基于TI控制芯片的10W非隔离LED驱动方案

本文介绍了一款使用TI控制芯片TPS92210设计的10WLED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。

　　近年来，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10WLED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。

　　图1：10WLED电源解决方案

　　图2：10WLED电源实物图　　1.1TPS92210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。　　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

　　2.2PF值

　　2.3电流精度

　　2.4启动

　　2.5输出纹波

　　2.6短路保护

　　2.7开路保护

　　2.8EMC测试

　　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。