LED照明是一種新型照明方式，與傳統的白熾燈、熒光燈等照明方式相比，LED光源具有發光效率高、耗能少、使用壽命長、安全環保、體積小等優勢，成為目前世界上最有可能替代傳統光源的新一代光源。LED芯片是一種低壓電流型器件，電流是影響其發光性能的主要因素，現有LED光源普遍采用多顆LED，通過串聯或并聯組成LED模組來進行照明，為了達到最佳的工作性能，必須要設計合適的LED驅動電源，使其在恒定電流的條件下工作。為了保證LED的優勢，針對不同的LED照明產品和應用要求，必須選擇合適的驅動電路拓撲結構，使LED驅動電源達到高效率、高可靠性、高功率因數、低成本的要求。 對于30 W～75 W的中小功率LED模組照明，通常選用結構簡單、成本低、調試簡單的反激拓撲結構。為了達到環保節能的要求，LED驅動電源通常要求PF值大于0.9，因此普通反激電源前端通常還要加入功率因數校正環節，不僅增加了成本，而且體積也難以小型化，效率也不高。而單級PFC反激電路，將功率因數校正與反激電路合二為一，不僅可以得到較高的功率因數，同時具有結構簡單、效率高等優點，非常適用于中小功率LED模組照明。

1 工作原理分析與設計
1.1 L6562芯片簡介
    L6562是意法半導體公司（ST）推出的一款功率因數校正（PFC）控制器[1]。它工作于臨界模式（即電感電流處于連續或斷續的邊界上），與傳統PWM變換器工作的連續電流模式或不連續電流模式不同的是，臨界模式工作在變頻模式下，在輸入電壓和電流變化的情況下通過快速調節工作頻率使輸出穩定。L6562在其乘法器中嵌入了電流總諧波失真（THD）優化電路，可以有效控制AC輸入電流的交越失真和誤差放大器的輸出紋波失真，從而提高功率因數，降低輸入電流總諧波失真。該芯片主要應用于前級PFC校正電路，本文中將其用于單級PFC反激電路。
1.2 基于L6562單級PFC反激電路設計與工作原理分析
    L6562單級PFC反激電路結構圖如圖1所示。交流電壓經過前級保護單元和EMI濾波單元后，由整流橋整

其中，Irms為開關MOS管導通時流過電流的有效值。可通過使用導通電阻Rds(on)更小的MOS管來減少損耗。開關損耗是指，在開關過程中，開關管電壓Vds和電流Ids發生變化，從“開”到“關”或從“關”到“開”有一個過渡過程，這期間電壓Vds和電流Ids存在一個交疊過程，產生較大的損耗即為開關損耗。開關損耗占MOS管損耗的很大一部分。
    在本電路中，如圖2所示，在開關MOS管導通之前，由于次級電流已降為0，初級繞組上的電壓由于漏感及MOS管上的寄生電容存在而產生振蕩，電壓開始時刻已經開始下降，在開關管導通時，電壓值已經很小，近似于零電壓，因而大大減少了導通損耗，從而提高了效率。
2.2.3 次級整流二級管損耗
    次級整流二極管上的損耗可表示為PD=VD Iave，其中VD為次級整流二極管導通時的前向壓降，Iave為流過次級整流二極管的平均電流。當輸出電流較大時，會產生比較大的損耗。可采用前向電壓更小的肖特基二極管或者同步整流的方式來減少損耗。由于同步整流成本較高，且電路復雜，在輸出電流較小時效率提升不大，因此本電路采用肖特基二極管作為次級整流二極管。
3 實驗結果分析
    根據以上分析，制得實驗樣機一臺，樣機基本設計條件如下：輸入電壓范圍160 V~250 V，輸出電流2.1 A，輸出電壓范圍25 V~40 V，最小工作頻率100 kHz，測試負載為60顆大功率LED組成的6并10串LED陣列（單顆LED工作時前向電壓約為3.2 V）。
    圖4(a)所示為實驗中測得的開關MOS管漏極和源極兩端電壓波形，放大倍數為500。圖4(b)為開關管下端檢測電阻Rs兩端電壓波形，間接反映出流過開關MOS管的電流波形。從圖中可以看出，開關MOS管上的電壓與電流峰值包絡均近似為正弦半波變化，可推測出本電路具有較高的PF值。

    圖5為220 V輸入電壓下輸入電壓和輸入電流波形。從中可以看出，輸入電壓和輸入電流波形均近似為正弦波形，且相位基本一致，故PF值較高，實際測得PF值為0.97。

    圖7即為在不同輸入條件下，電源效率的變化情況。從圖中可以看出，輸入電壓在160 V~250 V電壓范圍內變化時，電源效率基本穩定在90%左右，在寬范圍輸入電壓的條件下顯示出良好的性能。出于對成本及電路復雜度方面的考慮，本電源后級整流沒有采用同步整流的方式。若在輸出大電流的條件下，采用效率更高的同步整流方式，更換性能更佳的開關MOS管，則電源效率還將進一步提升。

    本文介紹了基于L6562的單級PFC反激電路的LED驅動電源原理，并對其功率因數與效率進行了理論分析。該驅動電源將傳統兩級電源中的前級PFC校正電路與后級DC-DC電路合二為一，電路結構簡單，通過同時采樣輸入電壓和輸出電壓的信號，使開關導通時間隨輸入電壓波形變化而改變，從而使電源輸入的電流跟隨輸入電壓波形變化，以獲得高的PF值。此電路工作于臨界導通模式，在開關MOS管在導通之前，開關MOS管兩端電壓已開始下降，減少了開關MOS管的開關損耗，從而有效提高電源效率。通過制作樣機并對實驗結果分析，驗證了此種LED驅動電源在較寬的電壓范圍內，具有較高的功率因數和效率。
參考文獻
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