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。可以計算得電感峰值電流、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。 |
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