大功率LED照明恒流驅動(dòng)電源的設計

主回路設計
大功率LED照明恒流驅動(dòng)主電路采用優(yōu)異的BOOST和DC/DC的兩級組合方式，具有良好的動(dòng)態(tài)響應和穩流特性，解決了電網(wǎng)的諧波污染問(wèn)題，使大功率LED驅動(dòng)電源更加綠色環(huán)保。

BOOST采用主動(dòng)式有源功率因數校正(APFC)電路，工作在連續模式，諧波電流和開(kāi)關(guān)管電壓電流應力小。DC/DC采用半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器，元器件數量有限，諧振儲能(tank)元件能夠集成到單個(gè)變壓器中，因此只需要1個(gè)磁性元件。在所有正常負載條件下，初級開(kāi)關(guān)都可以工作在零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)條件，而次級二極管可以采用零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)工作，沒(méi)有反向恢復損耗。特別適用于中、高輸出電壓轉換器的高性?xún)r(jià)比、高能效和EMI性能優(yōu)異的解決方案。

傳統功率因數校正電路技術(shù)復雜、設計步驟繁瑣、所需元器件多、體積大而且成本高。因此，設計時(shí)往往要在性能和成本之間進(jìn)行折衷。本設計采用了IR1150，它是一種新型的單周期A(yíng)C／DC功率因數校正控制芯片，采用了IR公司的專(zhuān)利單周期控制(0ne-cycle control，OCC)技術(shù)，無(wú)須傳統PFC電路所需的模擬乘法器、輸入電壓采樣以及固定的三角波振蕩器，大大簡(jiǎn)化了PFC電路的設計并縮小了裝置體積。

半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器采用飛兆半導體公司推出的高集成度綠色FPS功率開(kāi)關(guān)FSFR2100。其采用零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)技術(shù)，能夠大幅降低MOSFET和整流器的開(kāi)關(guān)損耗。采用這種技術(shù)，此FPS開(kāi)關(guān)無(wú)須散熱器即可處理高達200W的功率，使用散熱器更可處理高達450W的功率。較之于傳統的硬開(kāi)關(guān)轉換器拓撲，FSFR2100的效率提高了10%。它可以在輸入和負載大范圍變化的情況下調節輸出，同時(shí)開(kāi)關(guān)頻率變化相對很小。此外，它可以在整個(gè)運行范圍內實(shí)現零電壓切換（ZVS）。最后，所有寄生元件，包括所有半導體器件的結電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感，都是用來(lái)實(shí)現ZVS的。

照明恒流驅動(dòng)電源主電路如圖3所示，前級APFC實(shí)驗電路輸入電壓AC 220V，額定輸出DC 380V，開(kāi)關(guān)頻率f選擇70kHz，后級半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器。輸出電壓范圍：DC 300～360V，輸出額定電流350mA，諧振頻率f0選擇100kHz，變壓器匝比n=Np/NS=0.6，功率滿(mǎn)足150～300W的輸出功率范圍。主電路依次是85V～264VAC→整流→PFC→380VDC→DC/DC（隔離）恒流→多顆LED串聯(lián)，APFC可以選用功率因數校正控制器IR1150、L6562和FAN7527B等，半橋LLC串聯(lián)諧振轉換器選用FSFR2100。

圖3 大功率LED照明恒流驅動(dòng)電源主電路

關(guān)鍵技術(shù)設計
LED照明驅動(dòng)方式，由于直接將RSET連接FB端會(huì )造成RSET的功耗過(guò)大，所以功率較小的LED恒流驅動(dòng)電源往往在FB反饋端和RSET之間放置一個(gè)運算放大器以降低功耗。如圖4所示，運算放大器獲取采樣電阻RSET上的電壓，結合其他電阻和電容就可以構成一個(gè)完整、高效率的大功率LED恒流驅動(dòng)電路。這樣就能在確保LED獲得恒流供電的同時(shí)，將RSET的功耗降低到可以接受的水平，從而使LED兩端的電壓盡可能大，流經(jīng)的電流也盡可能大。

圖4 功率較小的LED恒流驅動(dòng)

大功率LED恒流驅動(dòng)電源采用先穩壓，再限流的混合方式。為適應負載需要，電壓需要保證在一定范圍內。LED的Vf值在3～3.6V之間，那么按LED實(shí)際數量即可確定電源部分需要調整的電壓范圍。大功率LED恒流驅動(dòng)如圖5所示，設定穩壓源的最大設定值VSET（比如DC360V），設定穩流源的設定值ISET（300mA～1.4A），采樣RSET上的電壓，若超過(guò)穩流源的設定值時(shí)，則輸出電壓相應下降，根據LED燈串聯(lián)數量的多少，輸出電壓可降至最小值（如DC 300V）。

圖5 大功率LED恒流驅動(dòng)

開(kāi)關(guān)調節控制模式與電阻限流方式相比，電路成本較高；控制環(huán)路可準確調節LED電流；可實(shí)現幅值和低頻PWM調節；能夠實(shí)現LED特性的自動(dòng)溫度補償；寬輸入電壓范圍；基本上不需散熱器，可節省成本，對于高輸入電壓和大工作電流，其他驅動(dòng)方案會(huì )導致非常高的損耗，然而此模式仍能保持高效工作。

技術(shù)指標
根據上述設計方案，大功率LED照明恒流驅動(dòng)電源的主要技術(shù)指標為：輸入電壓85～264V；頻率47～63Hz；輸出功率100W；輸出電流：350mA±5%或700mA±5%；輸出方式：多顆1W以上大功率LED串聯(lián)方式；輸出電壓范圍：DC 300～360V，效率≥90％，功率因數≥0.99，諧波≤5%，穩流精度≤5%；具有定時(shí)、調流、關(guān)機功能；具有過(guò)壓、過(guò)流、短路和過(guò)溫保護功能；全密封，防水要求IP65，外型尺寸(L×W×H)=185mm×70mm×45mm，重量1.5kg。工作溫度-40～+70℃，儲存溫度-50～+85℃，符合相關(guān)安規、ROHS和電磁兼容標準、防雷設計（ICE-61000-4-5 Class 4）。較好地滿(mǎn)足了照明工程的要求。