单级PFC反激式LED驱动电路效率的分析与研究

摘要

在中小功率的 LED驱动领域,单级 PFC反激式变换器因结构简单,成本低廉而得到了广泛的应用。然而,由于这种结构通常采用固定开通时间的方式来实现PFC功能,频率变化范围较大,特别是在轻载时频率很高,效率低下。同时,反激式拓扑使用的变压器原边和副边线圈的漏感都较大,变压器损耗严重。因此研究单级PFC反激式LED驱动的效率问题显得尤为重要。
　　本文设计了一款基于准谐振技术的单级 PFC反激式 LED驱动芯片,并且同时设计了此类 LED驱动常用的临界控制模式结构以便于两者的对比。芯片外围采用了原边反馈方式,内部主要包括谷底检测模块、次级电感电流过零检测模块、输出电流预处理模块、误差放大器模块、栅驱动模块以及欠压过压等各种保护模块。为降低芯片本身的功耗,在保证可靠性的前提下,设计的子模块大部分都采用了低功耗设计,如减小误差放大器的静态功耗、合理设计过零检测电路的放电电量、减小栅驱动电路的动态损耗等。由于要同时实现恒流、PFC以及准谐振功能,而它们相互关联,因此电路在各个性能之间需要进行折衷处理。
　　本文分析了开关电源中损耗的主要来源,以及现今一些常用的提高效率的方法,并对比了单级PFC与两级PFC的优缺点。根据设计目标要求,完成了整体电路的结构设计及效率的理论分析,设计并仿真了部分子模块。基于 TSMC_0.5μm BCD工艺对芯片进行了整体仿真,在输入电压85~265VAC范围内,输出负载为12×1W情况时,准谐振模式下LED驱动的平均效率为93.04％,临界模式下LED驱动的平均效率为87.95％,由此可见,采用准谐振技术可以有效提高单级PFC反激式LED驱动的效率。论文还对基于准谐振技术的LED驱动在不同负载时的效率和PF进行了仿真,得到了在设计的全电压和全负载范围内,LED驱动的平均效率为92.5％,PF均超过0.9,从而验证了准谐振技术在单级PFC LED驱动电路中的实用性。

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第一章 绪 论

1.1 LED照明的发展

1.2 LED驱动电路的发展趋势

1.3 国内外发展现状

1.4 本论文主要内容及章节安排

第二章 开关电源的损耗及功率因素校正

2.1 开关电源的主要功率损耗来源

2.2 提高开关电源效率的一些技术

2.3 开关电源功率因数校正

第三章 整体电路结构设计及功能实现

3.1 LED驱动电路方案的选择

3.2 单级PFC反激式LED驱动电路整体结构

3.3 整体电路损耗分析

3.4 LED恒流控制的实现

3.5 PFC功能的实现

第四章 部分子模块的设计与仿真

4.1 谷底检测电路

4.2 次级电感电流过零检测电路

4.3 误差放大器电路

4.4 栅驱动电路

第五章 整体电路的仿真与分析

5.1 外围参数的设计

5.2 整体电路功能仿真

5.3 整体电路效率的仿真

第六章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果