目前LED應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)就是LED 的道路照明,。LED路燈技術(shù)主要有兩大部分：一個(gè)是離線（off2line） LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)；另一個(gè)是LED 路燈模塊及其散熱和燈具技術(shù),。
由于用來(lái)取代高壓鈉燈等傳統(tǒng)光源用于道路照明的LED路燈功率往往遠(yuǎn)超過(guò)75 W,因此要求LED路燈電源AC輸入電流諧波含量必須符合IEC610002322等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限制,。為此， LED路燈電源必須采用功率因數(shù)校正（ PFC） ,。
LED路燈電源大多采用開(kāi)關(guān)型電源（ SMPS）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。由于LED路燈功率通常達(dá)150 W 以上，不宜再沿用單開(kāi)關(guān)反激式電路,，而必須采用支持相應(yīng)功率的電路拓?fù)?，例如半橋LLC諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
1 半橋LLC諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
半橋雙電感加單電容（LLC）諧振轉(zhuǎn)換器基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示,。在圖1 中,， Q1 和Q2 是半橋開(kāi)關(guān)（MOSFET） , CR , LR 和變壓器T1初級(jí)繞組線圈LM 組成LLC諧振電感器LR ,將其結(jié)合進(jìn)變壓器初級(jí)之中,，如圖2所示。對(duì)于圖2所示的電路拓?fù)?，仍稱(chēng)作LLC諧振結(jié)構(gòu),，而不稱(chēng)其為L(zhǎng)C諧振拓?fù)洹?/font>
圖1 半橋LCC諧振轉(zhuǎn)換器基本結(jié)構(gòu)
LLC諧振電路拓?fù)淠芴峁┹^大的輸出功率，保證半橋MOSFET的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS） ,具有高效率,。
圖2 將LLC諧振電感器并入到變壓器初級(jí)
2 PFC/LLC控制器PLC810PG
3 采用PLC810PG的150W LED路燈電源
采用PLC810PG的150 W LED路燈電源電路如圖5所示,。
( a)輸入濾波器、PFC主電路和偏置電源
( b) PFC控制輸入與LLC變換器
圖5 采用PLC810PG的150W LED路燈電源
3. 1 輸入濾波器/PFC主電路/偏置電源
在圖5 （ a）中,，電容C1, C2, C3, C4, C5, C6和共模電感器L1, L2 組成輸入EM I濾波器,， R1 ～R3 在AC電源切斷時(shí)為電容放電提供通路。NTC 熱敏電阻RT1在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)限制浪涌電流,，當(dāng)電路開(kāi)始正常工作時(shí),，繼電器RL1將RT1旁路， RT1不再有功率損耗,，可使電源效率提高1%～1. 5%,。
BR1是橋式整流器，在接通AC電源后,，電流經(jīng)二極管D1對(duì)PFC升壓轉(zhuǎn)換器輸出電容C9 充電,，浪涌電流不經(jīng)過(guò)PFC電感器L4,從而使L4不會(huì)出現(xiàn)飽和。
L4, PFC開(kāi)關(guān)（MOSFET）Q2,升壓二極管D2和輸出電容C9等,，組成PFC升壓變換器主電路,。在140～265VAC輸入電壓范圍內(nèi)，輸出電壓穩(wěn)定在385VDC （B+與B - 之間） ,并在BR1輸入端產(chǎn)生正弦AC電流,，使系統(tǒng)呈現(xiàn)純電阻性負(fù)載,，線路功率因數(shù)（ PF）幾乎等于1。晶體管Q1,Q3等組成Q2的緩沖級(jí),。R6和R8是PFC級(jí)電流傳感電阻,，二極管D3, D4在浪涌期間箝位R6和R8上的電壓（即兩個(gè)二極管上的正向壓降） 。Q2柵極和漏極串接的鐵氧體磁珠（ Φ<3. 5 mm ×3. 25 mm, 20 Ω ） ,用作改善EM I特性,。PFC開(kāi)關(guān)Q2的散熱器通過(guò)C80接初級(jí)地（B - ） ,。
L4的副繞組是偏置線圈， 其輸出由D22, D23,R109, C75, C76倍壓整流和濾波,，作為后隨偏置穩(wěn)壓器的DC輸入,。在系統(tǒng)通電后，電流通過(guò)Q24,D24對(duì)C70 充電,，為U1 （ PLC810PG） 提供啟動(dòng)偏置,。Q27,R111和齊納二極管VR9組成射極跟隨穩(wěn)壓器。當(dāng)偏置電壓VCC達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，Q25關(guān)閉啟動(dòng)電路,，并且Q26接通繼電器RL1,將熱敏電阻RT1短路,。
3. 2 PFC電路控制輸入和LLC變換器
基于U1的LED路燈PFC電路控制輸入和半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器電路如圖5 （ b）所示。
在圖5 （ b）中,，U1引腳GATEP上的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)PFC開(kāi)關(guān)Q2,。R6和R8上的電流傳感信號(hào)經(jīng)R45,C73濾波輸入到U1引腳ISP,來(lái)執(zhí)行PFC算法控制,，并提供過(guò)電流保護(hù),。PFC輸出電壓VB +經(jīng)R39～41,R43, R46和R50取樣，并經(jīng)C25濾除噪聲,，輸入到U1引腳FBP,來(lái)執(zhí)行PFC輸出電壓調(diào)節(jié)和過(guò)電壓以及電壓過(guò)低保護(hù),。U1引腳VCOMP外部R48, C26, C28為頻率補(bǔ)償元件。當(dāng)引腳VCOMP 上的信號(hào)較大時(shí),，Q20導(dǎo)通,，將C26旁路，可使PFC控制環(huán)路能夠快速響應(yīng),。
Q10,Q11為半橋功率開(kāi)關(guān)（MOSFET） ,。C39是諧振電容。C39與變壓器T1初級(jí)繞組構(gòu)成LLC諧振槽路,。T2次級(jí)輸出經(jīng)D9, C37, C38整流濾波,，產(chǎn)生48 V輸出，為L(zhǎng)ED路燈模塊供電,。
48 V的輸出由R67, R66采樣,，經(jīng)穩(wěn)壓器U3,光電耦合器U2及R54, D16, R53等反饋到U1 的FBL 引腳，來(lái)執(zhí)行輸出電壓調(diào)節(jié)和過(guò)電壓保護(hù),。流入引腳FBL的電流越大,，LLC級(jí)開(kāi)關(guān)頻率也就越高。最高開(kāi)關(guān)頻率由U1引腳FMAX與VREF之間的電阻R52設(shè)定,。R49, R51, R53設(shè)置下限頻率,。C27是LLC級(jí)軟啟動(dòng)電容，軟啟動(dòng)時(shí)間由C27和R49, R51共同設(shè)定,。
R59是T1初級(jí)電流感測(cè)電阻,。R59上的電流感測(cè)信號(hào)經(jīng)R47, C35濾波輸入到U1的ISL引腳，以提供過(guò)電流保護(hù),。
偏置電壓VCC經(jīng)R37 , R38分別加至U1 的VCC和VCCL引腳,，將U1模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi)。R55和鐵氧體磁珠L(zhǎng)7,在PFC與LLC地之間提供隔離,。U1內(nèi)半橋高端驅(qū)動(dòng)器由自舉二極管D8,電容C23和電阻R42供電,。Q10和Q11散熱器經(jīng)C78連接到初級(jí)地（B - ） 。
PLC810PG是美國(guó)Power Integrations （ P I）公司推出的一種新型控制IC,。這種控制IC采用24引腳窄體塑料無(wú)鉛封裝,，引腳配置如圖3所示,。
圖3 PLC810PG引腳排列
PLC810PG芯片集成了連續(xù)電流模式（CCM） PFC控制器和PFC開(kāi)關(guān)（MOSFET）驅(qū)動(dòng)器、半橋LLC諧振控制器及半橋高,、低端MOSFET驅(qū)動(dòng)器,，如圖4所示。
圖4 PLC810PG功能框圖
2. 1 PFC控制器
PLC810PG的CCM PFC控制器只有4個(gè)引腳（除接地端外） ,是目前引腳最少的CCM PFC控制器,。這種PFC控制器主要是由運(yùn)算跨導(dǎo)放大器（OTA） ,、分立電壓可編程放大器（DVGA） 和低通濾波器（LPF） 、PWM電路,、PFC MOSFET驅(qū)動(dòng)器（在引腳GATEP上輸出）及保護(hù)電路組成的,。PFC控制器有兩個(gè)輸入引腳，即引腳ISP （3）和FBP （23） ,。
FBP引腳是PFC升壓變換器輸出DC升壓電壓的反饋端,，連接OTA 的同相輸入端。OTA 輸出可視為是PFC控制器等效乘法器的一個(gè)輸入,。OTA在引腳VCOMP （1）上的輸出,，連接頻率補(bǔ)償元件。反饋環(huán)路的作用是執(zhí)行PFC輸出DC電壓調(diào)節(jié)和過(guò)電壓及電壓過(guò)低保護(hù),。IC 引腳FBP 的內(nèi)部參考電壓VFBPREF = 2. 2 V,。如果引腳FBP上的電壓VFBP > VOVN= 1. 05 ×2. 2 V = 2. 31 V, IC則提供過(guò)電壓（OV）保護(hù)，在引腳GATEP上的輸出阻斷,。如果電壓不足使VFBP
PLC810PG的ISP引腳是PFC電流傳感輸入,，用作PFC算法控制并提供過(guò)電流（OC）保護(hù),。PFC在ISP引腳上的過(guò)電流保護(hù)（OCP） 解扣電平是- 480mV。
2. 2 LLC控制器
半橋LLC諧振控制器的FBL引腳是反饋電壓輸入端,。流入引腳FBL的電流越大,， LLC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率則越高。LLC 級(jí)最高開(kāi)關(guān)頻率由連接在引腳FMAX與引腳VREF （ 3. 3 V）之間的電阻設(shè)定,，可達(dá)正常工作頻率（100 kHz）的2～3倍,。引腳FBL還提供過(guò)電壓保護(hù)。引腳ISL （ 22）為L(zhǎng)LC級(jí)電流傳感輸入端,，提供快速和慢速（8個(gè)時(shí)鐘周期）兩電平過(guò)電流保護(hù),。死區(qū)時(shí)間電路保護(hù)外部?jī)蓚€(gè)MOFET不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，并突現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（ ZVS） ,。
PFC和LLC頻率和相位同步化,，從而減小了噪聲和EM I。PFC電路不需要AC輸入電壓感測(cè)作為控制參考，這是區(qū)別于其他同類(lèi)控制器的標(biāo)志之一,。
PLC810PG的引腳VCC （7）導(dǎo)通門(mén)限是9. 1 V,欠電壓關(guān)閉門(mén)限是8. 1 V,。VCC電壓可選擇12～15 V。
3. 3 磁性元件選擇
3. 3. 1 PFC升壓電感器
PFC升壓電感器L4使用PQ32 /20磁心和12引腳骨架,，電氣圖和結(jié)構(gòu)圖如圖6所示,。
圖6 PFC升壓電感器L4電氣圖與結(jié)構(gòu)圖
L4主繞組使用#20AWG（美國(guó)線規(guī)，約<0. 8 mm）絕緣磁導(dǎo)線,，從引腳1開(kāi)始到引腳6終止,，繞35匝，電感量是580μH （ ±10% ） ,。在主繞組外面繞一層作絕緣用的聚酯膜,。偏置繞組使用#28AWG（ Φ<0. 3 mm）絕緣導(dǎo)線從引腳8開(kāi)始繞2匝,，到引腳7結(jié)束,。在該繞組線圈外面繞3層聚酯膜。在磁心上包裹一層銅箔,，并用Φ<0. 5 mm銅線將銅箔與9引腳焊接起來(lái),，作為屏蔽層。在銅箔外面再繞3層聚酯膜,。
3. 3. 2 LLC變壓器
變壓器T1使用ETD39磁心和18引腳骨架,，電氣圖與構(gòu)造圖如圖7所示。
圖7 LLC變壓器T1電氣圖與構(gòu)造圖
先繞次級(jí)繞組WD1A /WD1B,。次級(jí)繞級(jí)使用175股40AWG（ <0. 08 mm）李茲線（即絞合線） ,從引腳10到引腳12,再?gòu)囊_11到引腳13各繞9匝,，并覆蓋2層聚酯膜。初級(jí)繞組WD1使用75股40AWG（ <0. 08mm）絞合線,，從7引腳開(kāi)始到9引腳結(jié)束,，繞39匝，再繞2層聚酯膜,。WD1電感量是820μH （ ±10%） ,漏感是100μH （ ±10%）,。將分成兩部分的磁心插入骨架中對(duì)接在一起，在磁心外面用10 mm寬的銅皮繞一層,，用焊錫將接縫焊牢,，再在銅皮與引腳2之間焊接一段<0. 5 mm的銅線。在銅皮外部用聚酯膜覆蓋起來(lái),。
3. 4 主要性能
圖5所示的150W LED路燈電路,，主要參數(shù)如下：
AC輸入電壓范圍： 140～265 VAC ;
DC輸出： 48 V, 3. 125 A;
輸入功率因數(shù)： ≥0. 97;
輸入電流總諧波失真（ THD） : < 7%;
滿(mǎn)載時(shí)PFC級(jí)效率： > 95%;
滿(mǎn)載時(shí)LLC級(jí)效率： > 95%;
LED電源總效率： > 92%;
傳導(dǎo)EM I:滿(mǎn)足EN55022B /CISPR22B規(guī)范要求；
安全性：滿(mǎn)足IEC950 /UL1950 II級(jí)要求,。
4 小結(jié)
欲將LED路燈取代傳統(tǒng)高壓鈉燈等傳統(tǒng)道路照明光源,，采用簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路雖然也能在短時(shí)間內(nèi)將LED路燈點(diǎn)亮，但其安全性和可靠性則沒(méi)有保證，輸入電流諧波,、功率因數(shù)和效率也無(wú)法達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求,。基于PLC810PG控制IC的LED路燈電源,，則不存在這些問(wèn)題,。雖然這一設(shè)計(jì)方案電路略顯復(fù)雜，但性能卻得到可靠保證,。這一設(shè)計(jì)方案代表了LED路燈電源的發(fā)展方向,。