随着半导体技术的飞速发展，近年来，LED的发光效率得到了巨大的提升，这使得功率LED取代传统的照明器件成为可能。相对于目前应用最为广泛的荧光灯，LED光源具有寿命长、体积小、安全环保以及不易破损等优点。为了规范LED照明市场，美国能源之星规定商用固态照明功率因素必须高于0.9，住宅用的固态照明功率因素必须高于0.7。为了满足相关标准，LED驱动电源必须使用PFC电路。对于住宅用的低功率应用，无源PFC可以满足要求，但是无源PFC要求大尺寸的电容或者电感，并且PF值不能做到很高（通常低于0.9）。而传统的两级有源PFC电路尽管能达到很高的PF值（通常高于0.95），但是控制电路相对复杂，成本也随之增加。
近年来发展起来的单级PFC反激式变换器很好地解决了以上问题。这种拓扑在传统反激式变换器的结构基础上省去了输入电解电容，在实现高PF值的同时满足了低成本的要求。本文从单级PFC反激式变换器的基本原理推导出变压器的计算方法，并通过对原型样机的测试来验证分析结果的正确性。
1单级PFC反激式变换器原理分析
对于传统的反激式变换器，由于输入端整流桥后滤波电容的存在，导致输入电流变为钟形脉冲，不能跟随输入电压，导致PF值降低[4]。如果取消输入滤波电容，输入直流可以表示为以下形式：
（1）
在输入线电压和输出功率一定时，如果保持反激式变换器的开关导通时间为常数，在开关导通期间，变压器初级电感电流将随时间线性上升，初级峰值电流的表达式如下：
（2）
可见在恒定导通时间的情况下，初级电感峰值电流的包络跟随输入电压。如果使变换器工作在临界模式，初级电感的平均电流包络也跟随输入电压，幅值等于初级电感峰值电流的一半。图1所示为临界模式下恒定导通时间反激式变换器的初级电流波形。输入平均电流等于初级电感平均电流与占空比的乘积。因此平均电流也近似为正弦波，这就实现较高的PF值。输入平均电流表达式如下：
（3）
对于反激式变换器，占空比有如下表达形式：
（4）
其中Vor为输出反射电压。
图1 单级PFC反激式变换器初级侧电流波形
从上面的推导可以看出，当输入线电压越高时，半个线电压周期内的平均占空比越小，平均输入电流波形与输入电压波形的近似程度就越差。因此当输出电压和输出功率一定时，单级PFC反激式变换器的功率因素随输入线电压的升高而降低。
2 单级PFC反激式变换器的实现方式
图2给出了使用Linear Technology的离线式反激控制器LT3799构成的高PF值LED驱动电源的原理框图。电流比较器A1的两个输入端分别是乘法器的输出和开关管的初级电流。乘法器的两个输入端分别来自误差放大器输出电流和与输入线电压成比例的电流信号。在稳定状态下，乘法器输出电流波形和线电压整流后波形一致，则初级侧电感峰值电流包络跟随输入线电压整流后的包络，从而实现了较高的PF值。
误差放大器A5通过内部电阻R与外部补偿电容C7配置成积分器的形式，三个同相输入端CTRL1、CTRL2和CTRL3中电位最小的引脚决定了积分器的输出电压[5]，也就决定了初级电感峰值电流。在临界工作模式下，LED输出电流可以表达为以下形式：
（5）
其中n为变压器的初次级匝比。因此，通过R10和R12设定CRT1脚的电压就可以控制初级电感峰值电流，从而设定输出LED平均电流。