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高功率因数单级反激式LED驱动器设计注意事项

洪士恒?? 林锦宏?? 2015年07月09日 ?? 收藏5

(c) 变压器圈数比设计考虑

变压器圈数比设计是功率因数反激式转器最为重要之环节,其不仅决定初级与次级功率晶体之选用,亦影响总谐波失真。理想上,反激式转换器设计在定频且不连续导通模式情况下能达到接近1的功率因数值,原因为:开关导通时变压器初级电流线性正比于输入电压,而在开关周期结束前变压器已完全释能而不受输出电压之影响,使转换器之输入电流等比于输入电压。转换器考虑较低的开关损耗可工作于临界导通模式,然而,此模式在高压输入占空比(Duty Cycle)伴随接近AC峰值处递减,使瞬时平均电流未能随输入电压之比例提升,此情况与与低压输入时差异甚大。故高压输入时易发觉输入电流接近AC波峰处显得平坦,如图3所示。

图3. 高压输入之失真电流示意图
图3. 高压输入之失真电流示意图

针对此现象,分析圈数比之设计与总谐波失真之关系,根据理论近似推导而绘出如图4,其中Kv为AC峰值电压与次级电压透过圈数比映乘至初级之电压比例。

图4. Kv与总谐波失真之对应关系
图4. Kv与总谐波失真之对应关系

如上结果得知,采用大圈数比之设计有助于改善失真电流,其原理如同设想转换器于低电压输入时之占空比状态,输入电流在AC峰值处将明显提升,使之塑型接近于电压弦波。针对变压器圈数比之设计与组件耐压关系,下图为输入277Vac初级与次级晶体承受之电压应力,图中横轴为Kv值,纵轴为电压单位:

图5. Kv 值与初次级组件耐压之关系
图5. Kv 值与初次级组件耐压之关系

经由以上分析,我们得知大圈数比之设计有益于提升功率因数值,且次级可选用低顺向导通压降之萧基二极管以减少导通损,反之,初级开关得承受较高的电压应力。由于此架构对于突波耐受性(Surge Immunity) 多仰赖被动防护方案与组件之强健度,初级组件之耐压选用与实务电压量测结果较为相关,多半无法取决于圈数比设计。根据实务经验,此架构要通过2kV之突波干扰测试除了外加突波吸收器(Varistor)之外,初级功率半导体可选用800V之等级以上避免超过额定雪崩能量造成损毁,目前已有半导体商推出导通阻抗与杂散电容不远于650V等级之900V功率半导体,使效率能维持不变。

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单级反激式转换器? LED驱动? 总谐波失真?

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