一种高转换效率高功率因素的大功率LED电源研究

　摘 要 大功率LED 照明驱动电源对LED 灯具整体的效能、寿命、维护成本有直接的影响，高转换效率、高功率因素、简化线路、高可靠性、减少电磁污染是对高性能LED 驱动电源的主要挑战。本文探讨了一种基于PLC810PGPFC 控制芯片PFC+LLC 结构的驱动电源设计，满载工作情况下电源输入输出转换效率可达到92%，电源功率因数可达到98%，具有集成度高、元件少、可靠性高的特点，能推广用于80W~150W 的LED 照明灯具的驱动电源。

　　0 引言

　　LED 照明与其他照明相比具有以下优点：1）发光效率高，耗能少，而且光的单色性好、光谱窄；2）使用寿命长，LED 的使用寿命可以长达近十万小时；3）安全环保；4）启动时间短；5）体积小。

　　大量的LED 路灯需要配套相应的驱动电源，因此研制高效率高功率因数的LED 驱动电源也具有庞大的需求和广阔的市场前景。

　　本文根据杭州某家照明灯具厂商的要求，开发研制一种适用于80W~150W 的 LED 照明灯具的驱动电源，要求有较高电源输入输出转换效率和较高的电源功率因数，可靠性高、符合IEC-61000 标准。

　　1 主电路拓扑结构选择

　　当采用开关电源拓扑结构时，必须满足IEC61000-3-2 等标准关于D 类设备电流谐波限制性规定，同时还必须符合对C 类（照明）设备的电流谐波限量要求和“能源之星”等规范对功率因数（PF）不能低于0.9 的要求。为达此目的，LED 路灯电源必须采用功率因数校正（PFC），同时还要求采用支持相应功率的电源拓扑结构。

　　目前AC/DC 恒流源驱动IC 正从反激式拓扑结构转向高效率谐振半桥（LLC）+PFC 拓扑结构，以充分发挥零电压开关拓扑结构（ZVS）的优势，和满足LED 灯具对PFC（功率因素较正）日益提高的要求，并要求能提高效率>90%。宽电压输入、短路和过功率保护、开路保护、较低的总谐波失真（THD）是基本的要求。

　　传统功率因数校正电路技术复杂、设计步骤繁琐、所需元器件多、体积大而且成本高。因此，设计时往往要在性能和成本之间进行折衷。

　　BOOST 采用主动式有源功率因数校正（APFC）电路，工作在连续模式，谐波电流和开关管电压电流应力小。DC/DC 采用半桥LLC 串联谐振转换器，元器件数量有限，谐振储能（tank）元件能够集成到单个变压器中，因此只需要1 个磁性元件。在所有正常负载条件下，初级开关都可以工作在零电压开关（ZVS）条件，而次级二极管可以采用零电流开关（ZCS）工作，没有反向恢复损耗。

　　特别适用于中、高输出电压转换器的高性价比、高能效和性能优异的解决方案。

　　因此，主电路采用FPC（采用CCM方式）+LLC 二级拓扑结构。

　　由于PLC810PG 同时集成了CCM 方式PFC 和LLC 控制器，特别适合本系统方案设计的需求。

　　2 基于PLC810PG 的大功率LED 电源电路设计

　　基于PLC810PG 的大功率LED 电源电路图如图1 所示。

　　LED 驱动电源分为输入电路、PFC 升压变换器和LLC 谐振转换器等几个主要部分。

图1 电源电路图