教你设计LED照明用单级PFC高频变压器

PFC是当今电源设计当中运用的比较多的一种电源技术，PFC是功率因数矫正的缩写，其最大的特点就是能够最大程度上利用全部的电能。所以PFC经常被广泛应用于大功率高效节能电子产品当中，这其中就包括LED照明电源。一般来说，民用照明PF值必需大于0.7，商业照明必需大于0.9。对于10~70W的LED驱动电源，一般采用单级PFC来设计。即节省空间又节约成本。接下来我们来探讨一下单级PFC高频变压器设计。

以一个60W的实例来进行讲解：

输入条件：

电压范围：176~265Vac 50/60Hz

PF>0.95

THD<25%

效率ef〉0.87

输出条件：

输出电压：48V

输出电流：1.28A

第一步：选择ic 和磁芯：

Ic用士兰的SA7527，输出带准谐振，效率做到0.87应该没有问题。

按功率来选择磁芯，根据以下公式：

Po=100*Fs*Ve

Po：输出功率;100：常数;Fs：开关频率;Ve：磁芯体积。

在这里，Po=Vo*Io=48*1.28=61.44;工作频率选择：50000Hz;则：

Ve=Po/(100*50000)

=61.4/(100*50000)=12280 mmm

PQ3230的Ve值为：11970.00mmm，这里由于是调频方式工作。完全可以满足需求。可以代入公式去看看实际需要的工作频率为：51295Hz。第二步：计算初级电感量。

最小直流输入电压：VDmin=176*1.414=249V。

最大直流输入电压：VDmax=265*1.414=375V。

最大输入功率：Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W(设计变压器时稍微取得比总效率高一点)。

最大占空比的选择: 宽电压一般选择小于0.5，窄电压一般选择在0.3左右。考虑到MOS管的耐压，一般不要选择大于0.5 ，220V供电时选择0.3比较合适。在这里选择：Dmax=0.327。

最大输入电流: Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A

最大输入峰值电流：Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55A

MOS管最大峰值电流：Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A

初级电感量：Lp= Dmax^2*Vin_min/(2*Iin_max*fs_min)*10^3

=0.327*0.327*176/(2*0.39*50000)*1000

=482.55 uH

取500uH。

第三步：计算初级匝数NP：

查磁芯资料，PQ3230的AL值为：5140nH/N^2,在设计反激变压器时，要留一定的气息。选择0.6倍的AL值比较合适。在这里AL我们取：

AL=2600nH/N^2

则： NP =(500/0.26)^0.5=44

第四步：次级匝数NS：

VOR=VDmin*Dmax

=249*0.327=81.4

匝比n=VOR/Vo=81.4/48=1.696

NS=NP/n=44/1.686=26

第五步：计算辅助绕组NA

查看IC的datasheet，知道VCC为11.5~30V。在这选16V。NA=NS/(Vo*VCC)=26/(48/16)=8.67 取9。

总结

通过样品的测试，实验结果为：整机效率0.88，PF值：176V时0.989;220V时0.984;265V时0.975。变压器温升25K。在整个变压器设计过程中。简化了一些东西。比如二极管的压降。对比一下，与一般反激式的变压器有点一致。只是由于整流桥后没有接大容量的电解电容。实际的直流最低电压没有1.414倍。

利用PFC的这种特性，我们就能都设计出环保节能的大功率节能设备，在LED照明已经成为趋势的今天，掌握任何对LED设计相关的技术都是非常有必要的。所以希望大家能够通过这篇文章来彻底掌握LED照明当中的高频变压器设计，从而丰富自己的技术阅历。