一种高性能可智能控制型LED路灯驱动电源的设计

 摘要：本文针对传统驱动电源电能损耗大、效率和智能化程度低的缺点，设计了一款适用于大功率LED路灯的高性能可智能控制型驱动电源。本文选择了多级驱动方案，即功率因数校正(PFC)电路、LLC谐振控制电路和多路恒流输出的三级式结构。本文采用合理的设计，优化了功率校正因数，增大了输入电压范围，提高了整机效率，使输出电流在全负载范围内更加稳定，同时增加了PWM调光控制功能，可根据外界环境的变化智能控制LED路灯的亮度，从而达到进一步节能减排的效果。

引言

由于具有高光效、长寿命、灯具效率高、环保和易于调光控制等优点，半导体照明是目前被各国公认为最有发展前景的高效照明产业，被称作继白炽灯、荧光灯后照明光源的又一次革命[1]。我国推出的“十城万盏”计划[2]，使LED路灯得到了越来越多的应用。但是，LED路灯在取代传统路灯的道路上还有许多亟待解决的难题，主要包括光学设计、散热以及驱动电源等问题，同时智能控制和无线通信也成为LED路灯的研究重点。

本文采用多级驱动方案，使驱动具有较高的功率因数和效率，并解决了传统方案驱动器件多、成本高、体积大的缺陷。易于调光控制也是LED照明的一大优点，设计中采用了可PWM调光的模块，使得驱动电源具有智能控制的接口，便于在此基础上开发LED路灯智能照明控制系统。

1 系统结构

本系统采用3级驱动电路结构，系统结构图如图1，前级是功率因数校正电路，主要作用是采用谐波抑制技术限制谐波的含量。中间级是LLC谐振电路，完成隔离和降压功能，保证电路具有较高的转换效率。最后一级为恒流输出电路，为LED提供恒定的电流，同时具有PWM调光控制功能，通过智能控制系统来调节LED的亮度。

2 驱动电路原理及实现

2.1 PFC电路的设计

为了提高电能的利用率，现在一般的开关电源都需要在前级加入功率因数校正(PFC)电路[3]，其中升压PFC有源功率因数校正是最具成本效益的方法。本文采用PI公司推出的PFS708EG专用芯片，该芯片具有极高的集成度，集成了一个连续导通模式(CCM)升压PFC控制器、栅极驱动器、超低反向恢复二极管和高压功率MOSFET，采用了创新的恒定伏秒/安秒控制方法，可极大减少元器件数量、降低装配成本和布板尺寸[4]。图2所示为PFS708EG的典型应用图。

本设计采用一种恒定的安培-秒导通时间和恒定的伏-秒关断时间控制方法，该方法可以调节输出电压和整形输入电流以使其符合谐波电流限值(高功率因数)。即控制开关电流在导通时间内具有恒定的安培-秒从而使平均输入电流跟随输入电压，同时保持由升压电感器的电磁特性所决定的恒定的伏-秒平衡，从而调节输出的电压和功率。如下所示，设置关断时间(toff)的恒定伏-秒为：

上式表明，输入电流iIN正比于输入电压VIN，因此满足了对于功率因数校正的基本要求。