PFC開(kāi)關(guān)電源硬件設(shè)計(jì)分享

有源PFC技術(shù)目前已經(jīng)在開(kāi)關(guān)電源的新產(chǎn)品研發(fā)工作中應(yīng)用的較為成熟，但是在公共照明領(lǐng)域中，這一技術(shù)的適用范圍還并不是很廣泛。在今天和明天的文章中，我們將會(huì)為各位工程師們分享一種基于LED路燈的PFC開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案。本方案采用有源PFC功能電路設(shè)計(jì)的室外LED路燈電源，其內(nèi)部特別設(shè)置有EMC電路和高效防雷電路，能滿(mǎn)足室外照明和抗雷需要。今天我們將會(huì)就這一開(kāi)關(guān)電源方案的硬件設(shè)計(jì)展開(kāi)詳細(xì)介紹。

系統(tǒng)總體框圖

首先來(lái)看這一PFC開(kāi)關(guān)電源方案的總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本方案中，考慮到戶(hù)外LED照明的工作需要，我們選擇采用隔離變壓器和PFC控制實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)能夠輸出恒壓恒流的電壓，驅(qū)動(dòng)LED路燈進(jìn)行照明。這一電路的總體框圖如圖1所示。

圖1 PFC開(kāi)關(guān)電源模塊工作原理框圖

相信很多從事LED照明研發(fā)工作的技術(shù)人員都非常清楚，目前市面上不少LED產(chǎn)品的抗浪涌的能力相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較差的，尤其對(duì)于抗反向電壓能力來(lái)說(shuō)，更是如此。因此，加強(qiáng)這方面的保護(hù)就是本方案的重點(diǎn)。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)具有抑制浪涌侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。EMI濾波電路主要防止電網(wǎng)上的諧波干擾串入模塊，影響控制電路的正常工作。

在圖1所展示的這一PFC開(kāi)關(guān)電源模塊工作原理狂徒中，我們可以很清晰的看到，當(dāng)這一系統(tǒng)開(kāi)始正常運(yùn)行時(shí)，三相交流電經(jīng)過(guò)全橋整流后變成脈動(dòng)的直流在濾波電容和電感的作用下，輸出直流電壓。此時(shí)，主開(kāi)關(guān)DC/AC電路將直流電轉(zhuǎn)換為高頻脈沖電壓在變壓器的次級(jí)輸出。變壓器輸出的高頻脈沖經(jīng)過(guò)高頻整流、LC濾波和EMI濾波，輸出LED路燈需要的直流電源。

在本方案中，我們所設(shè)計(jì)的有源PFC開(kāi)關(guān)電源的PWM控制電路，采用電壓電流實(shí)現(xiàn)雙環(huán)控制，已達(dá)到對(duì)輸出電壓的調(diào)整和輸出電流的限制目的。該系統(tǒng)中的反饋網(wǎng)絡(luò)采用恒流恒壓器件TSM101和比較器，反饋信號(hào)通過(guò)光耦送給PFC器L6561。由于使用了PFC器件使模塊的功率因數(shù)達(dá)到0.95。

DC-DC變換器設(shè)計(jì)

在這一基于LED的有源PFC開(kāi)關(guān)電源的硬件設(shè)計(jì)中，為了全面保證用電安全，本方案中我們選擇的DC-DC變換器采用隔離式反激結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的變換器有利于確保輸出電壓穩(wěn)定不變。就目前反激式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用范圍來(lái)看，這種開(kāi)關(guān)電源主要應(yīng)用于輸出功率為5~150W的情況。這種電源結(jié)構(gòu)是由Buck-Boost結(jié)構(gòu)推演并加上隔離變壓器而得到，其工作原理如下圖圖2所示。

可以看到，在反激式的DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，該系統(tǒng)主要使用變壓器作為儲(chǔ)能元件。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器儲(chǔ)存能量，負(fù)載電流由輸出濾波電容提供。當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器將儲(chǔ)存的能量傳送到負(fù)載和輸出濾波電容，以補(bǔ)償電容單獨(dú)提供負(fù)載電流時(shí)消耗的能量。

圖2 高頻DC-DC變換原理圖

下面我們來(lái)詳細(xì)的看一下這種變換器的工作原理圖中，具體的參數(shù)含義。上圖所展示的隔離反激式DC-DC變換器工作原理圖中，T1為高頻隔離變壓器，VQ1為CMOS功率三極管17N80C3，VD7和VD8是瞬變抑制二極管，VD6為快恢復(fù)二極管，VD5為雙二極管，C3、C4、C5和C6為電解電容器。Ubout是來(lái)自整流橋的脈動(dòng)直流信號(hào)，GD是來(lái)自功率因數(shù)校正電路的控制信號(hào)。變壓器的引線(xiàn)l和2組成一個(gè)繞組，給PFC器件提供工作電源，引線(xiàn)11和12組成一個(gè)繞組，為恒流恒壓器件和比較器提供工作電源。