LED照明與白熾燈，鹵素?zé)?，熒光燈和燃?xì)?弧光燈相比具有許多潛在的優(yōu)勢(shì)。它具有更長(zhǎng)的壽命，更高效，并且沒(méi)有汞。隨著歐洲和加拿大以及很快在美國(guó)禁止使用白熾燈，LED燈越來(lái)越受到關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，可以使用無(wú)源功率因數(shù)校正（PFC）或有源PFC。通常，無(wú)源PFC解決方案需要大的無(wú)源元件，因此難以安裝小尺寸的燈泡插座。傳統(tǒng)的有源PFC電路需要兩級(jí)拓?fù)?，例如，用于PFC的升壓級(jí)，然后是用于LED的電流調(diào)節(jié)的降壓或反激級(jí)。顯然，兩個(gè)階段的成本很高，而且規(guī)模太大。為了提高效率并減小電路尺寸，應(yīng)使用非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文介紹了一種用于LED燈的單級(jí)，高功率因數(shù)，非隔離，離線降壓轉(zhuǎn)換器。由于其簡(jiǎn)單，小尺寸和低成本，降壓轉(zhuǎn)換器被選擇用于該應(yīng)用。轉(zhuǎn)換器以恒定峰值電流和轉(zhuǎn)換模式（CCM和DCM之間的邊界模式）工作，以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。通過(guò)在輸入AC線接近輸出LED電壓的位置附近重新形成峰值電流來(lái)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。

建議的電路

圖1顯示了所提出的單級(jí)降壓LED驅(qū)動(dòng)器。轉(zhuǎn)換器以轉(zhuǎn)換模式運(yùn)行;有時(shí)它被稱為連續(xù)模式和不連續(xù)模式之間的邊界模式。如果電感電流處于邊界模式，則平均LED電流恰好是峰值電感電流的一半。如果保持電感器的峰值電流，則LED電流可以很好地調(diào)節(jié)，而無(wú)需檢測(cè)LED電流，這極大地簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。由于轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換模式下工作，因此MOSFET在零電流時(shí)導(dǎo)通，并且續(xù)流二極管沒(méi)有反向恢復(fù)電流。這有利于EMI和效率。

圖1：?jiǎn)渭?jí)降壓LED驅(qū)動(dòng)器的原理圖。

如果電感電流恒定，電路的功率因數(shù)將是非常差并且輸入電流波形在過(guò)零期間將顯著失真（輸入交流電壓接近輸出LED電壓）。如果有辦法減小零交叉附近的電流幅度，則可以提高功率因數(shù)。過(guò)渡模式PFC控制器L6562A用于實(shí)現(xiàn)此目的。 L6562A是在轉(zhuǎn)換模式下工作的電流模式PFC控制器（CCM和DCM之間的邊界模式）。其線性乘法器使轉(zhuǎn)換器能夠根據(jù)輸入電壓調(diào)整交流輸入電流波形。 L6562A的框圖如圖2所示。

圖2：L6562A的框圖。

近零交叉，控制器的乘法器功能將有效降低電感電流。在其余時(shí)間，電感峰值電流保持恒定在指定的水平，以保持恒定的LED電流。

在設(shè)計(jì)過(guò)程和電路的操作中需要考慮以下公式：

輸入電壓：Vin（θ）=√2* Vin * sin（θ），Vin = 120 VAC輸出電壓：串聯(lián)9個(gè)LED，Vout 30 V輸出電流：Iout = 350 mA

設(shè)計(jì)變量是電感的峰值電流Ipk和電感為L(zhǎng).

當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電感將充電至Ipk。準(zhǔn)時(shí)將是：

關(guān)閉時(shí)間將是：

切換周期的周期將是：

占空比D將是：

切換將在Vin》 Vout時(shí)發(fā)生。

頻率為：

開(kāi)關(guān)頻率在線路周期內(nèi)會(huì)發(fā)生變化，這有利于EMI，因?yàn)樗梢詳U(kuò)展頻譜最大頻率發(fā)生在峰值輸入電壓：

如果理想條件，Ipk將為700 mA。實(shí)際峰值將高于該值，因?yàn)楫?dāng)輸入電壓低于LED電壓時(shí)存在死區(qū)時(shí)間，并且在輸入線電壓接近LED電壓的時(shí)段附近峰值電流減小。如果我們選擇?swmax的最大開(kāi)關(guān)頻率小于150 KHz，從上面的等式，我們可以得到：

轉(zhuǎn)換器的操作是如下：

t0到t1的周期是輸入電壓低于LED電壓的時(shí)間。在［t0，t1］期間，由于輸入電壓低于LED電壓，因此沒(méi)有電感電流。

t1到t3的周期是輸入電壓高于LED電壓但是它們接近。在［t1，t2］期間，Q1在時(shí)間t1接通。電感電流在t1達(dá)到峰值。在此期間，峰值幅度將低于恒定值Ipk。峰值由乘法器輸入確定。

在［t2，t3］期間，Q1在t2處關(guān)閉。在t3，電感電流將減小到零。在時(shí)間t3，控制器的ZCD引腳將檢測(cè)到ZCD信號(hào)為低電平，并在t3再次接通Q1。 Q1在零電壓時(shí)導(dǎo)通，并且續(xù)流二極管沒(méi)有二極管反向恢復(fù)問(wèn)題。電感的耦合繞組提供ZCD信號(hào)。

t4到t6的周期是峰值線電壓。在［t4，t5］期間，Q1在時(shí)間t4接通。電感電流在t4達(dá)到峰值。峰值幅度是預(yù)定義的常數(shù)值Ipk。在［t5，t6］期間，Q1在t5關(guān)閉。在t6，電感電流將減小到零。在時(shí)間t6，控制器的ZCD引腳將檢測(cè)到ZCD信號(hào)為低電平并再次打開(kāi)Q1。

圖3：轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵波形圖示。

LED將看120 Hz波紋。輸出濾波電容Cout是將紋波降低到所需值的必要條件。

測(cè)試結(jié)果

圖4顯示了輸入電流波形與建議的功率因數(shù)校正。輸入功率因數(shù)高于0.88。轉(zhuǎn)換器的效率高于89％。圖5顯示了電感電流包絡(luò)與輸入電壓的關(guān)系，圖6顯示了LED電壓和電流，圖7顯示了最終電路板。

有關(guān)電路細(xì)節(jié)和BOM，請(qǐng)參考STMicroelectronics應(yīng)用筆記3256.

圖4：輸入電壓和輸入電流以及功率因數(shù)校正。

圖5：電感電流包絡(luò)與輸入電壓的關(guān)系。

圖6：LED電壓和LED電流。

圖7：完成的電路板。

在轉(zhuǎn)換模式下運(yùn)行提供有利于降低開(kāi)關(guān)損耗并減少EMI頻譜的擴(kuò)散。降壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)在沒(méi)有LED電流感測(cè)的情況下在電感器恒定峰值電流下操作來(lái)實(shí)現(xiàn)LED恒定電流，并且當(dāng)輸入線電壓接近輸出LED電壓時(shí)通過(guò)重新整形電流波形來(lái)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。該解決方案簡(jiǎn)單，成本低，體積小，適用于白熾燈替換應(yīng)用。