基于LLC諧振變換器的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源的探討

唐林

摘要：LED光源屬于第四代綠色照明，自身具有使用效率較高、工作壽命較長(zhǎng)、綠色環(huán)保性突出等優(yōu)點(diǎn)，目前在社會(huì)生活多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。LED照明調(diào)光技術(shù)不僅能對(duì)基本照明效果進(jìn)行美化，還能提高能源利用效率。本文對(duì)基于LLC諧振變換器的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行了探討，提出大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步提高LLC諧振變換器的適用性。

關(guān)鍵詞：LLC諧振變換器；大功率；LED驅(qū)動(dòng)光源

一、大功率LED驅(qū)動(dòng)電源研究意義

LED是綠色照明系統(tǒng)的第四代光源，具有較大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。LED屬于固態(tài)冷光源，自身照明效率較高，使用壽命較長(zhǎng)。隨著LED半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，大功率LED照明受到研究人員的高度關(guān)注。在照明系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電源性能對(duì)系統(tǒng)輸出性影響較大，是LED照明電路發(fā)展的核心。驅(qū)動(dòng)電源自身具有的高效性意味著能量損耗較低，對(duì)電源使用壽命有著重要的調(diào)節(jié)作用。此外，調(diào)光功能對(duì)LED光源具有較大影響，它不僅讓各類LED燈具達(dá)到優(yōu)質(zhì)照明效果，還能對(duì)能量損耗問(wèn)題進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保效果。TRIAC調(diào)光器是目前應(yīng)用最為廣泛的調(diào)光器，但由于其具有一定工作特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電源功率不能全面適應(yīng)大功率電源應(yīng)用指標(biāo)，不能在大功率LED電路中進(jìn)行應(yīng)用。所以研究穩(wěn)定高效以及寬負(fù)載范圍調(diào)光的大功率LED驅(qū)動(dòng)光源具有重要意義。

二、基于LLC諧振變換器的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源原理

如圖1所示。該電源輸入為220V交流電，經(jīng)整流電路后，經(jīng)過(guò)有源功率因數(shù)對(duì)電路進(jìn)行校正，而后能產(chǎn)生較為穩(wěn)定的直流電壓，這樣能為L(zhǎng)LC諧振變換器提供直流電。LLC變換器輸出信號(hào)在輸出變壓器作用下，經(jīng)過(guò)濾波電路處理能為L(zhǎng)ED提供充電源。方波振蕩器電路主要是為產(chǎn)生兩路相位相反的信號(hào)，從而更好地推動(dòng)半橋變換器工作，整流濾波電路輸出電流能為方波發(fā)生器供電。

三、關(guān)鍵電路部分設(shè)計(jì)分析

1.有源功率因數(shù)校正電路

為了使得LED驅(qū)動(dòng)電源輸入交流電路基本功率能夠保持在均衡值，功率因數(shù)要大于0.95，電流諧波失真低于10%，相關(guān)技術(shù)人員可以通過(guò)有源功率因數(shù)對(duì)電路進(jìn)行校正。比如當(dāng)前器件FAN6961是PFC（功率因數(shù)校正）的主要控制芯片，能通過(guò)穩(wěn)定的導(dǎo)通時(shí)間對(duì)DC基本輸出電壓值進(jìn)行校正，能對(duì)外部開(kāi)關(guān)管實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制，能確保AC在掉電階段也能維持自身穩(wěn)定運(yùn)行。目前采用的多向量誤差放大器主要是在電壓鉗位以及快速響應(yīng)基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用的。如果輸出反饋環(huán)路出現(xiàn)斷路情況，內(nèi)設(shè)電路將會(huì)致使控制器各項(xiàng)工作停止。當(dāng)實(shí)際工作電壓值達(dá)到25V，在實(shí)際使用過(guò)程中適應(yīng)性更強(qiáng)。FAN6961主要應(yīng)用特點(diǎn)是電流低輸入、固定的PWM導(dǎo)通時(shí)間、零電流檢測(cè)、環(huán)路開(kāi)路保護(hù)，能對(duì)最大導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行編程。

2.方波振蕩器電路

方波振蕩器核心器件以SG3525芯片作為重要器件，產(chǎn)生的兩路相位相反的正交信號(hào)，其中反饋電壓與脈寬調(diào)整比較器對(duì)兩路信號(hào)脈寬進(jìn)行調(diào)整，確保輸出電壓恒定能有效保持。

從圖2可以看出，在SG3525中設(shè)置振蕩電路，開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的頻率能達(dá)到200kHz。SG3525具有良好的限流作用，從恒流恒壓對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行控制，經(jīng)過(guò)變換之后能進(jìn)行反饋，這樣能起到恒流以及恒壓的控制作用。通過(guò)兩路正交信號(hào)，使得加速之后的電路提供驅(qū)動(dòng)電壓給場(chǎng)效應(yīng)管柵極。其中放大的電路通過(guò)橋式平衡電路形式獲取相應(yīng)的峰值信號(hào)。加速電路構(gòu)成節(jié)點(diǎn)較多，主要功能是在關(guān)斷瞬間使功率管能有效減少過(guò)渡時(shí)間，使得開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題有效降低。SG3525及相關(guān)電路輸出至效應(yīng)管的柵極驅(qū)動(dòng)波形圖如圖3所示。

3.諧振部分及次級(jí)整流電路

在方波信號(hào)下，功率開(kāi)關(guān)之間會(huì)產(chǎn)生方波功率信號(hào)，諧振電感、電容以及勵(lì)磁電感之間能有效構(gòu)成諧振電路部分。次級(jí)整流電路是由變壓器、二極管以及輸出電容構(gòu)成。從計(jì)算參數(shù)值能獲取LED燈驅(qū)動(dòng)電源的LLC變換器實(shí)驗(yàn)波值，通過(guò)有源功率因數(shù)校正技術(shù)以及LLC諧振變換技術(shù)能控制LED燈驅(qū)動(dòng)電源，主要技術(shù)指標(biāo)功率因數(shù)較大，諧波失真情況較小，能滿足初步預(yù)算設(shè)計(jì)。

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