基于PLC810PG的LED路灯电源电路设计 - 模拟电源 -
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。
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。
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