精品文檔-下載后可編輯一種高性能可智能控制型LED路燈驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用本文針對(duì)傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電源電能損耗大、效率和智能化程度低的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款適用于大功率LED路燈的高性能可智能控制型驅(qū)動(dòng)電源。本文選擇了多級(jí)驅(qū)動(dòng)方案，即功率因數(shù)校正(PFC)電路、LLC諧振控制電路和多路恒流輸出的三級(jí)式結(jié)構(gòu)。本文采用合理的設(shè)計(jì)，優(yōu)化了功率校正因數(shù)，增大了輸入電壓范圍，提高了整機(jī)效率，使輸出電流在全負(fù)載范圍內(nèi)更加穩(wěn)定，同時(shí)增加了PWM調(diào)光控制功能，可根據(jù)外界環(huán)境的變化智能控制LED路燈的亮度，從而達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能減排的效果。引言由于具有高光效、長(zhǎng)壽命、燈具效率高、環(huán)保和易于調(diào)光控制等優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體照明是目前被各國(guó)公認(rèn)為有發(fā)展前景的高效照明產(chǎn)業(yè)，被稱(chēng)作繼白熾燈、熒光燈后照明光源的又革命[1]。我國(guó)推出的“十城萬(wàn)盞”計(jì)劃[2]，使LED路燈得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。但是，LED路燈在取代傳統(tǒng)路燈的道路上還有許多亟待解決的難題，主要包括光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱以及驅(qū)動(dòng)電源等問(wèn)題，同時(shí)智能控制和無(wú)線(xiàn)通信也成為L(zhǎng)ED路燈的研究重點(diǎn)。本文采用多級(jí)驅(qū)動(dòng)方案，使驅(qū)動(dòng)具有較高的功率因數(shù)和效率，并解決了傳統(tǒng)方案驅(qū)動(dòng)器件多、成本高、體積大的缺陷。易于調(diào)光控制也是LED照明的一大優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)中采用了可PWM調(diào)光的模塊，使得驅(qū)動(dòng)電源具有智能控制的接口，便于在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)LED路燈智能照明控制系統(tǒng)。1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用3級(jí)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1，前級(jí)是功率因數(shù)校正電路，主要作用是采用諧波抑制技術(shù)限制諧波的含量。中間級(jí)是LLC諧振電路，完成隔離和降壓功能，保證電路具有較高的轉(zhuǎn)換效率。為恒流輸出電路，為L(zhǎng)ED提供恒定的電流，同時(shí)具有PWM調(diào)光控制功能，通過(guò)智能控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度。

2驅(qū)動(dòng)電路原理及實(shí)現(xiàn)2.1PFC電路的設(shè)計(jì)為了提高電能的利用率，現(xiàn)在一般的開(kāi)關(guān)電源都需要在前級(jí)加入功率因數(shù)校正(PFC)電路[3]，其中升壓PFC有源功率因數(shù)校正是成本效益的方法。本文采用PI公司推出的PFS708EG專(zhuān)用芯片，該芯片具有極高的集成度，集成了一個(gè)連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)升壓PFC控制器、柵極驅(qū)動(dòng)器、超低反向恢復(fù)二極管和高壓功率MOSFET，采用了創(chuàng)新的恒定伏秒/安秒控制方法，可極大減少元器件數(shù)量、降低裝配成本和布板尺寸[4]。圖2所示為PFS708EG的典型應(yīng)用圖。

本設(shè)計(jì)采用一種恒定的安培-秒導(dǎo)通時(shí)間和恒定的伏-秒關(guān)斷時(shí)間控制方法，該方法可以調(diào)節(jié)輸出電壓和整形輸入電流以使其符合諧波電流限值(高功率因數(shù))。即控制開(kāi)關(guān)電流在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)具有恒定的安培-秒從而使平均輸入電流跟隨輸入電壓，同時(shí)保持由升壓電感器的電磁特性所決定的恒定的伏-秒平衡，從而調(diào)節(jié)輸出的電壓和功率。如下所示，設(shè)置關(guān)斷時(shí)間(toff)的恒定伏-秒為：

上式表明，輸入電流iIN正比于輸入電壓VIN，因此滿(mǎn)足了對(duì)于功率因數(shù)校正的基本要求。由上述原理可知，在升壓PFC電路中電感L1用于當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，而對(duì)于本設(shè)計(jì)中的連續(xù)導(dǎo)通模式，當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)只有一部分儲(chǔ)存的能量被傳遞到輸出電路。設(shè)計(jì)中所需的電感值的計(jì)算方式如下：

其中VO為PFC端的輸出電壓，VIN為PFC端瞬時(shí)輸入電壓，VMIN(PK)是低線(xiàn)路輸入電壓峰值，△I為紋波電流的峰峰值，F(xiàn)S為電路的開(kāi)關(guān)頻率，D為占空比。圖中C2為PFC端輸出電容，作為能量?jī)?chǔ)存器為輸出電壓濾波，決定了輸出電壓的紋波，輸出電容既要滿(mǎn)足保持時(shí)間所需的電容值，也要求滿(mǎn)足輸出紋波的要求，其計(jì)算方式如下面兩式所示，選取計(jì)算所得的較高電容值作為輸出電容值。

2.2LLC諧振電路設(shè)計(jì)LLC諧振電路是LED路燈驅(qū)動(dòng)電路的部分，LLC諧振電路是在傳統(tǒng)串聯(lián)和并聯(lián)LC諧振電路的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，它實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，具有較高的功率密度和效率。本設(shè)計(jì)采用PI公司生產(chǎn)的LCS702HG控制芯片，它集成了LLC控制器、上管和下管驅(qū)動(dòng)器以及兩個(gè)半橋MOSFET，此控制器通過(guò)改變頻率，使得MOSFET在零電壓時(shí)切換，消除了損耗，提高了效率，其高度的集成度減少外部元器件多達(dá)30個(gè)，降低了成本且減小了PCB面積[5]。其電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

LLC轉(zhuǎn)換器要求在開(kāi)關(guān)半周期之間具有固定的死區(qū)時(shí)間。如圖3所示，連接于DT/BF引腳、VREF引腳和接地引腳之間的電阻分壓器用于設(shè)定死區(qū)時(shí)間，啟動(dòng)頻率以及脈沖閾值頻率。FB引腳是反饋回路的頻率控制輸入端。頻率與反饋引腳電流成正比。引腳HB的輸出通過(guò)一個(gè)諧振電容C2驅(qū)動(dòng)輸出變壓器T1，該電容用于確定工作紋波電流和在故障條件下能夠承受的高電壓。變壓器T1的漏感設(shè)計(jì)為50μH，這樣和諧振電容C2一起確定了初級(jí)串聯(lián)諧振頻率，如下式所示：

其中fR為串聯(lián)諧振頻率，LL為變壓器漏感，CR為諧振電容器的值。為實(shí)現(xiàn)成本和尺寸，采用~250KHz的額定工作頻率，這樣可以使用較低成本的陶瓷電容來(lái)代替點(diǎn)解電容，延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)電路的壽命。2.3恒流輸出電路設(shè)計(jì)由LED的發(fā)光原理可知，LED驅(qū)動(dòng)電源更適合采用恒流輸出的方式[6]。本設(shè)計(jì)采用TI公司的LM3406HV作為控制芯片，LM3406HV采用受控導(dǎo)通時(shí)間結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以確保無(wú)論輸入及輸出電壓如何變動(dòng)，開(kāi)關(guān)頻率都恒定不變，因此LM3406HV的輸出電流極為準(zhǔn)確，瞬態(tài)響應(yīng)也極快。LM3406HV支持PWM調(diào)光，可以使用專(zhuān)用邏輯引腳或者PWM開(kāi)關(guān)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)[7]。圖4是LM3406HV的典型應(yīng)用圖。如圖4所示，導(dǎo)通時(shí)間ton可通過(guò)外部電阻Ron、輸入電壓VIN和輸出電壓VO設(shè)置，導(dǎo)通時(shí)間由以下公式確定：

DIM引腳是一個(gè)PWM調(diào)光輸入引腳，當(dāng)輸入為低電平(小于0.8V)時(shí)將會(huì)禁止內(nèi)部MOSFET，同時(shí)關(guān)斷流向LED的電流。調(diào)光頻率和占空比由LED電流上升時(shí)間和下降時(shí)間以及激活DIM引腳的延遲所限制，在一般情況下，調(diào)光頻率應(yīng)該比穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)頻率低至少一個(gè)數(shù)量級(jí)以防止混疊。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)一個(gè)輸入電壓范圍為90VAC~265VAC，輸出功率為150W，輸出為5路輸出，電流為0.7A的測(cè)試樣機(jī)。測(cè)試樣機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：1)PFC電路L1=1.80mH，C1=120μF;2)LLC諧振電路諧振電容CR=6.2nF，RFMAX=36.5kΩ，RBURST=5.11KΩ;3)恒流電流RON=143KΩ，CIN=4.7μF，RSNS=0.29Ω，L1=33μH。3.1功率校正因數(shù)測(cè)試結(jié)果與分析圖5是在輸入50Hz交流正弦波電源，負(fù)載為50%和100%的情況下，PF值隨輸入電壓的變化曲線(xiàn)，由圖可知，在220VAC范圍內(nèi)，PF值都可以達(dá)到0.9以上，在滿(mǎn)載的情況下更是基本達(dá)到0.98。可見(jiàn)本設(shè)計(jì)具有較高的功率校正因數(shù)，極大地提高了LED路燈驅(qū)動(dòng)電源的性能。

3.2驅(qū)動(dòng)電路效率的測(cè)試結(jié)果和分析圖6是LED驅(qū)動(dòng)電源前兩級(jí)(PFC與LLC諧振電路)的效率曲線(xiàn)，如圖所示，在輸入電壓范圍內(nèi)，在50%和100%負(fù)載下，效率都達(dá)到0.9以上。同時(shí)在正常工作電壓下，即48V的情況下，恒流模塊的效率達(dá)到了0.96，也達(dá)到了較優(yōu)的性能。由上述可知本設(shè)計(jì)具有較高的效率，減少了電路的損耗。

3.3智能控制調(diào)光測(cè)試結(jié)果與分析通過(guò)外圍檢測(cè)電路和智能控制對(duì)驅(qū)動(dòng)電路輸入PWM信號(hào)，如下圖所示，圖7(a)所示為調(diào)光占空比為10%時(shí)一路LED的狀態(tài)，圖7(b)是調(diào)光占空比為50%一路LED的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，該驅(qū)動(dòng)電源可實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的功能。4結(jié)論智能化和網(wǎng)絡(luò)化控制路燈是未來(lái)路燈控制的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)。所以本文提出了一種高性能多路輸出的可PWM調(diào)光的大功率LED路燈驅(qū)動(dòng)電路，以適用于需要智能化和網(wǎng)絡(luò)化控制的LED路燈控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)：[1]程伊炳，金尚忠.基于多路輸出的高效LED驅(qū)動(dòng)器的分析和仿真[J].照明工程學(xué)報(bào)，2022，4(2)：66-70[2]葉峰.LED在道路照明中的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2022，4(2)：29-32[3]梁國(guó)輝，謝謙，王曾等.基于LLC諧振的多路輸出LED路燈恒流驅(qū)動(dòng)電路[J].微電子學(xué)，2022，1