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1、TI方案UCC28810应用PFC反激用切实可行的螺纹旋入式LED来替代白炽灯泡可能还需要数年的时间，而在建 筑照明中LED的使用正在不断增长，其具有更高的可靠性和节能潜力。同大多 数电子产品一样，其需要一款电源来将输入功率转换为LED可用的形式。在路 灯应用中，一种可行的配置是创建300V/0.35安培负载的80个串联的LED。 在选择电源拓扑结构时，需要制定隔离和功率因数校正（PFC）相关要求。隔离 需要大量的安全权衡研究，其中包括提供电击保护需求和复杂化电源设计之间的 对比权衡。在这种应用中，LED上存在高压，一般认为隔离是非必需的，而PFC 才是必需的，因为在欧洲25瓦以上的照明均要求
2、具有PFC功能，而这款产品 正是针对欧洲市场推出的。就这种应用而言，有三种可选电源拓扑：降压拓扑、转移模式反向拓扑和转移模 式（TM）单端初级电感转换器（SEPIC）拓扑。当LED电压大约为80伏特时， 降压拓扑可以非常有效地被用于满足谐波电流要求。在这种情况下，更高的负载 电压将无法再继续使用降压拓扑。那么，此时较为折中的方法就是使用反向拓扑 和SEPIC拓扑。SEPIC具有的优点是，其可钳制功率半导体器件的开关波形， 允许使用较低的电压，从而使器件更为高效。在该应用中，可以获得大约2%的 效率提高。另外，SEPIC中的振铃更少，从而使EMI滤波更容易。图1显示了 这种电源的原理图。460图
3、1：转移模式SEPIC发挥了简单LED驱动器的作用。该电路使用了一个升压TM PFC控制器来控制输入电流波形。该电路以离线为 C6充电作为开始。一旦开始工作，控制器的电源就由一个SEPIC电感上的辅助 绕组来提供。一个相对较大的输出电容将LED纹波电流限定在DC电流的20%。补充说明一下，TM SEPIC中的AC电通量和电流非常高，需要漆包绞线和低损 耗内层芯板来降低电感损耗。图2和图3显示了与图1中原理图相匹配的原型电路的实验结果。与欧洲线 路范围相比，其效率非常之高，最高可达92%。这一高效率是通过限制功率器件 上的振铃实现的。另外，正如我们从电流波形中看到的一样，在96%效率以上 时功率
4、因数非常好。有趣的是，该波形并非纯粹的正弦曲线，而是在上升沿和下 降沿呈现出一些斜度，这是电路没有测量输入电流而只对开关电流进行测量的缘 故。但是，该波形还是足以通过欧洲谐波电流要求的。#%騙%邹%曙譬SX_-221O5WMIlf普UJ87*86%J7SInput Votl-agi! |Vrin5-i3CCM)下工作时需要较多的能量储存，因而需要较大尺寸的磁性 元件。图2是两种拓扑简化的功率转换级电气原理图。图中反激式拓扑也是在CCM模式 下工作。电源开关Q3接通，变压器开始充电，Q3断开，变压器的次级电压反转, 电流通过D6到达输出端。变压器输出等额的电量为输出电容充电，并输送至负 载。通过
5、控制占空比及进入系统的能量增加可以实现对电源的调节。电源开关及 二极管都是工作在非箝位感应开关(UIS)模式，换句话说，施加在电源开关及二 极管上的电压在很大程度上由变压器的漏感与杂散电容来控制。图2： SEPIC左）及反激式 拓扑（右）的简化电气原理图。图2中的SEPIC转换器也是在连续电流模式（CCM）下工作。Q6接通后，C26的正极 接地，此时变压器T2的主次级线圈匝比相同，就会在C26的负极施加一个与变压 器输入端相等的负电压。也就是说电容上会有一个所示极性的输入电压，在这个 电路中，当开关导通时，电能不断储存在初级电感中；电流流入次级电感及耦合 电容（C26）,以均衡其电量。开关断开
6、，Q6上的电压开始消失；一个来自初级线 圈（通过C26）与次级线圈（通过D9）的电流形成了输出电流。图3：反激式转换器设计图。（点击放大图）此电路的优点在于场效应管（FET）电压与二极管电压都被电容器箝制住了，所以 电路的瞬时扰动很小。不过耦合电容器C26上出现很大的纹波电流就像是SEPIC 为此“付出的代价”。然而，此纹波电流在一定程度上会被C19的连续输入电 流所产生的纹波电流（比前者小很多）抵消。SEPIC拓扑电路的另一个优点就是能 从输入端吸取电能并同时输送到输出端，很像一个自耦变压器。因为功率开关不 必处理全部功率传输，所以这种电路具有更高的效率。表2从理论分析及具体数字两个方面比较
7、了这两种拓扑的重要电路参数。此表 假设电感纹波电流很小（大电感），所用的是理想二极管。同时假设反激式拓扑占 空比是最大值50%。比较反激式拓扑的输入电容与SEPIC的耦合电容时就会发 现：两种拓扑的电容纹波电流很相似。这两个电容器应该有相近的额定电压，因 为它们都是由输入电压来充电的。两种拓扑都有很大的交流纹波电流，必须使用 低等效串联电阻(ESR)电容器。图4： SEPIC转换器设计图。(点击放大图)以上面的设计为例，由于与反激式电源相比，SEPIC的占空比较大，二极管也需 要较长的反偏时间，所以需要稍微大一点的输入电容。表3也给出了两种电源的 FET电压及二极管电压最大值。反激式拓扑的FE
8、T看上去有一个更低的“平顶 (flat-top) ”电压。但是，它必须开关一个没有被箝制的电感，这样它的电压最 终会比SEPIC FET的大得多。反激式拓扑二极管的峰值反向电压(PIV)以一个比 SEPIC大的电压值开始，而且还会有一个非箝位感应开关毛刺，这使得二极管的 峰值反向电压很不理想。在本例中，电压参数使得肖特基二极管在反激式拓扑中不能使用，而必须使用传 导损耗更高且效率更低的超快二极管。反激式变压器的漏感在电源开关以及输出 二极管上引起的电压毛刺通常要求使用电压钳和/或者使用缓冲电路来限制该峰 值电压，这样会进一步降低效率。反激式拓扑的FET均方根电流同样要比SEPIC 小，这会降低
9、工作时反激式拓扑的电导损耗。在元件方面，反激式拓扑电源唯一 的优点就是磁性元件可以更小。电感的体积与所需储备的能量L*I2相关，反激式 拓扑电源的存储能量大约是SEPIC的三分之一。高能量储存需求是SEPIC采用尺 寸大得多的电感的原因，如图1所示。图5：电源FET电压波形图(左边是反激式电源，右边遷EPIC)。图3和图4是图1所示硬件原型演示电路的电气原理图。每个电路都只占据略大于3 平方英寸的面积。SEPIC的电感高度是反激式电源中最高元件高度的两倍。此电 感本可以设计为平躺，这样虽然可以降低高度，但也会增大印刷线路板(PWB)的 面积。除了磁性元件以外，两种电源都选用相似的功率级元件，但
10、是选用了不同 的控制器。反激式拓扑选用UCC2813,它能把占空比限制在最大值?50%,而SEPIC 选用UCC3807,这种控制器允许占空比调整到超过50%。在本例中，SEPIC的占空 比设为最大值?75%。反激式拓扑使用了3个输入电容器来应对FET开关产生巨大 脉冲电流的交流均方根值。通常情况下，高容量、低成本的铝电解电容器要比陶瓷电容器的使用效果好，因 为陶瓷电容器不能提供低输入脉冲电压所必需的电容值。而在SEPIC中只需要一 个输入电容器来处理三个电感电流的交流均方根值。这是一个相对比较低的均方 根电流和电容，也是一个非常容易达到的指标。SEPIC需要两个耦合交流电容器, 和反激式电源
11、的输入电容器有相同的电压需求，但是可以在更高的占空比下工 作。高占空比把其均方根电流降至反激式电源输入电容均方根电流的三分之二。图6：输出二极管的波形20V/div), 左边是反激式电源，右边是SEPIC。图5是两种电源的FET电压的波形图。该波形图是在最大输出负载与12V直流输 入的情况下测得的。反激式变压器的漏感会产生一个电压峰值,此峰值将一个20V 的电压附加在“平顶”电压上。相比而言，SEPIC FET的开关波形被箝制，表现 出很小的过冲或波动。这种箝制作用使造成的开关损耗较小、输出电压噪声以及 其功率级电路可工作在比反激式拓扑更高的频率下。图6是两种电源的输出二极管开关波形。同样地，
12、相对于SEPIC，反激式变压器 的漏感也产生一个很大的电压毛刺。SEPIC只需要一个60V的肖特基二极管，而 反激式电源为了能够承受巨大的负极波动，需要一个200V的输出二极管。反激 式电源的超快二极管存在IV的正向压降，而SEPIC的肖特基二极管只有0.5V的 正向压降，这使SEPIC可节约大量的电能。图7是两种电路在两个不同的输入电压下测得的效率曲线。SEPIC的整体效率普 遍要比反激式电路的效率要高出4%，能达到的最高效率为92.7%。两个电路的元 件功耗相近，只有输出二极管及缓冲电路除外。非箝位感应开关迫使电路必须使 用更高电压的二极管，结果损耗增大，而且需要使用缓冲电路。西为90%6
13、9*珈B7%沁0.00D.35 心刃 DJi 1.00（药 1.SD 175 2BDMpU &jTtInrFhfaM 乜旳凯泗器 f-%p洛屯w 叩洛鉀血图7：不同输入电压的效率曲线图。SEPIC能提供比反激式转换器更 高的效率。反激式转换器相对来说更加简单且已经被人们所熟知，这是它的优势，SEPIC能 提供更高的效率而且元件的承载能力也可以低一些。表3对这两种方案进行了比 较。由于具有较低的FET及二极管电压，SEPIC的效率更高。而反激式拓扑的元 件面积更小，因为SEPIC的磁性元件相对较大。两种设计方法的元件数目相近， 其中功率元件的数量相等，支持元件的数量相近。反激式拓扑的一个不足是需要 使用缓冲电路。连续输入电流不仅能降低SEPIC输入电容的纹波电流额定值，而 且可以提高系统的电磁抗干扰能力。如果在12V输入端有其他负载，反激式拓扑 更可能会在输
