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[导读] 摘 要本文介绍了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 设计的 10W LED 驱动电源. TPS92210 特有的临界模式固定峰值电流控制功能,设计无须反馈,从而整个设计简单,器件少,成本低。引言近来,LED 驱动电源市场中,非隔

 摘 要

本文介绍了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 设计的 10W LED 驱动电源. TPS92210 特有的临界模式固定峰值电流控制功能,设计无须反馈,从而整个设计简单,器件少,成本低。

引言

近来,LED 驱动电源市场中,非隔离解决方案由于其磁性元件尺寸更小、能效更高、元件数量更少、总物料单成本更低,以及能以机械设计满足安规等优势,成为应用热点。本文介绍了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 设计的 10W LED 驱动电源. 使用 TPS92210 特有的临界模式固定峰值电流控制功能,设计无须反馈,从而整个设计简单,器件少,成本低,效率高。

1、电源方案介绍

本方案采用TPS92210控制的临界Buck电路,设置TPS92210工作于固定峰值电流的方法,使电感电流峰值固定,因为电路工作在临界模式,所以电感电流的平均值等于峰值电流的一半,从而达到输出恒流的目的。

同时,本方案不需要额外的电路,TPS92210本身可以实现输出过流、短路、开路等保护。所以整个方案的元件少,成本低。

输入采用了填谷电路,使得整机的PF值一直在0.7以上。

C8,L2,C5组成pi型滤波。整机通过了传导测试。

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

图 1:10W LED 电源解决方案

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

图 2: 10W LED 电源实物图

1.1 TPS92210 临界模式设置

TPS92210 需要满足三个条件来开始一个新的周期:

1) 距离上一次开通的时间需要大于由Ifb电流控制的时间。

2) 距离上一次开通的时间需要大于芯片的最高频率所限制的时间7.5us。

3) Tze脚必须有由高到低的零点穿越。

由于需要满足以上三个条件,设计中将FB脚通过电阻接到Vdd设置一个固定的直流偏置,使TPS92210的开通完全由Tze脚的电压零点穿越来决定,这就保证了变换器一直工作在临界电流模式。

1.2电感的设计

根据输入输出要求,计算电感量。 本方案中,输入 176V~264Vac,输出 40V,0.25A。由于输入采用了填谷电路,所以输入的电压范围可以计算如下:

根据上面计算的最小最大输入电压,可以计算最小、最大占空比:

输出平均电流为 0.25A,电流工作在临界电流模式,电感上的平均电流就是输出电流。可以计算得电感峰值电流、有效值电流分别为:

因为临界模式的变换器,输入电压越高,工作频率。综合考虑,体积以及效率,设定最大工作频率为100KHz。

那么电感量可以计算如下:

所以电感量大约为 700uH。

根据计算得出的电感量,可以验证最低开关频率为:

根据计算得出的最大占空比以及最低开关频率,可以得出最大导通时间为:

Tonmax小于TPS92210所允许设置的最大导通时间 5us。 所以电感设计没有问题。

选择磁芯: 假定 Bmax=2500G,填充系数:k=0.4 电流密度为:j=6A/mm^2可以计算得磁芯所需的 AP 值为:

根据 AP 值,选择 RM5 作为电感磁芯:

RM5 的 Ae 面积如下,可以计算电感所需要的匝数:

电感需要大约 67 匝。

根据之前计算的电流 RMS 值,和设定的电流密度 j,选择 AWG30 来绕制电感。

选用 1 股 AWG30 作为绕组。

2、测试结果

根据以上分析和设计,制作了样机并验证其性能,实验结果如下。

2.1效率测试

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

2.2 PF 值

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

2.3 电流精度

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

2.4 启动

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

2.5 输出纹波

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

2.6 短路保护

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

2.7 开路保护

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

2.8 EMC 测试

10W 非隔离 LED 驱动电源的设计

3、结论

本文分析设计了使用TPS92210 控制的临界模式buck 变换器。 分析了TPS92210临界模式的可行性以及设置方式。详细介绍了电感的计算和设计方法。最后制作了样机验证了分析和计算的正确。保证了TPS92210 用于非隔离恒流LED 驱动电源的可行性。

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