。