当输出电压Vo绝对值大于开启电压Von时,负载等效为Ro,输入输出传递函数为:
根据负载特性,当|Vo| <Von时,应尽快使得|Vo|上升至Von,以使得LED尽快点亮。从而可使得式(12)的谐振频率等于S2的开关频率fs=45kHz即:
当输出电压Vo绝对值大于开启电压Von时,同时希望Vo变化速度变慢使得LED持续导通,输入输出传递函数的增益也有所要求,增益值必须足够高使得输出电压可达到LED最高承受电压值。即:
式中:Vomax为输出电压的峰值,Vimax为|Vcc/2|的最大值。结合式(10)~(12)可得在满足式(13)等式条件下,根据式S95H的限制条件,可选择电感L2应小于0.45mH.
我们的设计目标为输出功率20W,输出最高峰值电压不超过34V.每串LED负载开启电压为23.5V,等效内阻为7Ω,流过最大峰值电流不超过1.5A.因此,选择电感r6值分别为50、100、150、200uH得到图3的仿真波形,根据增益和谐振频率限制条件,取L2=100uH,再由式(12)可得C2=133nF.
图3 带负载情况下带输入-输出传递函数Bode图
通过以上的理论分析,我们对图1中没有PFC校正电路和有PFC校正电路进行了仿真分析,如图4和图5所示。通过仿真分析可知,图1的拓扑电路结构和参数的选择是可行的。
图4 无PFC的输入交流电压和交流电流仿真波形
图5 有PFC的输入交流电压和交流电流仿真波形
2 实验验证
根据前面的理论分析,我们制作了AC LED 灯的控制模块,其设计参数以仿真数据为依据,输入交流电压Vin为220V,S1开关频率为20 kHz,S2和S3开关频率为30 kHz;主功率电感L1为0.865 mH;谐振电感L2为0.1 mH,储能电容C1和C2都为1.2 mF;谐振电容C3为133 nF,开关管的PWM 信号由DSP 产生。图6 为在图1 中没有PFC 电路时测试的电源输入端的交流电压和交流电流测试波形,图7 为有PFC 电路时测试的电源输入端的交流电压和交流电流测试波形。