基于PLC810PG的LED路灯电源电路设计

2011-09-30 15:16:21来源: 互联网

采用PLC810PG的150W LED路灯电路,输入电流总谐波失真(THD)<7.5%,线路功率因数(PF)≥0.97,输出48V/3.125A,电路总效率ytotal>92%,传导EMI满足EN5SO228/CISPR22B规范要求,安全性符合IEC950/UL1950(II类)规定。

  前言

  LED路灯供电电源有两种主要方式:一种是使用交流(AC)市电供电;另一种是利用太阳能供电。当使用工频市电电源(如220/110V,50/60Hz)为LED路灯供电时,需要将AC高压转换为低压恒流直流(DC)电压。最简单的AC/DC转换方案是使用AC降压变压器加整流稳压电路,其优点是电路简单,元件数量较少,成本较低,但其性能却不能满足许多规范要求。LED路灯功率通常远大于75W,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。美国PI公司推出一种型号为PLC810PG的PFC/LLC组合控制IC,支持150~600W的LED路灯电源、32至60 LCD TV电源和PC主电源及工作站电源。

  PLC810PG采用24引脚窄体塑料封装,符合欧盟RoHS指令要求。PLC810PG集成了PFC/LLC控制器和PFC MOSFET(极)驱动器及半桥高/低端MOSFET(栅极)驱动器,PFC与LLC频率和相位同步化,具有过电压、电压过低、过电流保护和软启动等功能,为目前设计LED路灯电源提供了一种重要的解决方案。

  1、基于PLC810PG的150W LED路灯电源电路及其工作原理

  

 

  采用PLC810PG的150W LED路灯电源电路如图1所示。

  图1所示的LED路灯电源分为输入电路、PFC升压变换器和LLC谐振转换器等几个主要部分。

  1.1 输入电路、PFC级主电路及偏置电源

  LED路灯电源的输入滤波器、桥式整流器(BR1)、连续模式(CCM)PFC升压变换器功率级和控制IC的偏置电源电路显示在图1(a)中。

  1.1.1 EMI滤波器

  C1~C6和L1、L2及R1~R3组成EMI滤波器。C1和C5连接在相线L和中线N之间,用于保护地(E),同时用于控制高频(>30MHz)噪声。C3和C4提供差模EMI滤波。共模电感器L1、L2控制低频和中频(<10MHz)EMI,C2和C6控制中频区中的谐振峰值。当交流(AC)电源切断时,R1、R2和R3为EMI电容放电提供通路,以满足安全要求。

  PFC电感器L4有一个接地屏蔽带,能阻止静电和磁噪声耦合到EMI滤波器元件中。PFC开关Q2(MOSFET)散热器经电容C80连接到初级地(B-),消除了散热器作为传导噪声源进入机壳底板。

采用PLC810PG的150W LED路灯电路,输入电流总谐波失真(THD)<7.5%,线路功率因数(PF)≥0.97,输出48V/3.125A,电路总效率ytotal>92%,传导EMI满足EN5SO228/CISPR22B规范要求,安全性符合IEC950/UL1950(II类)规定。

  前言

  LED路灯供电电源有两种主要方式:一种是使用交流(AC)市电供电;另一种是利用太阳能供电。当使用工频市电电源(如220/110V,50/60Hz)为LED路灯供电时,需要将AC高压转换为低压恒流直流(DC)电压。最简单的AC/DC转换方案是使用AC降压变压器加整流稳压电路,其优点是电路简单,元件数量较少,成本较低,但其性能却不能满足许多规范要求。LED路灯功率通常远大于75W,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。美国PI公司推出一种型号为PLC810PG的PFC/LLC组合控制IC,支持150~600W的LED路灯电源、32至60 LCD TV电源和PC主电源及工作站电源。

  PLC810PG采用24引脚窄体塑料封装,符合欧盟RoHS指令要求。PLC810PG集成了PFC/LLC控制器和PFC MOSFET(栅极)驱动器及半桥高/低端MOSFET(栅极)驱动器,PFC与LLC频率和相位同步化,具有过电压、电压过低、过电流保护和软启动等功能,为目前设计LED路灯电源提供了一种重要的解决方案。

  1、基于PLC810PG的150W LED路灯电源电路及其工作原理

  

 

  采用PLC810PG的150W LED路灯电源电路如图1所示。

  图1所示的LED路灯电源分为输入电路、PFC升压变换器和LLC谐振转换器等几个主要部分。

  1.1 输入电路、PFC级主电路及偏置电源

  LED路灯电源的输入滤波器、桥式整流器(BR1)、连续模式(CCM)PFC升压变换器功率级和控制IC的偏置电源电路显示在图1(a)中。

  1.1.1 EMI滤波器

  C1~C6和L1、L2及R1~R3组成EMI滤波器。C1和C5连接在相线L和中线N之间,用于保护地(E),同时用于控制高频(>30MHz)噪声。C3和C4提供差模EMI滤波。共模电感器L1、L2控制低频和中频(<10MHz)EMI,C2和C6控制中频区中的谐振峰值。当交流(AC)电源切断时,R1、R2和R3为EMI电容放电提供通路,以满足安全要求。

  PFC电感器L4有一个接地屏蔽带,能阻止静电和磁噪声耦合到EMI滤波器元件中。PFC开关Q2(MOSFET)散热器经电容C80连接到初级地(B-),消除了散热器作为传导噪声源进入机壳底板。

2.2 双极晶体管

  PFC缓冲级Q1选用60V、1A、采用SOT-23封装的FMMT491TA型NPN晶体管。Q3选用60V、1A、采用SOT-23封装的FMMT591TA型PNP晶体管。

  偏置电源中Q26、Q17选用40V、0.2A、采用SOT-23封装的NPN型小信号晶体管MMBT3904LT1G,Q27选用80V、0.5A,采用SOT-89封装的BST52TA型NPN晶体管。

  2.3 铁氧体磁珠

  铁氧体磁珠L6、L7尺寸为3.5mm×4.45mm,68Ω( @100KHz),孔洞22AWG(美国线规,孔洞直径φ0.63mm)。

  铁氧体磁珠1~4,尺寸为φ3.5mm×3.25mm(长),21Ω(@25MHz),孔洞φ1.6mm。

  2.4 PFC电感器L4

  

 

  PFC升压电感器L4采用PQ32/20磁心和12引脚配套骨架,电气图和构造图分别如图2和图3所示。在图3中,引脚1与6之间的主绕组用作PFC升压电感器,引脚8与7之间的绕组为偏置绕组。

  具体的L4结构如表1所示。

  表1 PFC电感器L4绕组结构

  

 

  注:L4主绕组(引脚1~6)电感量在100KHz和0.4V时是580μH(±10%)

  2.5 LLC变压器T1

  

 

  

 

  LLC变压器T1选用ETD39磁心和18引脚骨架,电气图和构造图分别如图4和图5所示。

  T1电气特性如表2所示。

  表2 LLC变压器电气参数

  

 

  表3列示了T1的绕组结构。

  表3 LLC变压器绕组结构

  

3、150W LED路灯电源性能

  图1所示的150W LED路灯电源,AC输入电压范围是140~265VAC,DC输出是48V/3.125A。其它主要性能如下。

  3.1 AC输入电流谐波

  

 

  LED路灯电源的AC输入电流谐波满足IEC61000-3-2标准限量要求。图6为在满载和半载(50%负载)下AC输入电流总谐波失真(THD)与AC输入电压的关系曲线。由图6可知,在满载下,THD<7.5%,在200VAC时的THD=2%。

  3.2 线路功率因数

  

 

  由于LED路灯离线(off-line)电源带有功率因数校正,满载下的线路功率因数 PF>0.965;在140~220VAC范围内,PF≥0.98,如图7所示。

  3.3 电源效率

  在满载时,PFC级效率PFC> 95%(@140VAC),LLC级效率LLC>95%,系统总效率total>92%(@200~265VAC)。

  

 

  图8为在不同负载上系统效率与AC输入电压的关系。

  3.4 EMI与安全性

  LED路灯电源传导EMI符合CISPR22B/EN55022B规范要求,安全性满足IEC950/UL1950 II类要求。

  4、小结

  采用PFC/LLC控制器PLC810PG的150W LED路灯电源,为设计高性能离线LED路灯电源提供了一种具有指导性和实用性的解决方案。

关键字:PLC810PG  LED  电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0930/article_12066.html
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