一種高轉換效率高功率因素的大功率LED電源研究

　　輸入電路部分主要由輸入濾波器、橋式整流器（BR1）等組成，C1~C6 和L1、L2 及R1~R3 組成EMI 濾波器。C1 和C5 連接在相線L 和中線N 之間，用于保護地（E），同時用于控制高頻（>30MHz）噪聲。C3 和C4 提供差模EMI 濾波。共模電感器L1、L2 控制低頻和中頻（10MHz）EMI，C2 和C6 控制中頻區中的諧振峰值。當交流（AC）電源切斷時，R1、R2 和R3 為EMI 電容放電提供通路，以滿足安全要求。

　　F1 是保險絲，起短路保護作用。RV1 用作過電壓保護。RT1是NTC 熱敏電阻，在電路啟動期間限制浪涌電流。當電路啟動之后進入正常操作時，繼電器動作，將熱敏電阻短路，由于RT1 沒有電流通過，使電路效率至少能提高1%。

　　PFC 升壓變換器主電路由L4、升壓二極管D2、PFC 開關Q2、輸出電容C9、C11 等組成。在AC 輸入電壓范圍為140~265V 時，PFC 輸出直流（DC）升壓電壓（VB+）穩定在385V，并且在橋式整流器BR1 輸入端產生正弦電流，使系統呈現純電阻性的負載，線路功率因數接近于1。

　　PLC810PG 的PFC 部分采用無需正弦信號輸入參考的通用輸入連續電流模式（CCM） 設計，從而減少了系統成本和外部元件。

　　Q1 和Q3 等組成Q2 的緩沖級。Q2 柵極和漏極分別串接了鐵氧體磁珠，可以改善EMI。

　　PFC 緩沖級Q1 選用60V、1A、采用SOT-23 封裝的FMMT491TA 型NPN 晶體管。 Q3 選用60V、1A、采用SOT-23 封裝的FMMT591TA 型PNP 晶體管。偏置電源中Q26、Q17選用40V、0.2A、采用SOT-23 封裝的NPN 型小信號晶體管MMBT3904LT1G。

　　PFC 開關Q2 選用STW 20NM50FD，500V，20A，導通電阻0.22Ω，采用TO-247AC 封裝。

　　R6 和R8 是PFC 級電流傳感電阻。連接在R6 和R8 上的二極管D3 和D4，在浪涌期間箝位（箝位電壓為D3 和D4 的正向壓降，約0.7V×2=1.4V），R6 和R8 上的電壓以保護U1（PLC810PG）的電流感測輸入。

　　在系統加電時，對C9 的充電電流通過二極管D1，而沒有浪涌電流通過L4，這就避免了L4 出現飽和的可能性。PFC 級輸入小電容C7 用作旁路高頻成分，C7 選擇低損耗丙乙烯電容器。電容C11 用作減小Q2、D2 和C9 等高頻環路元件的EMI。

　　LLC 諧振轉換器由LLC 輸入級與LLC 輸出級組成。Q10 和Q11 是LLC 轉換器的半橋高/ 低端MOSFET，它們由U1 經電阻R56 和R58 直接驅動。C39 是變壓器T1 初級諧振電容，它與T1初級形成諧振槽路。由于諧振電感器已結合進T1 初級繞組線圈中，這種電路仍被稱為LLC 諧振槽路，而不將其稱作LC 諧振槽路。

　　電容C40 被安置到鄰近的Q10 和Q11，用于旁路。

　　半橋開關Q10 和Q11 選用IRFIB7N50LPBF 型N 溝道MOSFET，500V，6.8A，0.32Ω，采用TO-247AC 封裝。

　　變壓器T1 次級輸出經D9 和C37、C38 整流濾波提供48V 的輸出，為LED 路燈供電。T1 次級串接的鐵氧體磁珠，用作抑制高頻噪聲。

　　PLC810PG 中DC-DC 控制器驅動LLC 諧振，這個變頻控制器可使MOSFET 在零電壓時進行開關操作，從而消除大部分的開關損耗，提高效率。LLC 控制器的核心是一個電流控制的振蕩器，其頻率控制范圍支持電視機電源的傳統工作頻率。

　　為了確保零電壓開關，PLC810PG 中LLC 開關的死區時間被嚴格控制在容差范圍之內，并可通過一個外部電阻進行調節。高低壓兩端的占空比緊密匹配，以提供平衡的輸出電流，從而降低輸出二極管的成本。

　　3 LED 驅動電源測試結果

　　通過在實驗室對樣品線路板連接LED 燈模組進行測試，測試結果為：在滿載時，PFC 級效率PFC> 95%，LLC 級效率LLC>95%，系統總效率total>92%（AC200-265VAC）。由于LED 路燈電源帶有功率因數校正，在140VAC~220VAC 范圍內，PF ≥ 0.98，LED 路燈電源傳導EMI 符合CISPR22B/EN55022B 規范要求，安全性滿足IEC950/UL1950 II 類要求。