一種高轉(zhuǎn)換效率高功率因素的大功率LED電源研究

　摘 要 大功率LED 照明驅(qū)動電源對LED 燈具整體的效能、壽命、維護成本有直接的影響，高轉(zhuǎn)換效率、高功率因素、簡化線路、高可靠性、減少電磁污染是對高性能LED 驅(qū)動電源的主要挑戰(zhàn)。本文探討了一種基于PLC810PGPFC 控制芯片PFC+LLC 結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電源設(shè)計，滿載工作情況下電源輸入輸出轉(zhuǎn)換效率可達到92%，電源功率因數(shù)可達到98%，具有集成度高、元件少、可靠性高的特點，能推廣用于80W~150W 的LED 照明燈具的驅(qū)動電源。

　　0 引言

　　LED 照明與其他照明相比具有以下優(yōu)點：1）發(fā)光效率高，耗能少，而且光的單色性好、光譜窄；2）使用壽命長，LED 的使用壽命可以長達近十萬小時；3）安全環(huán)保；4）啟動時間短；5）體積小。

　　大量的LED 路燈需要配套相應的驅(qū)動電源，因此研制高效率高功率因數(shù)的LED 驅(qū)動電源也具有龐大的需求和廣闊的市場前景。

　　本文根據(jù)杭州某家照明燈具廠商的要求，開發(fā)研制一種適用于80W~150W 的 LED 照明燈具的驅(qū)動電源，要求有較高電源輸入輸出轉(zhuǎn)換效率和較高的電源功率因數(shù)，可靠性高、符合IEC-61000 標準。

　　1 主電路拓撲結(jié)構(gòu)選擇

　　當采用開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)時，必須滿足IEC61000-3-2 等標準關(guān)于D 類設(shè)備電流諧波限制性規(guī)定，同時還必須符合對C 類（照明）設(shè)備的電流諧波限量要求和“能源之星”等規(guī)范對功率因數(shù)（PF）不能低于0.9 的要求。為達此目的，LED 路燈電源必須采用功率因數(shù)校正（PFC），同時還要求采用支持相應功率的電源拓撲結(jié)構(gòu)。

　　目前AC/DC 恒流源驅(qū)動IC 正從反激式拓撲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向高效率諧振半橋（LLC）+PFC 拓撲結(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮零電壓開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)（ZVS）的優(yōu)勢，和滿足LED 燈具對PFC（功率因素較正）日益提高的要求，并要求能提高效率>90%。寬電壓輸入、短路和過功率保護、開路保護、較低的總諧波失真（THD）是基本的要求。

　　傳統(tǒng)功率因數(shù)校正電路技術(shù)復雜、設(shè)計步驟繁瑣、所需元器件多、體積大而且成本高。因此，設(shè)計時往往要在性能和成本之間進行折衷。

　　BOOST 采用主動式有源功率因數(shù)校正（APFC）電路，工作在連續(xù)模式，諧波電流和開關(guān)管電壓電流應力小。DC/DC 采用半橋LLC 串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器，元器件數(shù)量有限，諧振儲能（tank）元件能夠集成到單個變壓器中，因此只需要1 個磁性元件。在所有正常負載條件下，初級開關(guān)都可以工作在零電壓開關(guān)（ZVS）條件，而次級二極管可以采用零電流開關(guān)（ZCS）工作，沒有反向恢復損耗。

　　特別適用于中、高輸出電壓轉(zhuǎn)換器的高性價比、高能效和性能優(yōu)異的解決方案。

　　因此，主電路采用FPC（采用CCM方式）+LLC 二級拓撲結(jié)構(gòu)。

　　由于PLC810PG 同時集成了CCM 方式PFC 和LLC 控制器，特別適合本系統(tǒng)方案設(shè)計的需求。

　　2 基于PLC810PG 的大功率LED 電源電路設(shè)計

　　基于PLC810PG 的大功率LED 電源電路圖如圖1 所示。

　　LED 驅(qū)動電源分為輸入電路、PFC 升壓變換器和LLC 諧振轉(zhuǎn)換器等幾個主要部分。

圖1 電源電路圖