基于PFC控制器的LED照明电源系统

    引言

　　led技术及其应用的发展超过几年前业界的预期，目前LED已经开始步入普通照明领域。在中国大陆的LED公共照明方面，LED路灯和公路隧道灯的应用走在世界的前列。从全球的情况来看，LED普通照明驱动电路要采用工频市电电源供电（即离线式驱动电路）。就其拓扑结构而言，主要是隔离型反激式转换器开关电源方案。对于200W以上的LED路灯，则选择双电感单电容（LLC）半桥谐振拓扑。在100W以下的LED照明驱动电源中，单级PFC反激式电路拓扑是最佳解决方案。德州仪器（TI）公司推出的UCC28810普通照明电源控制器，不仅支持单级PFC反激式变换器和Triac调光，同时还支持两级PFC电源拓扑。

　　1  UCC28810引脚功能和特点

　　1.1 UCC28810封装与引脚功能

　　UCC28810采用8引脚SOIC封装，引脚排列如图1所示。

图1 UCC28810引脚排列

　　为了正确应用UCC28810，必须了解其各个引脚功能，见表1。

表1 UCC28810引脚功能

　　1.2 UCC28810的主要特点

　　UCC28810是一种单级PFC离线式LED照明电源控制器，可以控制临界导通模式（CrM）操作的反激、降压（buck）或升压（boost）变换器，能够与传统墙上调光器接口。UCC28810含有一个用于反馈误差处理的跨导电压放大器、一个用来产生与输入电压成正比的电流指令的电流参考发生器、一个电流传感比较器、PWM逻辑及驱动外部功率MOSFET的驱动器。UCC28810提供过电压保护（OVP）、反馈开路保护和使能（enable）电路。UCC28810的VDD导通门限电压是15.6V，欠压关断门限电平是9.7V，钳位电压为19V，静态工作电流为4mA。

　　UCC28810用于控制LED普通照明驱动电源，应用领域有工业照明、商业照明、住宅照明以及街道、道路、停车场照明和建筑与装饰照明。

　　2  基于UCC28810的34W单级PFC反激式LED恒流驱动电源

　　基于UCC28810的34W单级PFC反激式LED恒流驱动电源电路如图2所示。这种带PFC的隔离型单级反激式离线LED驱动电路的AC输入电压范围为180~265V，输出DC电压为10~48V，输出恒流为700mA，可以驱动3~13个串联连接的LED，最大输出功率为34W，效率达90%，线路功率因数PF>0.9。

图2 基于UCC28810的34W单级PFC反激式LED恒流驱动电源

　　在图2中，输入端F1为保险丝，L1、L2和C3、C1为输入EMI滤波器，D1是桥式整流器，D2、D3、R9、R14、R19、C9组成输入电压检测电路，R1和R4是U2（UCC28810D）引脚VDD上的启动电阻，R8、D7、C7、D8、R7、Q1和D6、C6等组成U2（引脚VDD）偏置稳压电源电路，Q2为初级功率开关，变压器初级绕组（T1的引脚④与⑤之间）上并接的R2、R3、C2、D4组成Q2漏极上RCD型钳位电路，Q2源极上串联的R23为初级电流传感电阻，T1偏置绕组（①与②端）同时提供变压器零能量（TZE）检测信号（经R21、R20、C12传送至U2的TZE引脚）。

　　D5、C4和C5组成次级整流滤波电路。R5为输出电流传感电阻，U1（U1B+U1A）作为电流感测放大器使用，执行输出恒流调节。U3为光电耦合器，对次级到初级的反馈起隔离作用。T1次级引脚⑨与⑩之间的绕组及D9、R18、D12、Q3和C10等组成次级偏置稳压器，为U1和U3提供偏置。D10用作输出开路钳位（51V）保护。

　　U2通过引脚VINS对AC输入电压的检测，可以强制峰值开关电流跟踪输入电压的变化，从而提高系统功率因数。

    3  采用UCC28810的240WLED路灯驱动电源

　　UCC28810不但具有单级PFC反激式变换器控制功能，同时支持独立PFC升压变换器架构。图3为采用UCC28810的240WLED路灯驱动电源系统。该系统主要有三级：在桥式整流器之后是基于UCC28810的PFC升压跟随器级；第二极是基于UCC28811的恒流降压（Buck）级，它与PFC级一样，工作在临界导通模式（CrM）；第三级为隔离级，为半桥谐振LLC转换器，用TPS92020作为驱动器IC。

图3 采用UCC28810的240WLED路灯驱动电源系统

　　图3所示的隔离型离线式LED驱动器的技术规格见表2。

表2 设计技术指标

　　半桥谐振LLC转换器可以采用多变压器配置，如图4所示。图中所示的串联输入多并联LED驱动方案，有利于散热管理，无需反馈，成为LED照明模块的一种重要驱动方案。

图4 多变压器配置

　　4  采用UCC28810的Triac调光LED照明电源

　　对于LED普通照明来说，传统三端双向可控硅（Triac）调光方式被普遍看好，这是因为Triac调光器电路简单，成本低廉，当用LED灯具替代白炽灯时，可以使用白炽灯墙上Triac调光器对LED进行调光。图5为基于UCC28810的Triac调光LED照明电源系统框图。

图5 基于UCC28810的Triac调光LED照明电源系统框图

　　白炽灯是一种电阻性负载，而LED驱动电源与白炽灯的情况完全不同，因此使用传统Triac相控调光器对LED进行调光，必须相应附加专门的电路，对Triac调光状态进行检测，以保证在AC线路半周期的Triac导通角内为Triac提供必要的维持电流（IH），当AC线路电压过零时确保Triac关断。图6为Triac调光25WLED照明电源的输入EMI滤波器电路。L1、L2和C1、C2组成的共模和差模LC输入EMI滤波器，是为满足EMI规范要求而设置的。当Triac调光器被应用时，为防止在Triac与LC滤波器之间产生振荡，在电感器L2两端连接了一个由L3和R5串联而成的阻尼网络。

图6 输入EMI滤波器及阻尼网络

　　基于图5所示架构的实际25WTriac调光LED照明用电源，AC输入电压范围达85~305V，线路功率因数>0.9，输出DC电压约为36V，输出恒流为700mA，可以10个串联在一起的CreeXLamp7090XRE白光LED，系统效率达89%。

　　5  小结

　　UCC28810型LED普通照明电源控制器，支持单级PFC反激式变换器电路拓扑和传统Triac相位控制调光器调光。目前此类IC还有很多，如TPS92210等。LED调光有PWM调光、模拟电压调光和Triac等多种方式。对于LED普通照明应用来说，Triac调光方案被人们普通看好。