一款10W非隔離LED驅(qū)動電源的設(shè)計(jì)方案
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本文提出了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 設(shè)計(jì)的 10W LED 驅(qū)動電源的方案。 TPS92210 特有的臨界模式固定峰值電流控制功能，該設(shè)計(jì)方案無須反饋，從而整個設(shè)計(jì)方案簡單，器件少，成本低。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/325902.htm0 引言
近來，LED 驅(qū)動電源市場中，非隔離解決方案由于其磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數(shù)量更少、總物料單成本更低，以及能以機(jī)械設(shè)計(jì)滿足安規(guī)等優(yōu)勢，成為應(yīng)用熱點(diǎn)。本文提出了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 設(shè)計(jì)的 10W LED 驅(qū)動電源的方案。 使用 TPS92210 特有的臨界模式固定峰值電流控制功能，該設(shè)計(jì)方案無須反饋，從而整個設(shè)計(jì)方案簡單，器件少，成本低，效率高。
1 電源方案介紹
本方案采用TPS92210控制的臨界Buck電路，設(shè)置TPS92210工作于固定峰值電流的方法，使電感電流峰值固定，因?yàn)殡娐饭ぷ髟谂R界模式，所以電感電流的平均值等于峰值電流的一半，從而達(dá)到輸出恒流的目的。
同時，本方案不需要額外的電路，TPS92210本身可以實(shí)現(xiàn)輸出過流、短路、開路等保護(hù)。所以整個方案的元件少，成本低。
輸入采用了填谷電路，使得整機(jī)的PF值一直在0.7以上。
C8,L2,C5組成pi型濾波。整機(jī)通過了傳導(dǎo)測試。
圖 1:10W LED 電源解決方案
圖 2: 10W LED 電源實(shí)物圖
1.1 TPS92210 臨界模式設(shè)置
TPS92210 需要滿足三個條件來開始一個新的周期：
1） 距離上一次開通的時間需要大于由Ifb電流控制的時間。
2） 距離上一次開通的時間需要大于芯片的最高頻率所限制的時間7.5us.
3） Tze腳必須有由高到低的零點(diǎn)穿越。
由于需要滿足以上三個條件，設(shè)計(jì)中將FB腳通過電阻接到Vdd設(shè)置一個固定的直流偏置，使TPS92210的開通完全由Tze腳的電壓零點(diǎn)穿越來決定，這就保證了變換器一直工作在臨界電流模式。
1.2電感的設(shè)計(jì)
根據(jù)輸入輸出要求，計(jì)算電感量。 本方案中，輸入 176V~264Vac,輸出 40V,0.25A.由于輸入采用了填谷電路，所以輸入的電壓范圍可以計(jì)算如下：
根據(jù)上面計(jì)算的最小最大輸入電壓，可以計(jì)算最小、最大占空比：
輸出平均電流為 0.25A,電流工作在臨界電流模式，電感上的平均電流就是輸出電流?？梢杂?jì)算得電感峰值電流、有效值電流分別為：
因?yàn)榕R界模式的變換器，輸入電壓越高，工作頻率。綜合考慮，體積以及效率，設(shè)定最大工作頻率為 100KHz.
那么電感量可以計(jì)算如下：
所以電感量大約為 700uH.
根據(jù)計(jì)算得出的電感量，可以驗(yàn)證最低開關(guān)頻率為：
根據(jù)計(jì)算得出的最大占空比以及最低開關(guān)頻率，可以得出最大導(dǎo)通時間為：
Tonmax小于TPS92210所允許設(shè)置的最大導(dǎo)通時間 5us. 所以電感設(shè)計(jì)沒有問題。
選擇磁芯： 假定 Bmax=2500G,填充系數(shù)：k=0.4 電流密度為：j=6A/mm^2可以計(jì)算得磁芯所需的 AP 值為：
根據(jù) AP 值，選擇 RM5 作為電感磁芯：
RM5 的 Ae 面積如下，可以計(jì)算電感所需要的匝數(shù)：
電感需要大約 67 匝。
根據(jù)之前計(jì)算的電流 RMS 值，和設(shè)定的電流密度 j,選擇 AWG30 來繞制電感。
選用 1 股 AWG30 作為繞組。 2 測試結(jié)果
根據(jù)以上分析和設(shè)計(jì)，制作了樣機(jī)并驗(yàn)證其性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
2.1效率測試
2.2 PF 值
2.3 電流精度
2.4 啟動
2.5 輸出紋波
2.6 短路保護(hù)
2.7 開路保護(hù)
2.8 EMC 測試
3 結(jié)論
本文分析設(shè)計(jì)了使用TPS92210 控制的臨界模式buck 變換器的方案。 該方案分析了TPS92210臨界模式的可行性以及設(shè)置方式。詳細(xì)介紹了電感的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法。最后制作了樣機(jī)驗(yàn)證了分析和計(jì)算的正確。證明了該方案保證TPS92210 用于非隔離恒流LED 驅(qū)動電源的可行性。
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