大功率LED照明恒流驅動電源的設計

主回路設計
大功率LED照明恒流驅動主電路采用優(yōu)異的BOOST和DC/DC的兩級組合方式，具有良好的動態(tài)響應和穩(wěn)流特性，解決了電網的諧波污染問題，使大功率LED驅動電源更加綠色環(huán)保。

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，諧波電流和開關管電壓電流應力小。DC/DC采用半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器，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，初級開關都可以工作在零電壓開關(ZVS)條件，而次級二極管可以采用零電流開關(ZCS)工作，沒有反向恢復損耗。特別適用于中、高輸出電壓轉換器的高性價比、高能效和EMI性能優(yōu)異的解決方案。

傳統(tǒng)功率因數(shù)校正電路技術復雜、設計步驟繁瑣、所需元器件多、體積大而且成本高。因此，設計時往往要在性能和成本之間進行折衷。本設計采用了IR1150，它是一種新型的單周期AC／DC功率因數(shù)校正控制芯片，采用了IR公司的專利單周期控制(0ne-cycle control，OCC)技術，無須傳統(tǒng)PFC電路所需的模擬乘法器、輸入電壓采樣以及固定的三角波振蕩器，大大簡化了PFC電路的設計并縮小了裝置體積。

半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器采用飛兆半導體公司推出的高集成度綠色FPS功率開關FSFR2100。其采用零電壓開關(ZVS)技術，能夠大幅降低MOSFET和整流器的開關損耗。采用這種技術，此FPS開關無須散熱器即可處理高達200W的功率，使用散熱器更可處理高達450W的功率。較之于傳統(tǒng)的硬開關轉換器拓撲，F(xiàn)SFR2100的效率提高了10%。它可以在輸入和負載大范圍變化的情況下調節(jié)輸出，同時開關頻率變化相對很小。此外，它可以在整個運行范圍內實現(xiàn)零電壓切換（ZVS）。最后，所有寄生元件，包括所有半導體器件的結電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感，都是用來實現(xiàn)ZVS的。

照明恒流驅動電源主電路如圖3所示，前級APFC實驗電路輸入電壓AC 220V，額定輸出DC 380V，開關頻率f選擇70kHz，后級半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器。輸出電壓范圍：DC 300～360V，輸出額定電流350mA，諧振頻率f0選擇100kHz，變壓器匝比n=Np/NS=0.6，功率滿足150～300W的輸出功率范圍。主電路依次是85V～264VAC→整流→PFC→380VDC→DC/DC（隔離）恒流→多顆LED串聯(lián)，APFC可以選用功率因數(shù)校正控制器IR1150、L6562和FAN7527B等，半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器選用FSFR2100。

圖3 大功率LED照明恒流驅動電源主電路

關鍵技術設計
LED照明驅動方式，由于直接將RSET連接FB端會造成RSET的功耗過大，所以功率較小的LED恒流驅動電源往往在FB反饋端和RSET之間放置一個運算放大器以降低功耗。如圖4所示，運算放大器獲取采樣電阻RSET上的電壓，結合其他電阻和電容就可以構成一個完整、高效率的大功率LED恒流驅動電路。這樣就能在確保LED獲得恒流供電的同時，將RSET的功耗降低到可以接受的水平，從而使LED兩端的電壓盡可能大，流經的電流也盡可能大。

圖4 功率較小的LED恒流驅動

大功率LED恒流驅動電源采用先穩(wěn)壓，再限流的混合方式。為適應負載需要，電壓需要保證在一定范圍內。LED的Vf值在3～3.6V之間，那么按LED實際數(shù)量即可確定電源部分需要調整的電壓范圍。大功率LED恒流驅動如圖5所示，設定穩(wěn)壓源的最大設定值VSET（比如DC360V），設定穩(wěn)流源的設定值ISET（300mA～1.4A），采樣RSET上的電壓，若超過穩(wěn)流源的設定值時，則輸出電壓相應下降，根據(jù)LED燈串聯(lián)數(shù)量的多少，輸出電壓可降至最小值（如DC 300V）。

圖5 大功率LED恒流驅動

開關調節(jié)控制模式與電阻限流方式相比，電路成本較高；控制環(huán)路可準確調節(jié)LED電流；可實現(xiàn)幅值和低頻PWM調節(jié)；能夠實現(xiàn)LED特性的自動溫度補償；寬輸入電壓范圍；基本上不需散熱器，可節(jié)省成本，對于高輸入電壓和大工作電流，其他驅動方案會導致非常高的損耗，然而此模式仍能保持高效工作。

技術指標
根據(jù)上述設計方案，大功率LED照明恒流驅動電源的主要技術指標為：輸入電壓85～264V；頻率47～63Hz；輸出功率100W；輸出電流：350mA±5%或700mA±5%；輸出方式：多顆1W以上大功率LED串聯(lián)方式；輸出電壓范圍：DC 300～360V，效率≥90％，功率因數(shù)≥0.99，諧波≤5%，穩(wěn)流精度≤5%；具有定時、調流、關機功能；具有過壓、過流、短路和過溫保護功能；全密封，防水要求IP65，外型尺寸(L×W×H)=185mm×70mm×45mm，重量1.5kg。工作溫度-40～+70℃，儲存溫度-50～+85℃，符合相關安規(guī)、ROHS和電磁兼容標準、防雷設計（ICE-61000-4-5 Class 4）。較好地滿足了照明工程的要求。