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[经验] TI控制芯片 TPS92210 设计的10W LED驱动电源

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发表于 2013-12-22 17:29:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

本文介绍了一款使用TI控制芯片 TPS92210 设计的10W LED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10W LED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。


360截图20131222172315806.jpg
图1:10W LED电源解决方案
360截图20131222172511301.jpg

1.1 TPS92210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:


360截图20131222172557431.jpg
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:
360截图20131222172637107.jpg
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:
360截图20131222172757546.jpg

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


360截图20131222172841218.jpg


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 楼主| 发表于 2013-12-22 17:30:03 | 显示全部楼层

那么电感量可以计算如下:


360截图20131222173142539.jpg

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:


360截图20131222173226526.jpg
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:
360截图20131222173308690.jpg

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:


360截图20131222173347640.jpg
 根据AP值,选择RM5作为电感磁芯:
360截图20131222173420239.jpg
RM5的Ae面积如下,可以计算电感所需要的匝数:
360截图20131222173452003.jpg

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

360截图20131222173532140.jpg
 2.2 PF值
360截图20131222173605454.jpg
2.3 电流精度

360截图20131222173731076.jpg

[ 本帖最后由 qwqwqw2088 于 2013-12-22 17:37 编辑 ]
360截图20131222173639635.jpg


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 楼主| 发表于 2013-12-22 17:39:09 | 显示全部楼层

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。



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