低PF非隔离LED电源原理概述
——声明：转自今天收到的微信文章。
精灵工作于A公司已有4年时间，每年都会见到15个左右的应届毕业生，这些毕业生会分配给各个工程师当助理。2年后，这些毕业生也成为了助理工程师或工程师，能够承担项目开发。3-4年后，这些新工程师又会带毕业生了。一届带一届，非常不错。可惜，事实并非外表所见。
这些工程师，一拿到新方案做产品，就迫不及待地拿芯片厂商的Excel计算文档进行计算。我问他们，你知道Excel为什么要这样算？他们直摇头。 上个星期，有个来公司工作2年的工程师，新用一款简单的芯片—MT7810，还问我这芯片变压器怎么算，怎么弄。精灵就把他叫过来，拿起笔记本，比划了好半天才大概让他懂了。现在把关键点发出来共享下。 先上原理图：![]()
1、上电启动：上电后，整流桥后VM为典型的馒头波，220Vac输入的话，VMmax=220*1.414V=310V。Rst1和Rst2串联给C2充电，C2达到Vcc工作电压点后芯片正式启动。
2、MOS导通：(假设Co电容已充满电)芯片GATE脚输出高电平，MOS导通时，此时加载L两端的电压为：VL1=VM-Vo，这里忽略了MOS导通时DS两端的电压和Vcs电压，因为实在太小了。此时L上的电流是呈线性上升的。δi=V*δt/L，变换下也即 VL1=L*δi/δt1。δt1为开通时间，也即Ton。
3、MOS关断：当L上电流上升到一定程度，也即Rcs端电压达到限值时，MOS就关断了。这就是典型的峰值电流控制模式。MOS关断后，续流二极管D就发挥作用了，电流从L经过D流向输出。VL2=Vo+VD；其中VD就是二极管D两端电压，只有0.5V左右，相比几十V输出也忽略了。简化为 VL2=Vo；此时，电感放电，放电负载恒定，所以是电流线性下降的。VL2=Vo=L*δi/δt2。δt2为关断时间，也即Toff。
把MOS导通和关断两部分内容联合起来：δt1+δt2=T，T也就是工作周期(MT7810工作在BCM模式)，周期f=1/T。把VL1和VL2两个公式推导下：(具体就不解释了，使劲凑就行)L=Vo（1-Vo/VM）/（f*δi），这样电感量L就和工作频率f联系起来了，可以明显看出，L和f是负相关的，这种芯片，f一般定在40-60K之间。好像要计算L，还得知道δi呐。δi=？![]()
MOS关断和导通过程中，可以发现 电感电流iL始终和输出电流是相等的，因为LED串和L始终是串联的。所以电感上的平均电流Iavg=Io，电感电流峰值Ipk=2Iavg=2Io。所以δi=2Io，VL1和VL2两式中的δi是同一个。此时根据 L=Vo（1-Vo/VM）/（f*δi），设定f，就可以计算得到L了。f跟L是负相关的。我们还可以得出：VL1*δt1=VL2*δt2，也即Von*Ton=Voff*Toff，这就是著名的伏秒定理，任何稳定的开关电源都必须遵守。更可以得出：占空比 D=V0/VM。Rcs=Vcs/δi。 参数计算到此为止，我们得到了电感量L，接下来怎么办？那就是实际的应用了，我们需要根据L定制变压器(电感）。这里用到公式 δB=L*δi/（N*Ae），N是匝数，Ae是磁芯有效面积。为了变压器不饱和，我们使δB<0.3，(灯具产品可＜0.32)。这样，你就可以根据手上这个磁芯，计算出几匝数了。匝数N来了，那漆包线用什么呢，我们取电流密度J=6-8A/mm2。温度低J可取大些。I=J*S，这里的I可认为就是输出电流Io，S就是导线的截面积了。 那我们来个实例，MT7810做20W，220V输入，输出300mA。变压器怎么算？ 1.L=Vo（1-Vo/VM）/（f*δi），δi=2Io=0.6A，Vo=60V(怎么算？ 不解释)，fmax取60K，VM=310V，这样L=1.35mH。 2.δB=L*δi/（N*Ae），δB=0.3，EE13磁芯Ae=17mm2，N=160 3. I=J*S，S=3.14*D2/4，D是导线直径。I=0.3A，J取6吧(球泡灯内部温度较高)，这样D=0.23mm(0.23为标准漆包线)。
精灵告诉这位小伙子，你按这个参数去做吧，不过我提醒你，你的工作频率应该只有55K左右，即使你输出就是60V丝毫不差。 一天后，这小伙子来了，大惊：*师傅，神了，频率确实只有55K，看来理论分析还是有偏差的。 我说并不是计算偏差，而是理论分析粗糙了，我让他把变压器上的电流波形测出来，近似如下图：![]()
可以发现，虽然是BCM模式，但其实中间还是有点时间间隙的，精灵以为这是导致理论频率比实际频率高的原因。至于为什么会有这个时间间隙，这得考虑到芯片的对电感电流过零点的检测原理说起，中间会有一个延迟。
一直想回避深入的问题，因为自己也不是全明白。可是有疑虑的网友还是在问：低PF的驱动IC，如何检测电感的零电流的？驱动IC的OVP是如何实现的？？
翻遍了美芯晟的MT781X、晶丰的BP283X、士兰微的SD670X系列芯片规格书，国产的芯片，貌似都没有对着两个问题有所说明。所以精灵也没法确定到底芯片内部是怎么工作的，比如MT7810，内部框图简单如下：![]()
确实有个开路保护和零电感电流检测模块，可是它们是怎么工作的，没有细说，要么是不想细说(有什么秘密)，要么是没必要说(应用工程师不会去深究)。所以，精灵只能猜测估计了。
1、零电感电流检测：精灵回忆了下，好像有个芯片规格书提到过这个问题，翻了半个小时，总算找到了：(下面是一款芯片规格书中提到的)![]()
也就是说，零电感电流将到零，是通过谐振判断的(估计国内芯片都是通过类似方法控制的)。既然是先零点再谐振再判断零电流，自然中间会有个时间间隙，大概就是如下图红圈中的时间：![]()
这个时间不好测，但我估计是1us(或者几百ns)左右吧。根据LC谐振频率
，f=1000k左右，L就是变压器电感1.5mH,那么C应该是几十pF。这几十pF分布电容分布在哪里？会不会是MOS的Coss电容？(具体可以问MT、BP或SL的FAE或AE，问到了记得跟我说一声）。
2、OVP电阻为什么能起到OVP的作用：MT7810规格书上说：OVP主要是R2起作用，R1相当于只是补偿作用。这样，跟BP283x或SD670x这种IC的OVP原理应该是一样的。MT7810规格书上说：![]()
说明OVP功能和Toff之间有联系（利用了开路后的Toff来起作用）![]()
BP2832规格书上就做了相对细点的说明： (这里可以利用上一次提到的公式Vo=L*δi/δt2。δt2为关断时间，也即Toff)开路时Vo变大，Toff变短，利用Toff的限制来限制开路电压，实现OVP。
这样，伙伴们应该大概清楚了吧，其实，精灵和你们都一样，也只是做应用的。芯片规格书上没说明，我也只能大概说下了，充当了一下FAE，希望不被MT、BP的见笑了。
——声明：转自今天收到的微信文章。
精灵工作于A公司已有4年时间，每年都会见到15个左右的应届毕业生，这些毕业生会分配给各个工程师当助理。2年后，这些毕业生也成为了助理工程师或工程师，能够承担项目开发。3-4年后，这些新工程师又会带毕业生了。一届带一届，非常不错。可惜，事实并非外表所见。
这些工程师，一拿到新方案做产品，就迫不及待地拿芯片厂商的Excel计算文档进行计算。我问他们，你知道Excel为什么要这样算？他们直摇头。 上个星期，有个来公司工作2年的工程师，新用一款简单的芯片—MT7810，还问我这芯片变压器怎么算，怎么弄。精灵就把他叫过来，拿起笔记本，比划了好半天才大概让他懂了。现在把关键点发出来共享下。 先上原理图：
1、上电启动：上电后，整流桥后VM为典型的馒头波，220Vac输入的话，VMmax=220*1.414V=310V。Rst1和Rst2串联给C2充电，C2达到Vcc工作电压点后芯片正式启动。
2、MOS导通：(假设Co电容已充满电)芯片GATE脚输出高电平，MOS导通时，此时加载L两端的电压为：VL1=VM-Vo，这里忽略了MOS导通时DS两端的电压和Vcs电压，因为实在太小了。此时L上的电流是呈线性上升的。δi=V*δt/L，变换下也即 VL1=L*δi/δt1。δt1为开通时间，也即Ton。
3、MOS关断：当L上电流上升到一定程度，也即Rcs端电压达到限值时，MOS就关断了。这就是典型的峰值电流控制模式。MOS关断后，续流二极管D就发挥作用了，电流从L经过D流向输出。VL2=Vo+VD；其中VD就是二极管D两端电压，只有0.5V左右，相比几十V输出也忽略了。简化为 VL2=Vo；此时，电感放电，放电负载恒定，所以是电流线性下降的。VL2=Vo=L*δi/δt2。δt2为关断时间，也即Toff。
把MOS导通和关断两部分内容联合起来：δt1+δt2=T，T也就是工作周期(MT7810工作在BCM模式)，周期f=1/T。把VL1和VL2两个公式推导下：(具体就不解释了，使劲凑就行)L=Vo（1-Vo/VM）/（f*δi），这样电感量L就和工作频率f联系起来了，可以明显看出，L和f是负相关的，这种芯片，f一般定在40-60K之间。好像要计算L，还得知道δi呐。δi=？
精灵告诉这位小伙子，你按这个参数去做吧，不过我提醒你，你的工作频率应该只有55K左右，即使你输出就是60V丝毫不差。 一天后，这小伙子来了，大惊：*师傅，神了，频率确实只有55K，看来理论分析还是有偏差的。 我说并不是计算偏差，而是理论分析粗糙了，我让他把变压器上的电流波形测出来，近似如下图：
可以发现，虽然是BCM模式，但其实中间还是有点时间间隙的，精灵以为这是导致理论频率比实际频率高的原因。至于为什么会有这个时间间隙，这得考虑到芯片的对电感电流过零点的检测原理说起，中间会有一个延迟。
一直想回避深入的问题，因为自己也不是全明白。可是有疑虑的网友还是在问：低PF的驱动IC，如何检测电感的零电流的？驱动IC的OVP是如何实现的？？
翻遍了美芯晟的MT781X、晶丰的BP283X、士兰微的SD670X系列芯片规格书，国产的芯片，貌似都没有对着两个问题有所说明。所以精灵也没法确定到底芯片内部是怎么工作的，比如MT7810，内部框图简单如下：
确实有个开路保护和零电感电流检测模块，可是它们是怎么工作的，没有细说，要么是不想细说(有什么秘密)，要么是没必要说(应用工程师不会去深究)。所以，精灵只能猜测估计了。
1、零电感电流检测：精灵回忆了下，好像有个芯片规格书提到过这个问题，翻了半个小时，总算找到了：(下面是一款芯片规格书中提到的)
也就是说，零电感电流将到零，是通过谐振判断的(估计国内芯片都是通过类似方法控制的)。既然是先零点再谐振再判断零电流，自然中间会有个时间间隙，大概就是如下图红圈中的时间：
2、OVP电阻为什么能起到OVP的作用：MT7810规格书上说：OVP主要是R2起作用，R1相当于只是补偿作用。这样，跟BP283x或SD670x这种IC的OVP原理应该是一样的。MT7810规格书上说：
说明OVP功能和Toff之间有联系（利用了开路后的Toff来起作用）
这样，伙伴们应该大概清楚了吧，其实，精灵和你们都一样，也只是做应用的。芯片规格书上没说明，我也只能大概说下了，充当了一下FAE，希望不被MT、BP的见笑了。
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