By 飞兆半导体公司 Youngjong Kim、HyunChul Eum、Park Dongjin、Seunguk Yang

摘要

在使用降压-升压拓扑、技术以提高PFC的LED照明系统中可以减少闪烁并增强性能。

文章内容：

LED灯设计师的挑战之一便是创建能产生恒定光输出同时没有明显闪烁的照明系统。在使用单级LED驱动器的系统中，没有闪烁的照明很难实现，因为线路电压的随机失真使LED电流不稳，产生闪烁。电路反馈响应通常是问题的根本原因，因为它可能对失真不能做出足够快的反应。

为了解决这个问题，我们设计了一个7.8W LED系统并使用功率因素校正(PFC)控制电路进行试验。我们发现两者结合-使用内部产生的正弦参考和非连续导通模式(DCM)操作-能够改善性能，减少组件数量并消除闪烁。

内部产生的数字正弦参考

在多数使用电流模式操作以控制PFC的设计中，通过使用电阻分压器感应输入电压获取正弦参考。一个内部产生的正弦参考，它使用数字映射产生，能够使降压-升压拓扑的LED电流更加稳定。内部产生的正弦参考还可以消除电阻分压器，实现更少的组件数量以及更紧凑的设计。图1提供电路的框图。

图1. LED驱动器配置

电源电压(Vcc)由控制器内置的高压(HV)设备供应。因为输入电压过零触发通过Vcc和HV块检测，所以内部正弦参考和过零触发信号同步。来自片上数字模拟转换器(DAC)的输出信号使用内部映射的正弦信息和同步的过零触发信号产生数字正弦参考。当Vcc电压少于15.5V时，过零触发检测器(ZCD)的电压低并且DAC和内部时钟自动提供一个数字参考信号，数字步进为32位。

CRM与DCM操作

在使用升压拓扑的转换器中，输入电流由电感电流配置。由于存在一个恒定导通时间和可变关断时间，这在临界导通模式(CRM)操作中优化PFC。另一方面，由于使用降压-升压拓扑，输入电流和开关电流成正比。结果，PFC在CRM操作中降低，并且线路峰值电压变得更平。输入电流由MOSFET接通相关的电感电流确定。等式1展示如何在降压-升压转换器中计算输入电流。

（等式1）

基于等式1，输入电流通过控制恒定导通时间和降压-升压转换器中的恒定转换周期与输入电压成正比。这表示最佳方式为具有固定导通时间的非连续导通模式(DCM)操作。

恒定电流线路调节

如上所述，要改善LED电流波动和线路电压失真，我们的设计在降压-升压转换器中使用DCM操作和固定内部正弦参考。这种方法在调节LED电流方面做的更好，它没有明显的闪烁，即使在90Vac和265Vac之间存在线路电压瞬态。图2显示电感电流的电流斜率。

图2. 电感电流的电流斜率

基于图2的结果，输出电流可以使用等式2进行计算。

（等式2）

在等式2中，由于固定正弦I_峰值受到内部参考的控制，输出电流并非输入电压的一项功能。图3显示恒定电流的线路调节。

图3. 恒定电流线路调节

当输入电压发生变化，LED电流受到固定I_峰值和固定电感电流下降斜率的恒定调节。

恒定功率负载调节

使用提议的LED驱动方法，当输出电压改变时，输出电流不受恒定调节。等式3源自等式2，它显示输出功率计算。

（等式3）

因为I_峰值和Ts受到控制器的固定，输出电流减少，并且输出功率随着输出电压的增加而受到持续调节。

调节： 线路与负载

通常线路调节用于调节输出电流，以作为对输入电压变化的反应。负载调节用于维持输出功率，与LED正向电压变化无关。随着正向电压下降以作为对系统温度或LED降额的反应，恒定电流负载调节用于减少LED功率和降低发光。图4显示输入电压从(a) 90Vac至265Vac，(b) 265Vac至90Vac以及(c) 200Vac至400Vac的变化引起的线路电压失真。

(a). 输入电压变化从90Vac至265Vac

(b). 输入电压变化从265Vac至90Vac

(c). 输入电压变化从200Vac至400Vac

图4. 线路电压失真

结论

在DAC和DCM模式中使用固定正弦参考的降压-升压LED驱动器组合具有固定频率，能够帮助减少闪烁。当线路电压具有随机变化时，内部产生的正弦参考大大减少LED电流。另外，设计提供更加持续的亮度和恒定的功率负载调节，因为电流模式控制使用温度或LED降额以补偿LED正向电压降。