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LED照明應用之臨界導通模式與非連續模式 PFC設計比較
 

【作者: Alex Craig】   2015年06月24日 星期三

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致力於 LED 照明應用的工程師必須不斷關注對功率因數(PF)、整體諧波失真 (THD)及效率方面日益演變的法規要求。對於正常線電壓下功率大於 5 瓦特的設計,監管機構現在通常要求功率因數校正(PFC)大於 0.9。但監管機構不斷嚴化要求,PFC 的功率須越來越低是趨勢。


對 THD 要求方面的類似舉措亦在醞釀當中。對於功率大於 25 瓦特的應用,監管機構目前要求 THD 小於 25%。但我們已經開始看到,在許多應用中,全球監管機構進一步要求 THD 降至小於 10%。雖然目前對燈泡應用沒有具體的 THD 要求,設計者可以預見未來的趨勢顯而易見。在這些趨勢下,顯然如今致力於 LED 照明應用的設計者們需要在盡可能廣泛的工作電壓下實現盡可能高的 PF 與盡可能低的 THD。


就效率而言,監管機構對功率低於 20 瓦特的應用設定了某些標準。在該電壓下,非可調光電源需要達到至少 85% 的效率(正常線電壓)。對於使用相位調變調光的照明應用,監管機構的要求有所下降,因為調光電路需要使用外部元件,而其必有固定的功耗。但再次重申,監管機構要求實現更高效率的趨勢顯而易見。


在照明應用中,大多數交流輸入及隔離電壓設計使用返馳式電路來滿足PFC要求。此單級返馳式 PFC解決方案通常包含臨界導通模式(CrCM)控制 IC,該控制 IC 於固定導通時間及可變關斷時間下運作。此方法可在輸出時實現卓越的恆定電流或恆定電壓調節。但它最初是用於升壓 PFC 應用,而非單級返馳式應用。憑藉為實現負載控制所做的電路改造以及新增的快速啟動電路,設計者可達到要求的效率以及合理的PF及THD。但CrCM方法具有某些固有特性,這些應用的表現存在上限。此外,CrCM架構新增了許多影響可靠性及成本的額外元件。


另一種常用的選項是不連續模式(DCM)PFC方法。在此拓撲中,對於任何線路負載組態,電壓均在固定導通時間及固定頻率下運作。如此一來,它可以消除 CrCM 方法中產生的某些限制因數,讓設計者能夠實現更高的PF及更低的THD。


目前,Fairchild 採用兩種評測板,並且運用CrCM及DCM PFC架構制定了兩種旗鼓相當的 50W LED 照明解決方案。兩種解決方案皆運作高效,並且各自有其獨特的優勢。但 CrCM 方法提供的 PF、THD 及效率效能只能滿足 C 類照明應用的電路要求。相比之下,基於 Fairchild 全新 FL7733A 單級、初級側調節 LED 驅動器的 DCM 電路板憑藉顯著簡化的設計,遠遠超越了全部三類電路板的初始設計。鑒於監管要求日益嚴格的趨勢,DCM PFC 方法可為 LED 照明設計者提供更合適的解決方案,以期在未來應用中實現更佳效能餘量。


(本文作者Alex Craig任職於快捷半導體)


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