基于PFC控制器的LED照明電源系統 - 全文

引言

　　LED技術及其應用的發展超過幾年前業界的預期，目前LED已經開始步入普通照明領域。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。從全球的情況來看，LED普通照明驅動電路要采用工頻市電電源供電（即離線式驅動電路）。就其拓撲結構而言，主要是隔離型反激式轉換器開關電源方案。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，同時還支持兩級PFC電源拓撲。

　　1? UCC28810引腳功能和特點

　　1.1 UCC28810封裝與引腳功能

　　UCC28810采用8引腳SOIC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，必須了解其各個引腳功能，見表1。

表1 UCC28810引腳功能

　　1.2 UCC28810的主要特點

　　UCC28810是一種單級PFC離線式LED照明電源控制器，可以控制臨界導通模式（CrM）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含有一個用于反饋誤差處理的跨導電壓放大器、一個用來產生與輸入電壓成正比的電流指令的電流參考發生器、一個電流傳感比較器、PWM邏輯及驅動外部功率MOSFET的驅動器。UCC28810提供過電壓保護（OVP）、反饋開路保護和使能（enable）電路。UCC28810的VDD導通門限電壓是15.6V，欠壓關斷門限電平是9.7V，鉗位電壓為19V，靜態工作電流為4mA。

　　UCC28810用于控制LED普通照明驅動電源，應用領域有工業照明、商業照明、住宅照明以及街道、道路、停車場照明和建筑與裝飾照明。

　　2? 基于UCC28810的34W單級PFC反激式LED恒流驅動電源

　　基于UCC28810的34W單級PFC反激式LED恒流驅動電源電路如圖2所示。這種帶PFC的隔離型單級反激式離線LED驅動電路的AC輸入電壓范圍為180~265V，輸出DC電壓為10~48V，輸出恒流為700mA，可以驅動3~13個串聯連接的LED，最大輸出功率為34W，效率達90%，線路功率因數PF>0.9。

圖2 基于UCC28810的34W單級PFC反激式LED恒流驅動電源

　　在圖2中，輸入端F1為保險絲，L1、L2和C3、C1為輸入EMI濾波器，D1是橋式整流器，D2、D3、R9、R14、R19、C9組成輸入電壓檢測電路，R1和R4是U2（UCC28810D）引腳VDD上的啟動電阻，R8、D7、C7、D8、R7、Q1和D6、C6等組成U2（引腳VDD）偏置穩壓電源電路，Q2為初級功率開關，變壓器初級繞組（T1的引腳④與⑤之間）上并接的R2、R3、C2、D4組成Q2漏極上RCD型鉗位電路，Q2源極上串聯的R23為初級電流傳感電阻，T1偏置繞組（①與②端）同時提供變壓器零能量（TZE）檢測信號（經R21、R20、C12傳送至U2的TZE引腳）。

　　D5、C4和C5組成次級整流濾波電路。R5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。U3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、R18、D12、Q3和C10等組成次級偏置穩壓器，為U1和U3提供偏置。D10用作輸出開路鉗位（51V）保護。

　　U2通過引腳VINS對AC輸入電壓的檢測，可以強制峰值開關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240WLED路燈驅動電源

　　UCC28810不但具有單級PFC反激式變換器控制功能，同時支持獨立PFC升壓變換器架構。圖3為采用UCC28810的240WLED路燈驅動電源系統。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（CrM）；第三級為隔離級，為半橋諧振LLC轉換器，用TPS92020作為驅動器IC。

圖3 采用UCC28810的240WLED路燈驅動電源系統

　　圖3所示的隔離型離線式LED驅動器的技術規格見表2。

表2 設計技術指標

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

圖4 多變壓器配置

　　4? 采用UCC28810的Triac調光LED照明電源

　　對于LED普通照明來說，傳統三端雙向可控硅（Triac）調光方式被普遍看好，這是因為Triac調光器電路簡單，成本低廉，當用LED燈具替代白熾燈時，可以使用白熾燈墻上Triac調光器對LED進行調光。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驅動電源與白熾燈的情況完全不同，因此使用傳統Triac相控調光器對LED進行調光，必須相應附加專門的電路，對Triac調光狀態進行檢測，以保證在AC線路半周期的Triac導通角內為Triac提供必要的維持電流（IH），當AC線路電壓過零時確保Triac關斷。圖6為Triac調光25WLED照明電源的輸入EMI濾波器電路。L1、L2和C1、C2組成的共模和差模LC輸入EMI濾波器，是為滿足EMI規范要求而設置的。當Triac調光器被應用時，為防止在Triac與LC濾波器之間產生振蕩，在電感器L2兩端連接了一個由L3和R5串聯而成的阻尼網絡。