基于PLC810PG的LED路燈電源電路設(shè)計(jì)

采用PLC810PG的150W LED路燈電路，輸入電流總諧波失真(THD)7.5%，線路功率因數(shù)(PF)≥0.97，輸出48V/3.125A，電路總效率ytotal>92%，傳導(dǎo)EMI滿足EN5SO228/CISPR22B規(guī)范要求，安全性符合IEC950/UL1950(II類)規(guī)定。

　　前言

　　LED路燈供電電源有兩種主要方式：一種是使用交流(AC)市電供電;另一種是利用太陽(yáng)能供電。當(dāng)使用工頻市電電源(如220/110V，50/60Hz)為LED路燈供電時(shí)，需要將AC高壓轉(zhuǎn)換為低壓恒流直流(DC)電壓。最簡(jiǎn)單的AC/DC轉(zhuǎn)換方案是使用AC降壓變壓器加整流穩(wěn)壓電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，元件數(shù)量較少，成本較低，但其性能卻不能滿足許多規(guī)范要求。LED路燈功率通常遠(yuǎn)大于75W，當(dāng)采用開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，必須滿足IEC61000-3-2等標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于D類設(shè)備電流諧波限制性規(guī)定，同時(shí)還必須符合對(duì)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(duì)功率因數(shù)(PF)不能低于0.9的要求。為達(dá)此目的，LED路燈電源必須采用功率因數(shù)校正(PFC)，同時(shí)還要求采用支持相應(yīng)功率的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。美國(guó)PI公司推出一種型號(hào)為PLC810PG的PFC/LLC組合控制IC，支持150~600W的LED路燈電源、32至60 LCD TV電源和PC主電源及工作站電源。

　　PLC810PG采用24引腳窄體塑料封裝，符合歐盟RoHS指令要求。PLC810PG集成了PFC/LLC控制器和PFC MOSFET(柵極)驅(qū)動(dòng)器及半橋高/低端MOSFET(柵極)驅(qū)動(dòng)器，PFC與LLC頻率和相位同步化，具有過(guò)電壓、電壓過(guò)低、過(guò)電流保護(hù)和軟啟動(dòng)等功能，為目前設(shè)計(jì)LED路燈電源提供了一種重要的解決方案。

　　1、基于PLC810PG的150W LED路燈電源電路及其工作原理

　　采用PLC810PG的150W LED路燈電源電路如圖1所示。

　　圖1所示的LED路燈電源分為輸入電路、PFC升壓變換器和LLC諧振轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)主要部分。

　　1.1 輸入電路、PFC級(jí)主電路及偏置電源

　　LED路燈電源的輸入濾波器、橋式整流器(BR1)、連續(xù)模式(CCM)PFC升壓變換器功率級(jí)和控制IC的偏置電源電路顯示在圖1(a)中。

　　1.1.1 EMI濾波器

　　C1~C6和L1、L2及R1~R3組成EMI濾波器。C1和C5連接在相線L和中線N之間，用于保護(hù)地(E)，同時(shí)用于控制高頻(>30MHz)噪聲。C3和C4提供差模EMI濾波。共模電感器L1、L2控制低頻和中頻(10MHz)EMI，C2和C6控制中頻區(qū)中的諧振峰值。當(dāng)交流(AC)電源切斷時(shí)，R1、R2和R3為EMI電容放電提供通路，以滿足安全要求。

　　PFC電感器L4有一個(gè)接地屏蔽帶，能阻止靜電和磁噪聲耦合到EMI濾波器元件中。PFC開關(guān)Q2(MOSFET)散熱器經(jīng)電容C80連接到初級(jí)地(B-)，消除了散熱器作為傳導(dǎo)噪聲源進(jìn)入機(jī)殼底板。

采用PLC810PG的150W LED路燈電路，輸入電流總諧波失真(THD)7.5%，線路功率因數(shù)(PF)≥0.97，輸出48V/3.125A，電路總效率ytotal>92%，傳導(dǎo)EMI滿足EN5SO228/CISPR22B規(guī)范要求，安全性符合IEC950/UL1950(II類)規(guī)定。

　　前言

　　LED路燈供電電源有兩種主要方式：一種是使用交流(AC)市電供電;另一種是利用太陽(yáng)能供電。當(dāng)使用工頻市電電源(如220/110V，50/60Hz)為L(zhǎng)ED路燈供電時(shí)，需要將AC高壓轉(zhuǎn)換為低壓恒流直流(DC)電壓。最簡(jiǎn)單的AC/DC轉(zhuǎn)換方案是使用AC降壓變壓器加整流穩(wěn)壓電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，元件數(shù)量較少，成本較低，但其性能卻不能滿足許多規(guī)范要求。LED路燈功率通常遠(yuǎn)大于75W，當(dāng)采用開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，必須滿足IEC61000-3-2等標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于D類設(shè)備電流諧波限制性規(guī)定，同時(shí)還必須符合對(duì)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(duì)功率因數(shù)(PF)不能低于0.9的要求。為達(dá)此目的，LED路燈電源必須采用功率因數(shù)校正(PFC)，同時(shí)還要求采用支持相應(yīng)功率的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。美國(guó)PI公司推出一種型號(hào)為PLC810PG的PFC/LLC組合控制IC，支持150~600W的LED路燈電源、32至60 LCD TV電源和PC主電源及工作站電源。

　　PLC810PG采用24引腳窄體塑料封裝，符合歐盟RoHS指令要求。PLC810PG集成了PFC/LLC控制器和PFC MOSFET(柵極)驅(qū)動(dòng)器及半橋高/低端MOSFET(柵極)驅(qū)動(dòng)器，PFC與LLC頻率和相位同步化，具有過(guò)電壓、電壓過(guò)低、過(guò)電流保護(hù)和軟啟動(dòng)等功能，為目前設(shè)計(jì)LED路燈電源提供了一種重要的解決方案。

　　1、基于PLC810PG的150W LED路燈電源電路及其工作原理

　　采用PLC810PG的150W LED路燈電源電路如圖1所示。

　　圖1所示的LED路燈電源分為輸入電路、PFC升壓變換器和LLC諧振轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)主要部分。

　　1.1 輸入電路、PFC級(jí)主電路及偏置電源

　　LED路燈電源的輸入濾波器、橋式整流器(BR1)、連續(xù)模式(CCM)PFC升壓變換器功率級(jí)和控制IC的偏置電源電路顯示在圖1(a)中。

　　1.1.1 EMI濾波器

　　C1~C6和L1、L2及R1~R3組成EMI濾波器。C1和C5連接在相線L和中線N之間，用于保護(hù)地(E)，同時(shí)用于控制高頻(>30MHz)噪聲。C3和C4提供差模EMI濾波。共模電感器L1、L2控制低頻和中頻(10MHz)EMI，C2和C6控制中頻區(qū)中的諧振峰值。當(dāng)交流(AC)電源切斷時(shí)，R1、R2和R3為EMI電容放電提供通路，以滿足安全要求。

　　PFC電感器L4有一個(gè)接地屏蔽帶，能阻止靜電和磁噪聲耦合到EMI濾波器元件中。PFC開關(guān)Q2(MOSFET)散熱器經(jīng)電容C80連接到初級(jí)地(B-)，消除了散熱器作為傳導(dǎo)噪聲源進(jìn)入機(jī)殼底板。

2.2 雙極晶體管

　　PFC緩沖級(jí)Q1選用60V、1A、采用SOT-23封裝的FMMT491TA型NPN晶體管。Q3選用60V、1A、采用SOT-23封裝的FMMT591TA型PNP晶體管。

　　偏置電源中Q26、Q17選用40V、0.2A、采用SOT-23封裝的NPN型小信號(hào)晶體管MMBT3904LT1G，Q27選用80V、0.5A，采用SOT-89封裝的BST52TA型NPN晶體管。

　　2.3 鐵氧體磁珠

　　鐵氧體磁珠L(zhǎng)6、L7尺寸為3.5mm×4.45mm，68Ω( @100KHz)，孔洞22AWG(美國(guó)線規(guī)，孔洞直徑φ0.63mm)。

　　鐵氧體磁珠1~4，尺寸為φ3.5mm×3.25mm(長(zhǎng))，21Ω(@25MHz)，孔洞φ1.6mm。

　　2.4 PFC電感器L4

　　PFC升壓電感器L4采用PQ32/20磁心和12引腳配套骨架，電氣圖和構(gòu)造圖分別如圖2和圖3所示。在圖3中，引腳1與6之間的主繞組用作PFC升壓電感器，引腳8與7之間的繞組為偏置繞組。

　　具體的L4結(jié)構(gòu)如表1所示。

　　表1 PFC電感器L4繞組結(jié)構(gòu)

　　注：L4主繞組(引腳1~6)電感量在100KHz和0.4V時(shí)是580μH(±10%)

　　2.5 LLC變壓器T1

　　LLC變壓器T1選用ETD39磁心和18引腳骨架，電氣圖和構(gòu)造圖分別如圖4和圖5所示。

　　T1電氣特性如表2所示。

　　表2 LLC變壓器電氣參數(shù)

　　表3列示了T1的繞組結(jié)構(gòu)。

　　表3 LLC變壓器繞組結(jié)構(gòu)

3、150W LED路燈電源性能

　　圖1所示的150W LED路燈電源，AC輸入電壓范圍是140~265VAC，DC輸出是48V/3.125A。其它主要性能如下。

　　3.1 AC輸入電流諧波

　　LED路燈電源的AC輸入電流諧波滿足IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)限量要求。圖6為在滿載和半載(50%負(fù)載)下AC輸入電流總諧波失真(THD)與AC輸入電壓的關(guān)系曲線。由圖6可知，在滿載下，THD7.5%，在200VAC時(shí)的THD=2%。

　　3.2 線路功率因數(shù)

　　由于LED路燈離線(off-line)電源帶有功率因數(shù)校正，滿載下的線路功率因數(shù) PF>0.965;在140~220VAC范圍內(nèi)，PF≥0.98，如圖7所示。

　　3.3 電源效率

　　在滿載時(shí)，PFC級(jí)效率PFC> 95%(@140VAC)，LLC級(jí)效率LLC>95%，系統(tǒng)總效率total>92%(@200~265VAC)。

　　圖8為在不同負(fù)載上系統(tǒng)效率與AC輸入電壓的關(guān)系。

　　3.4 EMI與安全性

　　LED路燈電源傳導(dǎo)EMI符合CISPR22B/EN55022B規(guī)范要求，安全性滿足IEC950/UL1950 II類要求。

　　4、小結(jié)

　　采用PFC/LLC控制器PLC810PG的150W LED路燈電源，為設(shè)計(jì)高性能離線LED路燈電源提供了一種具有指導(dǎo)性和實(shí)用性的解決方案。