一般而言，使用升压转换器可在终端设备达到PFC的效用。功率因素的定义如下：实际功率与输送至系统的表观功率两者之间的比例。PFC升压控制IC会强制输入电流依循经过整流的AC线路电压波形，以达到高功率因素。升压输出会馈入隔离的DC/DC转换器，以产生系统所需的电压，这会导致双重转换，进而严重限制可发挥的最大效率。即使两个功率级达到94％的效率，不过合计的效率只有88％（0.94×0.94＝0.88）。不进行第二次转换能够提升电源供应的效率，并且节省电源，同时降低散热负载。

对于升压转换器，DC输出电压必须高于峰值输入电压。就需要以265VAC输入运作的系统而言，输出必须大于375VDC。在LED街灯应用中，输出电压会随着各个LED的正向电压降幅及串联灯串的LED数量而变化。白色LED的正向电压降幅一般是3.5V，不过容差相当大。串联灯串的LED数量需视应用而定，不过总输出电压几乎都低于375VDC，因此不需要使用升压转换器。图 一显示，为了调节LED电压，转换器必须针对输入电压低于输出电压的50Hz/60Hz周期部份进行升压，并针对其余部份进行降压。SEPIC转换器大概是能够执行此一功能的最基本非隔离式拓朴。

《图一 一般而言，LED街灯的输出电压低于峰值AC输入电压，因此需要能够降压及升压的驱动器。》 - BigPic:800x596

图二显示升压及耦合电感SEPIC的简化PFC电路。由于主电源FET来源是连接于两个拓朴的一次侧接地，因此很容易控制。不论运作模式如何，几乎任何升压PFC控制器都适用于SEPIC配置。在间断传导模式（DCM）中运作较为有利，因为这不会导致与持续传导模式（CCM）中出现的输出二极管反向复原有关的额外功率耗损。

不过，DCM会导致较高的峰值电流，因而引发潜在的电磁干扰（EMI）问题，并且在磁性组件中产生高频率AC电流。在转换模式（TM）中以DCM及CCM极限运作，能够有效运用DCM，同时有效减少峰值电流。由于峰值电流相对较高，因此转换模式只能够输出150W以下的电源。

《图二 升压及SEPIC PFC电路的简化示意图。》 - BigPic:800x276

图三显示TM升压的线路电流波形，以及具有不同输出电压的TM SEPIC设计。在许多应用中，失真的程度相当低，因此能够提供适当的功率因子，并满足所有的线路谐波需求。

《图三 TM升压可达到低失真程度及良好的功率因子，而TM SEPIC失真及功率因子则须视输出电压及峰值输入电压两者的比例而定。》 - BigPic:800x363

图 四显示针对供电给80颗串联白色LED的230VAC输出所用的TM PFC SEPIC示意图。串联的电压降幅介于256VDC与304VDC之间。LED电流由R8侦测，并且由控制器（U2）调节为350mA。此控制器可等候耦合电感的所有电能耗尽，再开始新的开关周期，以确保转换模式运作无误。监控零电流侦测（ZCD）接脚上辅助绕组的电压，即可侦测电感中的电能。辅助绕组也可用于将偏压电源供应给IC。

《图四 此一简易电路可有效达到PFC及LED电流调节。》 - BigPic:1000x512

在50Hz或60Hz的两倍线路频率下，PFC转换器会将电源从输入传输至输出，这会在输出电容（C5）上产生100Hz或120Hz涟波电压。将此一涟波电压除以LED串联灯串阻抗，即可得出LED中100Hz/120Hz涟波的量。一般而言，这必须小于平均LED电流的20％。在100Hz/120Hz及切换频率下，输出电容也有大量的RMS电流，不过，以限制LED涟波电流的方式选用电容，通常能够得出充分额定的电容。图五显示此一范例的LED输出电流。

《图五 LED电流包含100Hz涟波分量。》 - BigPic:800x546

PFC控制器必须调节高输出电压，因此，反馈接脚通常有相对较高的参考电压。在此电路中，参考电压为2.5V。为了减少LED电流侦测电阻的耗损，会使用图四显示的TLV431A在反馈接脚中加入偏移。如此的偏移会将侦测电阻的耗损减少0.44W，使效率提升0.5％。图六显示此一设计的最终效率及功率因子。

《图六 此一设计能够以0.96以上的功率因子达到90％以上的效率。》 - BigPic:1000x393

如果只使用单一功率级，此一100W设计很容易就能够达到90％以上的效率，而且功率因子为0.96以上，这已经相当适合大多数的应用。在最低限度的组件数、精确的电流调节、高功率因子及效率等条件下，可能会想要在日后设计LED街灯应用时考虑采用PFC SEPIC。

---作者Brian King现任德州仪器应用工程师，另担任德州仪器技术小组成员---

参考数据：

• [1]Download the UCC28810 datasheet and other technical documents here: www.ti.com/ucc28810-ca.





• [2]This article presented a solution for non-isolated LED streetlights. Watch this video clip for isolated LED streetlight and PFC applications: http://community.ti.com/media/p/26871.aspx.