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LED照明应用之临界导通模式与非连续模式 PFC设计比较
 

【作者: Alex Craig】2015年06月24日 星期三

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致力于 LED 照明应用的工程师必须不断关注对功率因数(PF)、整体谐波失真 (THD)及效率方面日益演变的法规要求。对于正常线电压下功率大于 5 瓦特的设计,监管机构现在通常要求功率因数校正(PFC)大于 0.9。但监管机构不断严化要求,PFC 的功率须越来越低是趋势。


对 THD 要求方面的类似举措亦在酝酿当中。对于功率大于 25 瓦特的应用,监管机构目前要求 THD 小于 25%。但我们已经开始看到,在许多应用中,全球监管机构进一步要求 THD 降至小于 10%。虽然目前对灯泡应用没有具体的 THD 要求,设计者可以预见未来的趋势显而易见。在这些趋势下,显然如今致力于 LED 照明应用的设计者们需要在尽可能广泛的工作电压下实现尽可能高的 PF 与尽可能低的 THD。


就效率而言,监管机构对功率低于 20 瓦特的应用设定了某些标准。在该电压下,非可调光电源需要达到至少 85% 的效率(正常线电压)。对于使用相位调变调光的照明应用,监管机构的要求有所下降,因为调光电路需要使用外部元件,而其必有固定的功耗。但再次重申,监管机构要求实现更高效率的趋势显而易见。


在照明应用中,大多数交流输入及隔离电压设计使用返驰式电路来满足PFC要求。此单级返驰式 PFC解决方案通常包含临界导通模式(CrCM)控制 IC,该控制 IC 于固定导通时间及可变关断时间下运作。此方法可在输出时实现卓越的恒定电流或恒定电压调节。但它最初是用于升压 PFC 应用,而非单级返驰式应用。凭借为实现负载控制所做的电路改造以及新增的快速启动电路,设计者可达到要求的效率以及合理的PF及THD。但CrCM方法具有某些固有特性,这些应用的表现存在上限。此外,CrCM架构新增了许多影响可靠性及成本的额外元件。


另一种常用的选项是不连续​​模式(DCM)PFC方法。在此拓扑中,对于任何线路负载组态,电压均在固定导通时间及固定频率下运作。如此一来,它可以消除 CrCM 方法中产生的某些限制因数,让设计者能够实现更高的PF及更低的THD。


目前,Fairchild 采用两种评测板,并且运用CrCM及DCM PFC架构制定了两种旗鼓相当的 50W LED 照明解决方案。两种解决方案皆运作高效,并且各自有其独特的优势。但 CrCM 方法提供的 PF、THD 及效率效能只能满足 C 类照明应用的电路要求。相比之下,基于 Fairchild 全新 FL7733A 单级、初级侧调节 LED 驱动器的 DCM 电路板凭借显著简化的设计,远远超越了全部三类电路板的初始设计。鉴于监管要求日益严格的趋势,DCM PFC 方法可为 LED 照明设计者提供更合适的解决方案,以期在未来应用中实现更佳效能余量。


(本文作者Alex Craig任职于快捷半导体)


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