基于單級PFC控制器的LED照明電源設計

　　LED技術(shù)及其應用的發(fā)展超過(guò)幾年前業(yè)界的預期， 目前LED已經(jīng)開(kāi)始步入普通照明領(lǐng)域。在中國大陸的LED公共照明方面， LED 路燈和公路隧道燈的應用走在世界的前列。從全球的情況來(lái)看， LED 普通照明驅動(dòng)電路要采用工頻市電電源供電（即離線(xiàn)式驅動(dòng)電路）。就其拓撲結構而言， 主要是隔離型反激式轉換器開(kāi)關(guān)電源方案。對于200W 以上的LED 路燈， 則選擇雙電感單電容（ LLC ）半橋諧振拓撲。在100W 以下的LED 照明驅動(dòng)電源中， 單級PFC 反激式電路拓撲是最佳解決方案。德州儀器（ TI）公司推出的UCC28810普通照明電源控制器， 不僅支持單級PFC 反激式變換器和Triac 調光， 同時(shí)還支持兩級PFC 電源拓撲。

　　1 UCC28810引腳功能和特點(diǎn)

　　1. 1 UCC28810封裝與引腳功能

　　UCC28810采用8引腳SO IC 封裝， 引腳排列如圖1所示。

　　圖1 UCC28810引腳排列

　　為了正確應用UCC28810， 必須了解其各個(gè)引腳功能， 見(jiàn)表1。

　　表1 UCC28810引腳功能

　　1. 2 UCC28810的主要特點(diǎn)

　　UCC28810是一種單級PFC 離線(xiàn)式LED 照明電源控制器， 可以控制臨界導通模式（ C rM ） 操作的反激、降壓（ buck）或升壓（ boost）變換器， 能夠與傳統墻上調光器接口。UCC28810含有一個(gè)用于反饋誤差處理的跨導電壓放大器、一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生與輸入電壓成正比的電流指令的電流參考發(fā)生器、一個(gè)電流傳感比較器、PWM 邏輯及驅動(dòng)外部功率MOSFET 的驅動(dòng)器。

　　UCC28810提供過(guò)電壓保護（ OVP）、反饋開(kāi)路保護和使能（ enable）電路。

　　UCC28810的VDD導通門(mén)限電壓是15. 6 V， 欠壓關(guān)斷門(mén)限電平是9. 7 V， 鉗位電壓為19 V， 靜態(tài)工作電流為4mA。

　　UCC28810用于控制LED 普通照明驅動(dòng)電源， 應用領(lǐng)域有工業(yè)照明、商業(yè)照明、住宅照明以及街道、道路、停車(chē)場(chǎng)照明和建筑與裝飾照明。

　　2 基于UCC28810的34W單級PFC反激式LED恒流驅動(dòng)電源

　　基于UCC28810的34W 單級PFC反激式LED 恒流驅動(dòng)電源電路如圖2所示。這種帶PFC 的隔離型單級反激式離線(xiàn)LED 驅動(dòng)電路的AC 輸入電壓范圍為180~ 265 V， 輸出DC 電壓為10 ~ 48 V， 輸出恒流為700mA， 可以驅動(dòng)3~ 13個(gè)串聯(lián)連接的LED， 最大輸出功率為34 W ， 效率達90%， 線(xiàn)路功率因數PF> 0. 9。

　　圖2 基于UCC28810的34W 單級PFC反激式LED恒流驅動(dòng)電源

　　在圖2中， 輸入端F1 為保險絲， L 1、L 2和C 3、C 1為輸入EM I濾波器， D1 是橋式整流器， D2、D3、R 9、R 14、R 19、C 9組成輸入電壓檢測電路， R 1和R 4是U2（UCC28810D） 引腳VDD 上的啟動(dòng)電阻， R 8、D7、C 7、D 8、R 7、Q1和D6、C6等組成U 2（引腳VDD ）偏置穩壓電源電路， Q 2為初級功率開(kāi)關(guān)， 變壓器初級繞組（ T1的引腳④與⑤之間）上并接的R 2、R 3、C 2、D4組成Q2漏極上RCD 型鉗位電路， Q2源極上串聯(lián)的R 23為初級電流傳感電阻， T1偏置繞組（① 與② 端）同時(shí)提供變壓器零能量（ TZE ）檢測信號（經(jīng)R 21、R 20、C 12傳送至U2的TZE 引腳）。

　　D5、C 4 和C 5組成次級整流濾波電路。R 5 為輸出電流傳感電阻， U1（U1B+ U1A ）作為電流感測放大器使用， 執行輸出恒流調節。U 3為光電耦合器， 對次級到初級的反饋起隔離作用。T1次級引腳⑨與⑩之間的繞組及D9、R 18、D12、Q3和C 10等組成次級偏置穩壓器， 為U 1和U 3提供偏置。D10用作輸出開(kāi)路鉗位（ 51 V ）保護。

　　U2通過(guò)引腳V INS對AC 輸入電壓的檢測， 可以強制峰值開(kāi)關(guān)電流跟蹤輸入電壓的變化， 從而提高系統功率因數。

　　3 采用UCC28810的240W LED路燈驅動(dòng)電源

　　UCC28810不但具有單級PFC 反激式變換器控制功能， 同時(shí)支持獨立PFC升壓變換器架構。圖3為采用UCC28810的240W LED 路燈驅動(dòng)電源系統。該系統主要有三級： 在橋式整流器之后是基于UCC28810的PFC升壓跟隨器級； 第二極是基于UCC28811的恒流降壓（ Buck）級， 它與PFC 級一樣， 工作在臨界導通模式（ C rM ） ; 第三級為隔離級， 為半橋諧振LLC 轉換器， 用TPS92020作為驅動(dòng)器IC。

　　圖3 采用UCC28810的240W LED路燈驅動(dòng)電源系統

　　圖3所示的隔離型離線(xiàn)式LED驅動(dòng)器的技術(shù)規格見(jiàn)表2。

　　表2 設計技術(shù)指標

　　半橋諧振LLC轉換器可以采用多變壓器配置， 如圖4所示。圖中所示的串聯(lián)輸入多并聯(lián)LED 驅動(dòng)方案， 有利于散熱管理， 無(wú)需反饋， 成為L(cháng)ED 照明模塊的一種重要驅動(dòng)方案。

　　圖4 多變壓器配置　　4 采用UCC28810的Triac調光LED照明電源

　　對于LED 普通照明來(lái)說(shuō)， 傳統三端雙向可控硅（ Triac）調光方式被普遍看好， 這是因為T(mén)riac調光器電路簡(jiǎn)單， 成本低廉， 當用LED 燈具替代白熾燈時(shí)， 可以使用白熾燈墻上Triac調光器對LED進(jìn)行調光。圖5為基于UCC28810的Triac 調光LED 照明電源系統框圖。

　　圖5 基于UCC28810的Triac調光LED 照明電源系統框圖

　　白熾燈是一種電阻性負載， 而LED驅動(dòng)電源與白熾燈的情況完全不同， 因此使用傳統T riac相控調光器對LED 進(jìn)行調光， 必須相應附加專(zhuān)門(mén)的電路， 對Triac調光狀態(tài)進(jìn)行檢測， 以保證在A(yíng)C 線(xiàn)路半周期的Triac導通角內為T(mén) riac提供必要的維持電流（ IH ） ， 當AC線(xiàn)路電壓過(guò)零時(shí)確保T riac關(guān)斷。

　　圖6 為T(mén)r iac 調光25W LED 照明電源的輸入EM I濾波器電路。L 1、L 2和C 1、C 2 組成的共模和差模LC輸入EM I濾波器， 是為滿(mǎn)足EM I規范要求而設置的。當T riac 調光器被應用時(shí)， 為防止在Triac 與LC濾波器之間產(chǎn)生振蕩， 在電感器L2兩端連接了一個(gè)由L3和R 5串聯(lián)而成的阻尼網(wǎng)絡(luò )。

　　圖6 輸入EM I濾波器及阻尼網(wǎng)絡(luò )

　　基于圖5所示架構的實(shí)際25W Triac調光LED照明用電源， AC 輸入電壓范圍達85~ 305 V， 線(xiàn)路功率因數> 0. 9， 輸出DC 電壓約為36 V， 輸出恒流為700 mA， 可以10 個(gè)串聯(lián)在一起的C ree XLamp7090XRE白光LED， 系統效率達89% 。

　　5 小結

　　UCC28810型LED 普通照明電源控制器， 支持單級PFC 反激式變換器電路拓撲和傳統Triac相位控制調光器調光。目前此類(lèi)IC 還有很多， 如TPS92210等。LED 調光有PWM調光、模擬電壓調光和Triac等多種方式。對于LED 普通照明應用來(lái)說(shuō)， T riac 調光方案被人們普通看好。