10W 非隔離 LED 驅動電源的設計

　　Jacky Zhang

　　摘 要

　　本文介紹了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 設計的 10W LED 驅動電源。 TPS92210 特有的臨界模式固定峰值電流控制功能，設計無須反饋，從而整個設計簡單，器件少，成本低。

　　引言

　　近來，LED 驅動電源市場中，非隔離解決方案由于其磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數量更少、總物料單成本更低，以及能以機械設計滿足安規等優勢，成為應用熱點。本文介紹了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 設計的 10W LED 驅動電源。 使用 TPS92210 特有的臨界模式固定峰值電流控制功能，設計無須反饋，從而整個設計簡單，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，設置TPS92210工作于固定峰值電流的方法，使電感電流峰值固定，因為電路工作在臨界模式，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本身可以實現輸出過流、短路、開路等保護。所以整個方案的元件少，成本低。

　　輸入采用了填谷電路，使得整機的PF值一直在0.7以上。

　　C8，L2，C5組成pi型濾波。整機通過了傳導測試。

　　圖 1:10W LED 電源解決方案

　　圖 2： 10W LED 電源實物圖

　　1.1 TPS92210 臨界模式設置

　　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穿越。

　　由于需要滿足以上三個條件，設計中將FB腳通過電阻接到Vdd設置一個固定的

　　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電感的設計

　　根據輸入輸出要求，計算電感量。 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算如下：

　　根據上面計算的最小最大輸入電壓，可以計算最小、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?？梢杂嬎愕秒姼蟹逯惦娏?、有效值電流分別為：

　　因為臨界模式的變換器，輸入電壓越高，工作頻率。綜合考慮，體積以及效率，設定最大工作頻率為 100KHz。

　　那么電感量可以計算如下：

　　所以電感量大約為 700uH。

　　根據計算得出的電感量，可以驗證最低開關頻率為：

　　根據計算得出的最大占空比以及最低開關頻率，可以得出最大導通時間為：

　　Tonmax小于TPS92210所允許設置的最大導通時間 5us。 所以電感設計沒有問題。

　　選擇磁芯： 假定 Bmax=2500G，填充系數：k=0.4 電流密度為：j=6A/mm^2可以計算得磁芯所需的 AP 值為：

　　根據 AP 值，選擇 RM5 作為電感磁芯：

　　RM5 的 Ae 面積如下，可以計算電感所需要的匝數：

　　電感需要大約 67 匝。

　　根據之前計算的電流 RMS 值，和設定的電流密度 j，選擇 AWG30 來繞制電感。

　　選用 1 股 AWG30 作為繞組。

　　2、測試結果

　　根據以上分析和設計，制作了樣機并驗證其性能，實驗結果如下。

　　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

　　2.7 開路保護

　　2.8 EMC 測試

　　3、結論

　　本文分析設計了使用TPS92210 控制的臨界模式buck 變換器。 分析了TPS92210臨界模式的可行性以及設置方式。詳細介紹了電感的計算和設計方法。最后制作了樣機驗證了分析和計算的正確。保證了TPS92210 用于非隔離恒流LED 驅動電源的可行性。