一般而言，使用升壓轉換器可在終端設備達到PFC的效用。功率因素的定義如下：實際功率與輸送至系統的表觀功率兩者之間的比例。PFC升壓控制IC會強制輸入電流依循經過整流的AC線路電壓波形，以達到高功率因素。升壓輸出會饋入隔離的DC/DC轉換器，以產生系統所需的電壓，這會導致雙重轉換，進而嚴重限制可發揮的最大效率。即使兩個功率級達到94％的效率，不過合計的效率只有88％（0.94×0.94＝0.88）。不進行第二次轉換能夠提升電源供應的效率，並且節省電源，同時降低散熱負載。

對於升壓轉換器，DC輸出電壓必須高於峰值輸入電壓。就需要以265VAC輸入運作的系統而言，輸出必須大於375VDC。在LED街燈應用中，輸出電壓會隨著各個LED的正向電壓降幅及串聯燈串的LED數量而變化。白色LED的正向電壓降幅一般是3.5V，不過容差相當大。串聯燈串的LED數量需視應用而定，不過總輸出電壓幾乎都低於375VDC，因此不需要使用升壓轉換器。圖 一顯示，為了調節LED電壓，轉換器必須針對輸入電壓低於輸出電壓的50Hz/60Hz週期部份進行升壓，並針對其餘部份進行降壓。SEPIC轉換器大概是能夠執行此一功能的最基本非隔離式拓樸。

《圖一　一般而言，LED街燈的輸出電壓低於峰值AC輸入電壓，因此需要能夠降壓及升壓的驅動器。》 - BigPic:800x596

圖二顯示升壓及耦合電感SEPIC的簡化PFC電路。由於主電源FET來源是連接於兩個拓樸的一次側接地，因此很容易控制。不論運作模式如何，幾乎任何升壓PFC控制器都適用於SEPIC配置。在間斷傳導模式（DCM）中運作較為有利，因為這不會導致與持續傳導模式（CCM）中出現的輸出二極體反向復原有關的額外功率耗損。

不過，DCM會導致較高的峰值電流，因而引發潛在的電磁干擾（EMI）問題，並且在磁性元件中產生高頻率AC電流。在轉換模式（TM）中以DCM及CCM極限運作，能夠有效運用DCM，同時有效減少峰值電流。由於峰值電流相對較高，因此轉換模式只能夠輸出150W以下的電源。

《圖二　升壓及SEPIC PFC電路的簡化示意圖。》 - BigPic:800x276

圖三顯示TM升壓的線路電流波形，以及具有不同輸出電壓的TM SEPIC設計。在許多應用中，失真的程度相當低，因此能夠提供適當的功率因數，並滿足所有的線路諧波需求。

《圖三　TM升壓可達到低失真程度及良好的功率因數，而TM SEPIC失真及功率因數則須視輸出電壓及峰值輸入電壓兩者的比例而定。》 - BigPic:800x363

圖 四顯示針對供電給80顆串聯白色LED的230VAC輸出所用的TM PFC SEPIC示意圖。串聯的電壓降幅介於256VDC與304VDC之間。LED電流由R8偵測，並且由控制器（U2）調節為350mA。此控制器可等候耦合電感的所有電能耗盡，再開始新的開關週期，以確保轉換模式運作無誤。監控零電流偵測（ZCD）接腳上輔助繞組的電壓，即可偵測電感中的電能。輔助繞組也可用於將偏壓電源供應給IC。

《圖四　此一簡易電路可有效達到PFC及LED電流調節。》 - BigPic:1000x512

在50Hz或60Hz的兩倍線路頻率下，PFC轉換器會將電源從輸入傳輸至輸出，這會在輸出電容（C5）上產生100Hz或120Hz漣波電壓。將此一漣波電壓除以LED串聯燈串阻抗，即可得出LED中100Hz/120Hz漣波的量。一般而言，這必須小於平均LED電流的20％。在100Hz/120Hz及切換頻率下，輸出電容也有大量的RMS電流，不過，以限制LED漣波電流的方式選用電容，通常能夠得出充分額定的電容。圖五顯示此一範例的LED輸出電流。

《圖五　LED電流包含100Hz漣波分量。》 - BigPic:800x546

PFC控制器必須調節高輸出電壓，因此，反饋接腳通常有相對較高的參考電壓。在此電路中，參考電壓為2.5V。為了減少LED電流偵測電阻的耗損，會使用圖四顯示的TLV431A在反饋接腳中加入偏移。如此的偏移會將偵測電阻的耗損減少0.44W，使效率提升0.5％。圖六顯示此一設計的最終效率及功率因數。

《圖六　此一設計能夠以0.96以上的功率因數達到90％以上的效率。》 - BigPic:1000x393

如果只使用單一功率級，此一100W設計很容易就能夠達到90％以上的效率，而且功率因數為0.96以上，這已經相當適合大多數的應用。在最低限度的元件數、精確的電流調節、高功率因數及效率等條件下，可能會想要在日後設計LED街燈應用時考慮採用PFC SEPIC。

---作者Brian King現任德州儀器應用工程師，另擔任德州儀器技術小組成員---

參考資料：

• [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.