基于LED路燈的PFC開關電源設計方案

來源：OFweek電源網  作者：OFweek電源網2013年12月18日 11:17

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[導讀] LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護很重要，LED路燈裝在戶外更要加強浪涌防護。鑒于此，本文介紹了基于LED路燈的PFC開關電源設計方案。方案采用有源PFC功能電路設計的室外LED路燈電源，內置完整的EMC電路和高效防雷電路，符合安規和電磁兼容的要求。最后測試結果也表明，本方案所設計的PFC開關電源性能良好、可靠、經濟實惠且效率高，在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。

關鍵詞：PFC開關電源LED

　　0 引言

　　LED路燈是低電壓、大電流的驅動器件，其發光的強度由流過LED的電流決定，電流過強會引起 LED的衰減，電流過弱會影響LED的發光強度，因此LED的驅動需要提供恒流電源，以保證大功率LED使用的安全性，同時達到理想的發光強度。用市電驅動大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC（功率因素校正）和恒流問題，還需有比較高的轉換效率，有較小的體積，能長時間工作，易散熱，低成本，抗電磁干擾，和過溫、過流、短路、開路保護等。本文介紹了基于LED路燈的PFC開關電源設計方案。方案采用有源PFC功能電路設計的室外LED路燈電源，內置完整的EMC電路和高效防雷電路，符合安規和電磁兼容的要求。最后測試結果也表明，本方案所設計的PFC開關電源性能良好、可靠、經濟實惠且效率高，在 LED路燈使用過程中取得滿意的效果。

　　1 系統總體框圖

　　采用隔離變壓器、PFC控制實現的開關電源，輸出恒壓恒流的電壓，驅動LED路燈。電路的總體框圖如圖1所示。

　　LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。LED路燈裝在戶外更要加強浪涌防護。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源應具有抑制浪涌侵入，保護LED不被損壞的能力。EMI濾波電路主要防止電網上的諧波干擾串入模塊，影響控制電路的正常工作。

　　三相交流電經過全橋整流后變成脈動的直流在濾波電容和電感的作用下，輸出直流電壓。主開關DC/AC電路將直流電轉換為高頻脈沖電壓在變壓器的次級輸出。變壓器輸出的高頻脈沖經過高頻整流、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控制，以實現對輸出電壓的調整和輸出電流的限制。反饋網絡采用恒流恒壓器件TSM101和比較器，反饋信號通過光耦送給PFC器L6561.由于使用了PFC器件使模塊的功率因數達到0.95.

　　2 DC/DC變換器設計

　　DC/DC變換器的類型有多種，為了保證用電安全，本設計方案選為隔離式。隔離式DC/DC變換形式又可進一步細分為正激式、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合，其激勵電路復雜，實現起來較困難；而正激式和反激式電路則簡單易行，但由于反激式比正激式更適應輸入電壓有變化的情況，且本電源系統中PFC輸出電壓會發生較大的變化，故DC/DC變換采用反激方式，有利于確保輸出電壓穩定不變。

　　反激式開關電源主要應用于輸出功率為5~150W的情況。這種電源結構是由Buck-Boost結構推演并加上隔離變壓器而得到，如圖2所示。在反激式拓撲中，由變壓器作為儲能元件。開關管導通時，變壓器儲存能量，負載電流由輸出濾波電容提供；開關管關斷時，變壓器將儲存的能量傳送到負載和輸出濾波電容，以補償電容單獨提供負載電流時消耗的能量。

　　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直流信號，GD是來自功率因數校正電路的控制信號。變壓器的引線l和2組成一個繞組，給PFC器件提供工作電源，引線11和12組成一個繞組，為恒流恒壓器件和比較器提供工作電源。

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本文導航

• 第 1 頁：基于LED路燈的PFC開關電源設計方案

• 第 2 頁：反饋網絡電路設計

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