基于AP3766高功率因數非隔離的LED驅動電路

引言

LED照明作為一種新興產業技術，正在不斷開拓更廣泛的應用。對于交流電源輸入應用，目前通常使用基于反激式(flyback)拓撲結構開關電源。反激式(flyback)拓撲結構開關電源包括輸入整流濾波電路，開關控制電路，隔離變壓器和副邊整流濾波電路。然而，反激式電源電路效率不高，并且，有些LED照明應用不一定需要隔離，因此，開發低成本高性價比的非隔離LED驅動電路是十分必要的。

IEC國際電工委員會對照明燈具提出了明確的諧波要求，即IEC61000-3-2標準。同時，最新的能源之星(EnergyStar)標準提出對于大于5W的LED照明產品，要求功率因數指標，即PF，必須大于0.7。

本文提出了一種新的高功率因數非隔離LED驅動電路，組合了逐流式功率因數校正電路和采用原邊控制的Buck-boost開關電源電路，電路結構簡單，同時滿足LED驅動電源的高功率因數，高效率，符合電磁兼容EMC標準，高電流控制精度，高可靠性、體積小、成本低等一系列要求。

AP3766簡介

AP3766是BCD公司最新推出的LED專用驅動控制芯片，采用原邊調整控制(PSR)技術實現高精度的恒壓/恒流(CV/CC)輸出，省去了副邊光耦及恒壓恒流控制電路，也不需要環路補償電路實現了電路的穩定控制，并且采用SOT-23-6小體積封裝，顯著縮小系統體積，降低了系統成本。AP3766具有亞微安啟動電流專利技術，降低了系統功耗，提升了效率。能夠使得效率大于80%，空載功耗小于30mW。AP3766內置外部元件溫度變化補償及恒流CC收緊技術實現垂直的CC特性，保證了量產情況下±5%的輸出恒流精度。同時，AP3766內置軟啟動，過壓保護，短路保護功能，提高了系統可靠性。

AP3766具有很強的系統適應性，能夠搭配無源PFC逐流式電路，輸出圖騰柱驅動電路等外圍線路滿足高功率因數要求和更大功率輸出。因此，AP3766不僅可以應用于GU10射燈,E27泡燈，也可以應用于PAR燈，直管燈等。

圖1為AP3766的管腳圖。

圖1.AP3766的管腳圖

非隔離方案系統規格要求

LED的光效正在不斷向更高的指標前進，目前提高光效的一種措施是用多顆小電流的LED晶粒串聯組成高壓小電流的LED封裝結構，這樣的結構不僅提高了LED的光效，也有利于提升開關電源的整體效率。然而，由于LED工作電壓比較高，傳統的隔離反激式開關電源不再適用，因為要達到很高的輸出電壓，反激式開關電源的隔離變壓器輸出繞組需要比較多的匝數，變壓器體積將大大增加，原副邊之間的耦合將下降，電路效率也將下降。針對高壓小電流輸出和高效率的系統規格要求，本文提出一種全新的Buck-boost開關電源電路，具有高功率因數，控制方式簡單新穎，元器件數量少，體積小，性價比高的優點。下文將詳細介紹一個輸出110V/60mA規格的高功率因數非隔離LED驅動電源。

電路原理圖

圖2.基于AP3766的高功率因數非隔離LED驅動電路原理圖

圖2中F1為保險絲，VR1為防雷保護壓敏電阻，C1，L1,C2組成π型EMI濾波器。C3,C4,D2,D3,D4構成一個逐流式電路實現功率因數校正功能。逐流式電路提高整流電路功率因數的原理在于增大了整流電路的導通角，在輸入交流電壓大于峰值電壓一半時，整流橋BD1就能導通，避免了傳統不控整流電路只在交流電壓峰值附近才能瞬間導通導致大的電流尖峰和波形畸變問題，從而降低了總諧波失真度，即THD。

經過逐流式電路后，由L1,L2,Q1,D1,C9構成的Buck-boost開關電源電路完成升降壓和恒流輸出功能，控制芯片U1實現Buck-boost開關電源電路的開關控制功能。電感L1，L2，L3通過磁芯T1相互耦合。

采用原邊開關控制方式的Buck-boost開關電源電路工作原理是：設定在一個開關周期內，輸出二極管D1的導通時間為Tons，關斷時間為Toffs，輸出電流峰值為Ipk，耦合電感L1繞組匝數N1,耦合電感L2繞組匝數N2。控制芯片U1控制開關占空比，保持輸出二極管D1的導通時間Tons和關斷時間Toffs比例恒定，則一個開關周期內，輸出電流的平均值為:

圖3為Buck-boost開關電源電路經過二極管D1的電流波形

圖3二極管D1的電流波形

根據安培定理，輸出二極管D1剛導通時輸出電流峰值Ipks與開關Q1電流峰值Ipk有如下關系：

因此，輸出電流的平均值為:

控制芯片U1通過檢測原邊開關電流，控制原邊開關電流峰值Ipk恒定，同時控制開關占空比，保持輸出二極管D1的導通時間Tons和關斷時間Toffs比例恒定，實現了輸出電流的恒定。