双输出单级PFC变换器驱动高亮LED的方法

　　摘要： 提出了一种工作于断续模式（ DCM） 双输出单级反激功率因数校正（ PFC） 变换器驱动高亮LED 的方法。为了避免变换器两路输出的交叉影响，应用时分复用方法实现了每一条输出支路电流的独立调节，提高了驱动器的可靠性； 由于此方法只用到一个磁性元件即可实现两路恒流输出，进而降低了驱动器的成本； 变换器工作在DCM、定频、定占空比时，可获得较高的功率因数。最后通过仿真与实验验证本文研究结果的正确性与有效性。

　　1 引言

　　如今，LED 已经广泛应用于液晶背光、汽车、交通灯以及通用照明。根据IEC 61000-3-2 C 类法规，需要对大于25W 的LED 通用照明驱动器进行功率因数校正（ Power Factor Correction，PFC） ，因此低成本的功率因数校正方案成为关注的研究课题。

　　AC /DC 变换器中常见的有源功率校正（ Active PowerFactor Correction，APFC） 电路是两级PFC 电路，前一级电路用来进行功率因数校正，后一级电路用作DC /DC 变换器。由于存在两个级联功率级，这一类电路的尺寸和成本通常都比较高，因此，出现了另一类APFC 拓扑，这类拓扑把PFC 电路和DC /DC变换器集成在一起，它们共用一个有源功率开关，成为单级AC /DC 变换器，进而降低了成本，这种APFC 电路现在已经广泛应用于镇流器，充电器中。

　　将多路输出变换器作为LED 驱动器，可实现用一个变换器满足多个不同等级的恒流输出需求，从而降低了驱动器的成本。而传统的多路输出变换器，如变压器耦合方式，加权反馈调节方式，虽可实现多路恒压输出，但不能实现多路恒流输出。基于此，本文提出了一类双输出单级反激PFC 拓扑。

　　此类拓扑在DCM 下，即可实现各路独立调节的恒压输出，也可实现各路独立调节的恒流输出，并且实现了功率因数校正。为了避免变换器两路输出的交叉影响，应用时分复用方法实现了每一条输出支路电流的独立调节，从而可使每路分别驱动不同类型的LED，而且驱动器其中一路故障不会影响另一支路的正常输出，提高了驱动器的可靠性； 由于此方法只用到一个磁性元件即可实现两路恒流输出，整流桥后不需要大的高压储能电容，进而降低了驱动器的成本。变换器工作在DCM、定频、定占空比下，还可获得较高的功率因数。最后通过仿真与实验验证了本文研究结果的正确性与有效性。

　　2 独立调节双恒流输出反激拓扑

　　图1 为独立调节双路恒流输出单级反激PFC变换器的拓扑图及其开关时序。图1 （a） 为独立输出绕组型拓扑，两路输出分别由两个独立绕组提供。

　　图1（ b） 为共用输出绕组型拓扑，两路输出由同一个绕组分时提供。无论是独立输出绕组型还是共用绕组型，若两个电路满足D1a + D2a 《 0. 5，并且D1b +D2b 《 0. 5，则可使两路工作在互补的相位Фa和Фb，通过时分复用信号TMS （ Time-Multiplexing Signal，TMS） 分别对两路进行复用控制。如图1 （ c） 所示，当Soa = 1，变换器对A 路输出进行调节，原边开关电流Ip在D1aT 阶段线性上升，在D2a T 续流阶段电流Isb线性下降，D3a T = （ 1 - D1a - D2a） T 时，电流Isb为零，此时，变换器处于DCM 工作模式； 当Sob = 1，变换器对B 路输出进行调节，若B 路工作时变换器也处于DCM 工作模式，就可实现两路无交叉影响控制。

　　图1 独立调节双路输出单级反激PFC变换器及其开关时序

　　Flyback 变换器在DCM 模式下具有天然的PFC能力，输入电流可以自动跟踪输入电压且保持较小的电流失真。如果变换器工作在DCM、定频、定占空比下，变换器可以获得较高的功率因数。对于本文提出的双路输出反激变换器，在DCM 模式无交叉影响的条件下，如果每一路均可以实现较高的功率因数，那么整个变换器也可以实现较高的功率因数。

　　3 功率因数校正控制实现

　　如图2 所示为电压型PWM 控制双输出单级反激PFC LED 驱动器及控制实现。每路均采用LED串联方式连接。A、B 两路输出电流的采样电压Voa、Vob分别与两个参考电压Vref1、Vref2进行比较，再通过误差比较器产生误差信号Ve1、Ve2.锯齿波信号Vsaw同时与这两个误差信号进行比较产生C1，C2 信号。

　　由时分复用信号产生器产生的时分复用信号TMS给选择器提供选择信号，进而决定在一个周期内控制器选择每路的占空比信号C1 或C2.选择器的输出信号Vs1经过隔离后作为主开关Q1 的驱动信号，而时分复用信号Vsa（ TMS） 及其互补信号Vsb分别作为开关Q2、Q3 的驱动信号。

　　图2 双路输出单级反激PFC 驱动器及控制环路示意图。