節(jié)能減碳是近年來(lái)全球關(guān)注的議題，根據(jù)能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，照明耗能占全球總能耗之19.5%.LED相較于其他照明燈源更為省電、長(zhǎng)壽命且具環(huán)保概念，使得LED市場(chǎng)于近年來(lái)擴(kuò)張迅速。LED搭配燈具設(shè)計(jì)，于居家、展會(huì)、工業(yè)照明、路燈、屏幕廣告牌等應(yīng)用場(chǎng)合可取代各式光源，其應(yīng)用面廣泛與省電之優(yōu)勢(shì)已成為先進(jìn)國(guó)家推廣節(jié)能政策之方向。
　　非隔離架構(gòu)于中小功率LED方案具有成本優(yōu)勢(shì)，如采用具功率因數(shù)校正之降壓（Buck）、升降壓（Buck-boost）轉(zhuǎn)換器。但為避免人員與高電壓電源接觸之安全考慮，眾多LED應(yīng)用要求變壓器等級(jí)之絕緣，如可攜式LED驅(qū)動(dòng)電源、路燈等，甚至部份取代白熾燈或熒光燈之應(yīng)用場(chǎng)合仍求要絕緣。基于空間與成本之考慮，反激式轉(zhuǎn)換器（Flyback converter）為隔離型中小功率應(yīng)用下最為理想之架構(gòu)。雖然，LED負(fù)載特性不如一般電子負(fù)載復(fù)雜而使得設(shè)計(jì)上有許多發(fā)揮空間，但在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力下，針對(duì)系統(tǒng)客制化、共享性、強(qiáng)健度等不同應(yīng)用需求，有不同之驅(qū)動(dòng)器電路之優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮。于此，本文主要探討單級(jí)反激式轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于LED驅(qū)動(dòng)器之設(shè)計(jì)與除錯(cuò)經(jīng)驗(yàn)。
　　單級(jí)高功率因數(shù)反激式轉(zhuǎn)換器之產(chǎn)品設(shè)計(jì)考慮
　　為提高能源使用效益，全球各地能源部針對(duì)照明類(lèi)有獨(dú)立規(guī)范，總諧波失真（THD）較多規(guī)范小于20%，部份地區(qū)（如俄羅斯）則更須符合10%，各次諧波失真則參照EN61000-3-2之Harmonic Class C單元。若為外置式電源，廠商須參照加州能源法（CEC）與歐盟指令（EuP）之平均效率與待機(jī)功耗做為設(shè)計(jì)依據(jù)。傳統(tǒng)升壓型功率因數(shù)修正電路搭配反激式轉(zhuǎn)換器之雙級(jí)架構(gòu)可輕易符合THD規(guī)格需求，但考慮中小功率應(yīng)用之成本與體積，具功率因數(shù)修正之單級(jí)反激式轉(zhuǎn)換器（Single stage Flyback Converter with PFC）不僅整機(jī)效率更高，更能貼近電源設(shè)計(jì)廠之需求。原因在于驅(qū)動(dòng)LED相較于其他型電子負(fù)載或充電器可容許較大的輸出漣波電流，且較少考慮到保持時(shí)間（Hold-up time），因此大幅降低儲(chǔ)能組件之體積。
　　單級(jí)高功率因數(shù)反激式轉(zhuǎn)換器在LED電源廠已被廣泛采用，單級(jí)轉(zhuǎn)換器在控制架構(gòu)上分為次級(jí)調(diào)節(jié)（Secondary Side Regulation， SSR）與初級(jí)調(diào)節(jié)（Primary Side Regulation， PSR），后者使控制電路設(shè)計(jì)更加精簡(jiǎn)。為節(jié)省變壓器體積并提升效率，中小功率常選擇操作在臨界導(dǎo)通（Critical Conduction Mode， CrM）或不連續(xù)導(dǎo)通模式（Discontinue Conduction Mode， DCM）。目前各家半導(dǎo)體廠提出之解決方案皆能達(dá)成小范圍之定電流誤差及完善的保護(hù)功能，工程師毋須額外費(fèi)心設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的控制電路。然而，電源設(shè)計(jì)時(shí)得全盤(pán)考慮所有規(guī)格，除錯(cuò)實(shí)務(wù)并未全然涵蓋于IC應(yīng)用手冊(cè)，若能第一時(shí)間掌握設(shè)計(jì)概要?jiǎng)t可縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。因此，以下針對(duì)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)部份匯整常見(jiàn)之問(wèn)題并做進(jìn)一步的探討與分享：
　　（a）定電流精準(zhǔn)度問(wèn)題
　　初級(jí)調(diào)節(jié)多操作在BCM或DCM模式，藉由已知的繞組圈數(shù)，透過(guò)精密電阻偵測(cè)初級(jí)峰值電流與輔助繞組偵測(cè)次級(jí)泄磁時(shí)間以推算輸出電流。然而此模式下有幾項(xiàng)因素影響定電流精準(zhǔn)度：
　　1.導(dǎo)通延遲時(shí)間（Propagation delay）：來(lái)自于IC放大級(jí)與功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的延遲，高低電壓輸入的影響能量傳遞。此誤差無(wú)法藉由人工調(diào)節(jié)縮小差異，最簡(jiǎn)易方式為透過(guò)輸入電壓偵測(cè)值進(jìn)行峰值電流補(bǔ)償以縮小高低壓輸入之差異，可透過(guò)繞組或高壓線性方式來(lái)達(dá)成，如圖1所示。
　　2.峰值電流偵測(cè)誤差：源自于峰值電流偵測(cè)電阻與經(jīng)過(guò)低通濾波器后訊號(hào)之差異，控制IC在取樣（Sample）至維持（hold）過(guò)程中存有愈長(zhǎng)的空白時(shí)間將造成偵測(cè)之電流低于實(shí)際電流，此與IC取樣速度相關(guān)。由于此型誤差為定向關(guān)系，可藉由電阻微調(diào)改善。
　　3.泄磁偵測(cè)延遲：IC藉由判斷輔助繞組諧振至低準(zhǔn)位作為次級(jí)電流截止之依據(jù)，但在諧振期間已無(wú)存在次級(jí)電流，故造成次級(jí)泄磁時(shí)間之偵測(cè)誤差，如圖2所示。此誤差嚴(yán)重程度與取決于雜散電容與變壓器激磁電感之諧振周期相關(guān)，若減小并聯(lián)之雜散效應(yīng)將加劇電磁干擾之高頻段部份。建議以外部補(bǔ)償方式克服。