一種基于LED路燈的PFC開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案

　　0 引言

　　LED路燈是低電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)器件，其發(fā)光的強(qiáng)度由流過LED的電流決定，電流過強(qiáng)會(huì)引起LED的衰減，電流過弱會(huì)影響LED的發(fā)光強(qiáng)度，因此LED的驅(qū)動(dòng)需要提供恒流電源，以保證大功率LED使用的安全性，同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。用市電驅(qū)動(dòng)大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC(功率因素校正)和恒流問題，還需有比較高的轉(zhuǎn)換效率，有較小的體積，能長(zhǎng)時(shí)間工作，易散熱，低成本，抗電磁干擾，和過溫、過流、短路、開路保護(hù)等。本方案設(shè)計(jì)的PFC開關(guān)電源性能良好、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且效率高，在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　采用隔離變壓器、PFC控制實(shí)現(xiàn)的開關(guān)電源，輸出恒壓恒流的電壓，驅(qū)動(dòng)LED路燈。電路的總體框圖如圖1所示。

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　　LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。LED路燈裝在戶外更要加強(qiáng)浪涌防護(hù)。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)具有抑制浪涌侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。EMI濾波電路主要防止電網(wǎng)上的諧波干擾串入模塊，影響控制電路的正常工作。

　　三相交流電經(jīng)過全橋整流后變成脈動(dòng)的直流在濾波電容和電感的作用下，輸出直流電壓。主開關(guān)DC/AC電路將直流電轉(zhuǎn)換為高頻脈沖電壓在變壓器的次級(jí)輸出。變壓器輸出的高頻脈沖經(jīng)過高頻整流、LC濾波和EMI濾波，輸出LED路燈需要的直流電源.

　　PWM控制電路采用電壓電流雙環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整和輸出電流的限制。反饋網(wǎng)絡(luò)采用恒流恒壓器件TSM101和比較器，反饋信號(hào)通過光耦送給PFC器L6561.由于使用了PFC器件使模塊的功率因數(shù)達(dá)到0.95.

　　2 DC/DC變換器

　　DC/DC變換器的類型有多種，為了保證用電安全，本設(shè)計(jì)方案選為隔離式。隔離式DC/DC變換形式又可進(jìn)一步細(xì)分為正激式、反激式、半橋式、全橋式和推挽式等。其中，半橋式、全橋式和推挽式通常用于大功率輸出場(chǎng)合，其激勵(lì)電路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來較困難;而正激式和反激式電路則簡(jiǎn)單易行，但由于反激式比正激式更適應(yīng)輸入電壓有變化的情況，且本電源系統(tǒng)中PFC輸出電壓會(huì)發(fā)生較大的變化，故DC/DC變換采用反激方式，有利于確保輸出電壓穩(wěn)定不變。

　　反激式開關(guān)電源主要應(yīng)用于輸出功率為5~150W的情況。這種電源結(jié)構(gòu)是由Buck-Boost結(jié)構(gòu)推演并加上隔離變壓器而得到，如圖2所示。在反激式拓?fù)渲?，由變壓器作為?chǔ)能元件。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器儲(chǔ)存能量，負(fù)載電流由輸出濾波電容提供;開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器將儲(chǔ)存的能量傳送到負(fù)載和輸出濾波電容，以補(bǔ)償電容單獨(dú)提供負(fù)載電流時(shí)消耗的能量。

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　　圖中T1為高頻隔離變壓器，VQ1為CMOS功率三極管17N80C3,VD7和VD8是瞬變抑制二極管，VD6為快恢復(fù)二極管，VD5為雙二極管，C3、C4、C5和C6為電解電容器。Ubout是來自整流橋的脈動(dòng)直流信號(hào)，GD是來自功率因數(shù)校正電路的控制信號(hào)。變壓器的引線l和2組成一個(gè)繞組，給PFC器件提供工作電源，引線11和12組成一個(gè)繞組，為恒流恒壓器件和比較器提供工作電源。

　　3 反饋網(wǎng)絡(luò)電路

　　3.1恒流恒壓電路

　　本設(shè)計(jì)使用恒流恒壓控制器件TSM101調(diào)節(jié)輸出電壓和電流，使之穩(wěn)定。電路如圖3所示。通過TSM101的控制作用，保證了電源恒流(CC)和恒壓(CV)工作。圖3中，Uout+和Uout-是隔離變壓器經(jīng)過雙二極管和電解電容器濾波的電壓，再經(jīng)電感L4和電容濾波后的輸出為Uout+和Uout-,為本電源模塊的輸出電壓，直接加在LED路燈上?？烧{(diào)電阻器RV1和RV2分別調(diào)節(jié)輸出電壓和電流的大小。R10和R11為22mΩ的電阻，分別對(duì)電源輸出的電壓和電流采樣。TMS101的輸出TOUT通過光電耦合器、可控硅和三極管等電路送到L6561的引腳5,通過反饋電路實(shí)現(xiàn)恒流控制。器件引腳8接輔助電源，引腳4接變壓器T1副邊地。