伟鹏世纪浅析大功率灯具LED电源设计方法.doc

伟鹏世纪浅析大功率灯具LED电源设计方法 美国“动力之星”等标准要求在任何功率电平上的离线式（off-line）LED照明电源具有高功率因数和高能效。关于通俗照明用低功率LED驱动电源，采用基于专用节制器IC的单级功率因数校正（PFC）反激式电路拓扑是最根本的处理方案。这种拓扑构造的特点是只运用一个功率开关，无需运用高压电解电容器。关于100200W的LED照明电源，人们凡间采用PFC+反激式两段式电路架构。这种拓扑构造的特点是PFC升压变换器被置于反激式转换器的前端，PFC与反激式转换器各运用一个功率开关。而关于200W以上的大功率LED照明电源供给器，上述两种拓扑构造并不合用。卓有成效的处理方案是选择PFC与其电感-电感-电容（LLC）相连系的电路架构。为了完成高效率，主变压器二次侧可以采用同步整流方案。在这里伟鹏世纪引见一种采用这种方案的350W LED照明电源设计实例，以供LED技术工程师同行参考与学习。1 系统技术规格与基本架构1.1 350W LED驱动电源技术规格（1）输入规格AC输入电压：85264 Vac;AC最大输入电流：5A;线路功率因数PF：0.95（230Vac，满载）；AC电源频率：4763Hz;效率：92%（230Vac，满载）；工作温度：50；工作环境：密闭；散热方式：无风扇自然冷却。（2）输出规格输出电压Uo:3640V;输出电流Io:510A;电压纹波：0.3V;电流纹波：0.1A;控制模式：恒定电压/恒定电流。1.2 系统组成方框图350W LED照明电源主要由EMI滤波器、基于连续导电模式（CCM）功率因数控制器CM6807的PFC升压变换器、基于CM6900的LLC谐振半桥变换器及同步整流器等部分组成，图1为其基本架构方框图。2 实际电路基于CM6807和CM6900的350W LED照明产品的LED电源电路如图02示。我们对系统中各个单元电路作简要分析与详细介绍。2.1 PFC升压变换器与辅助电源350W LED照明电源的PFC升压变换器与辅助电源电路如图2（a）所示。（1）输入级电路输入级电路由EMI滤波器和桥式整流器组成。在图2（a）中，电容C3、C4、C5和C11C14及电感元件T1、T2等，构成输入EMI滤波器；BR1为桥式整流器；FU1为保险丝；RT1为NTC热敏电阻。EMI滤波器被用作限制和衰减共模与差模噪声，RT1用作限制系统启动时因对大电容C7充电引起的浪涌电流。（2）有源PFC升压变换器功率因数控制器U1（CM6807）、功率开关VT2、升压电感器L1、升压二极管VD3、输入电容C9/C10、输出电容C7、电流传感电阻R4等，组成DC/DC有源PFC升压变换器。PFC级电路工作在连续模式。输入电流经R5、R8和R13通过U1引脚检测。输出DC总线电压（395V）经分压器R7、R10、R12和R13采样，馈送至U1引脚FB.U1的引脚为电压误差放大器输出，C17、C18和C21为补偿网络。通过PFC级的电流被R4感测，并经R11和C20由U1引脚来检测。U1引脚上的驱动输出推动VT1/VT3和VT2.PFC升压变换器的作用是在桥式整流器BR1的输入端产生一个与AC输入电压趋于同相位的正弦电流，能够满足IEC61000-3-2标准规定的谐波电流限制要求，系统功率因数远高于0.95，并且在85264V的AC输入电压范围内能够输出一个395V的稳定DC电压。（3）启动电路与偏置LED电源R5、R8、R6、R9、VT4、VD4和C16等，组成U1引脚上的肩动电路，U1一旦启动，PFC进入操作状态，U1引脚则由L1引脚与之间的辅助绕组、C1和C2、VD1和VD2、R15、VZ1、VT5及C16等组成的偏置LED电源供电。2.2 LLC半桥谐振功率级相关设计思路分析LLC半桥谐振功率级电路如图2（b）所示。该功率级主电路由图2 （c）所示的控制电路来控制。在图2 （b）中，功率开关VT6、VT8、电容C23、电感L3以及变压器T3引脚与引脚之间的初级电感组成半桥LLC串联谐振电路。T3二次侧上的VT7和VT9组成同步整流器电路，可使LLC谐振半桥变换器的工作效率达96%以上，比传统LLC谐振半桥功率级的效率提高4%5%。C25/C26、L4和C27/C28构成LC滤波电路，可以保证DC输出电压纹波小于300mV.R23为输出电流感测电阻。电源的DC输出可以驱动350W的LED模块或阵列。2.3 基于CM6900的恒压/恒流（CV/CC）控制电路采用CM6900作半桥谐振控制器的CV/CC控制电路见图2 （c）。 （1）关于偏置电源的设计思路图02（a）中L1引脚与之间的辅助绕组，与图2（c）中的C29/C30、VD7/VD8、VZ2、VT14、R27和C31等，组成输出12V的稳压电源，为U2（CM6900）和运放U3（LM358）等提供偏置。（2）LED驱动电源控制与驱动电路在图02（c）中，U2引脚外部的R32和C38设定振荡器频率。LED驱动电源的输出电压（+40V）经电阻分压器R26、R27和PR1取样，反馈到U2的引脚，以执行输出电压调节。流经输出电流感测电阻R23见图2（b）的电流经U3B放大150倍，并经R42和R48分压后，由U3A作缓冲器加入到输出电压的反馈回路，使输出电流被控制在恒定值。VT19的门极与地之间连接一个开关S.当S关断时，VT19导通，U3B的输出被R42和R48、R46分压至2.5V，使LED驱动电源输出10A的最大恒流。当S接通时，VT19截止，U3B输出被R42和R48分压至1.25V，LED驱动电源输出电流则为5A.U2引脚（14）和（13）上的输出，通过晶体管VT10/VT11和VT12/VT13来驱动变压器T4.T4的二次绕组输出驱动图2（b）半桥中的VT6/VT8.U2的引脚（12）和（13）上的输出，通过VT14/VT15和VT16/VT18来驱动图2（b）中的同步整流器VT7和VT9.3 大功率LED照明灯具电源设计方案 结束语采用CCM功率因数节制器CM6807调和振半桥节制器CM6900的350W LED电源供给器，还采用同步整流方案，可以供应CV/CC节制，完成高于0.95的功率因数和高于90%的效率。该设