LED照明與白熾燈，鹵素燈，熒光燈和燃氣/弧光燈相比具有許多潛在的優勢。它具有更長的壽命，更高效，并且沒有汞。隨著歐洲和加拿大以及很快在美國禁止使用白熾燈，LED燈越來越受到關注。為了實現高功率因數，可以使用無源功率因數校正（PFC）或有源PFC。通常，無源PFC解決方案需要大的無源元件，因此難以安裝小尺寸的燈泡插座。傳統的有源PFC電路需要兩級拓撲，例如，用于PFC的升壓級，然后是用于LED的電流調節的降壓或反激級。顯然，兩個階段的成本很高，而且規模太大。為了提高效率并減小電路尺寸，應使用非隔離拓撲結構。本文介紹了一種用于LED燈的單級，高功率因數，非隔離，離線降壓轉換器。由于其簡單，小尺寸和低成本，降壓轉換器被選擇用于該應用。轉換器以恒定峰值電流和轉換模式（CCM和DCM之間的邊界模式）工作，以實現軟開關。通過在輸入AC線接近輸出LED電壓的位置附近重新形成峰值電流來實現高功率因數。

建議的電路

圖1顯示了所提出的單級降壓LED驅動器。轉換器以轉換模式運行;有時它被稱為連續模式和不連續模式之間的邊界模式。如果電感電流處于邊界模式，則平均LED電流恰好是峰值電感電流的一半。如果保持電感器的峰值電流，則LED電流可以很好地調節，而無需檢測LED電流，這極大地簡化了電路設計。由于轉換器在轉換模式下工作，因此MOSFET在零電流時導通，并且續流二極管沒有反向恢復電流。這有利于EMI和效率。

圖1：單級降壓LED驅動器的原理圖。

如果電感電流恒定，電路的功率因數將是非常差并且輸入電流波形在過零期間將顯著失真（輸入交流電壓接近輸出LED電壓）。如果有辦法減小零交叉附近的電流幅度，則可以提高功率因數。過渡模式PFC控制器L6562A用于實現此目的。 L6562A是在轉換模式下工作的電流模式PFC控制器（CCM和DCM之間的邊界模式）。其線性乘法器使轉換器能夠根據輸入電壓調整交流輸入電流波形。 L6562A的框圖如圖2所示。

圖2：L6562A的框圖。

近零交叉，控制器的乘法器功能將有效降低電感電流。在其余時間，電感峰值電流保持恒定在指定的水平，以保持恒定的LED電流。

在設計過程和電路的操作中需要考慮以下公式：

輸入電壓：Vin（θ）=√2* Vin * sin（θ），Vin = 120 VAC輸出電壓：串聯9個LED，Vout 30 V輸出電流：Iout = 350 mA

設計變量是電感的峰值電流Ipk和電感為L.

當Q1導通時，電感將充電至Ipk。準時將是：

關閉時間將是：

切換周期的周期將是：

占空比D將是：

切換將在Vin》 Vout時發生。

頻率為：

開關頻率在線路周期內會發生變化，這有利于EMI，因為它可以擴展頻譜最大頻率發生在峰值輸入電壓：

如果理想條件，Ipk將為700 mA。實際峰值將高于該值，因為當輸入電壓低于LED電壓時存在死區時間，并且在輸入線電壓接近LED電壓的時段附近峰值電流減小。如果我們選擇?swmax的最大開關頻率小于150 KHz，從上面的等式，我們可以得到：

轉換器的操作是如下：

t0到t1的周期是輸入電壓低于LED電壓的時間。在［t0，t1］期間，由于輸入電壓低于LED電壓，因此沒有電感電流。

t1到t3的周期是輸入電壓高于LED電壓但是它們接近。在［t1，t2］期間，Q1在時間t1接通。電感電流在t1達到峰值。在此期間，峰值幅度將低于恒定值Ipk。峰值由乘法器輸入確定。

在［t2，t3］期間，Q1在t2處關閉。在t3，電感電流將減小到零。在時間t3，控制器的ZCD引腳將檢測到ZCD信號為低電平，并在t3再次接通Q1。 Q1在零電壓時導通，并且續流二極管沒有二極管反向恢復問題。電感的耦合繞組提供ZCD信號。

t4到t6的周期是峰值線電壓。在［t4，t5］期間，Q1在時間t4接通。電感電流在t4達到峰值。峰值幅度是預定義的常數值Ipk。在［t5，t6］期間，Q1在t5關閉。在t6，電感電流將減小到零。在時間t6，控制器的ZCD引腳將檢測到ZCD信號為低電平并再次打開Q1。

圖3：轉換器關鍵波形圖示。

LED將看120 Hz波紋。輸出濾波電容Cout是將紋波降低到所需值的必要條件。

測試結果

圖4顯示了輸入電流波形與建議的功率因數校正。輸入功率因數高于0.88。轉換器的效率高于89％。圖5顯示了電感電流包絡與輸入電壓的關系，圖6顯示了LED電壓和電流，圖7顯示了最終電路板。

有關電路細節和BOM，請參考STMicroelectronics應用筆記3256.

圖4：輸入電壓和輸入電流以及功率因數校正。

圖5：電感電流包絡與輸入電壓的關系。

圖6：LED電壓和LED電流。

圖7：完成的電路板。

在轉換模式下運行提供有利于降低開關損耗并減少EMI頻譜的擴散。降壓轉換器通過在沒有LED電流感測的情況下在電感器恒定峰值電流下操作來實現LED恒定電流，并且當輸入線電壓接近輸出LED電壓時通過重新整形電流波形來實現高功率因數。該解決方案簡單，成本低，體積小，適用于白熾燈替換應用。