摘 要

    本文介紹了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 設計的 10W LED 驅動(dòng)電源. TPS92210 特有的臨界模式固定峰值電流控制功能，設計無(wú)須反饋，從而整個(gè)設計簡(jiǎn)單，器件少，成本低。

引言

    近來(lái)，LED 驅動(dòng)電源市場(chǎng)中，非隔離解決方案由于其磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數量更少、總物料單成本更低，以及能以機械設計滿(mǎn)足安規等優(yōu)勢，成為應用熱點(diǎn)。本文介紹了一款使用 TI 控制芯片 TPS92210 設計的 10W LED 驅動(dòng)電源. 使用 TPS92210 特有的臨界模式固定峰值電流控制功能，設計無(wú)須反饋，從而整個(gè)設計簡(jiǎn)單，器件少，成本低，效率高。

1、電源方案介紹

    本方案采用TPS92210控制的臨界Buck電路，設置TPS92210工作于固定峰值電流的方法，使電感電流峰值固定，因為電路工作在臨界模式，所以電感電流的平均值等于峰值電流的一半，從而達到輸出恒流的目的。

    同時(shí)，本方案不需要額外的電路，TPS92210本身可以實(shí)現輸出過(guò)流、短路、開(kāi)路等保護。所以整個(gè)方案的元件少，成本低。

    輸入采用了填谷電路，使得整機的PF值一直在0.7以上。

    C8，L2，C5組成pi型濾波。整機通過(guò)了傳導測試。

圖 1:10W LED 電源解決方案

圖 2: 10W LED 電源實(shí)物圖

1.1 TPS92210  臨界模式設置

    TPS92210 需要滿(mǎn)足三個(gè)條件來(lái)開(kāi)始一個(gè)新的周期：

    1）  距離上一次開(kāi)通的時(shí)間需要大于由Ifb電流控制的時(shí)間。

    2）  距離上一次開(kāi)通的時(shí)間需要大于芯片的最高頻率所限制的時(shí)間7.5us。

    3） Tze腳必須有由高到低的零點(diǎn)穿越。

    由于需要滿(mǎn)足以上三個(gè)條件，設計中將FB腳通過(guò)電阻接到Vdd設置一個(gè)固定的直流偏置，使TPS92210的開(kāi)通完全由Tze腳的電壓零點(diǎn)穿越來(lái)決定，這就保證了變換器一直工作在臨界電流模式。

1.2電感的設計

    根據輸入輸出要求，計算電感量。 本方案中，輸入 176V~264Vac，輸出 40V，0.25A。由于輸入采用了填谷電路，所以輸入的電壓范圍可以計算如下：

    根據上面計算的最小最大輸入電壓，可以計算最小、最大占空比：

    輸出平均電流為 0.25A，電流工作在臨界電流模式，電感上的平均電流就是輸出電流�？梢杂嬎愕秒姼蟹逯惦娏�、有效值電流分別為：

    因為臨界模式的變換器，輸入電壓越高，工作頻率。綜合考慮，體積以及效率，設定最大工作頻率為 100KHz。

    那么電感量可以計算如下：

    所以電感量大約為 700uH。

    根據計算得出的電感量，可以驗證最低開(kāi)關(guān)頻率為：

    根據計算得出的最大占空比以及最低開(kāi)關(guān)頻率，可以得出最大導通時(shí)間為：

    Tonmax小于TPS92210所允許設置的最大導通時(shí)間 5us。 所以電感設計沒(méi)有問(wèn)題。

    選擇磁芯： 假定 Bmax=2500G，填充系數：k=0.4     電流密度為：j=6A/mm^2可以計算得磁芯所需的 AP 值為：

    根據 AP 值，選擇 RM5 作為電感磁芯：

    RM5 的 Ae 面積如下，可以計算電感所需要的匝數：

    電感需要大約 67 匝。

    根據之前計算的電流 RMS 值，和設定的電流密度 j，選擇 AWG30 來(lái)繞制電感。

    選用 1 股 AWG30 作為繞組。

2、測試結果

    根據以上分析和設計，制作了樣機并驗證其性能，實(shí)驗結果如下。

2.1效率測試

2.2 PF 值

2.3 電流精度

2.4 啟動(dòng)

2.5 輸出紋波

2.6 短路保護

2.7 開(kāi)路保護

2.8 EMC 測試

3、結論

    本文分析設計了使用TPS92210 控制的臨界模式buck 變換器。 分析了TPS92210臨界模式的可行性以及設置方式。詳細介紹了電感的計算和設計方法。最后制作了樣機驗證了分析和計算的正確。保證了TPS92210 用于非隔離恒流LED 驅動(dòng)電源的可行性。