| 摘要： LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護很重要，LED路燈裝在戶外更要加強浪涌防護。鑒於此，本文介紹了基於LED路燈的PFC開關電源設計方案。方案採用有源PFC功能電路設計的室外LED路燈電源，內置完整的EMC電路和高效防雷電路，符合安規和電磁兼容的要求。最後測試結果也表明，本方案所設計的PFC開關電源性能良好、可靠、經濟實惠且效率高，在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。
0 引言
LED路燈是低電壓、大電流的驅動器件，其發光的強度由流過LED的電流決定，電流過強會引起LED的衰減，電流過弱會影響LED的發光強度，因此LED的驅動需要提供恆流電源，以保證大功率LED使用的安全性，同時達到理想的發光強度。用市電驅動大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC（功率因素校正）和恆流問題，還需有比較高的轉換效率，有較小的體積，能長時間工作，易散熱，低成本，抗電磁干擾，和過溫、過流、短路、開路保護等。本文介紹了基於LED路燈的PFC開關電源設計方案。方案採用有源PFC功能電路設計的室外LED路燈電源，內置完整的EMC電路和高效防雷電路，符合安規和電磁兼容的要求。最後測試結果也表明，本方案所設計的PFC開關電源性能良好、可靠、經濟實惠且效率高，在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。
1 系統總體框圖
採用隔離變壓器、PFC控制實現的開關電源，輸出恆壓恆流的電壓，驅動LED路燈。電路的總體框圖如圖1所示。
LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。LED路燈裝在戶外更要加強浪涌防護。由於電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源應具有抑制浪涌侵入，保護LED不被損壞的能力。EMI濾波電路主要防止電網上的諧波干擾串入模塊，影響控制電路的正常工作。
三相交流電經過全橋整流后變成脈動的直流在濾波電容和電感的作用下，輸出直流電壓。主開關DC/AC電路將直流電轉換為高頻脈衝電壓在變壓器的次級輸出。變壓器輸出的高頻脈衝經過高頻整流、LC濾波和EMI濾波，輸出LED路燈需要的直流電源。
PWM控制電路採用電壓電流雙環控制，以實現對輸出電壓的調整和輸出電流的限制。反饋網路採用恆流恆壓器件TSM101和比較器，反饋信號通過光耦送給PFC器L6561.由於使用了PFC器件使模塊的功率因數達到0.95.
2 DC/DC變換器設計
反激式開關電源主要應用於輸出功率為5~150W的情況。這種電源結構是由Buck-Boost結構推演並加上隔離變壓器而得到，如圖2所示。在反激式拓撲中，由變壓器作為儲能元件。開關管導通時，變壓器儲存能量，負載電流由輸出濾波電容提供；開關管關斷時，變壓器將儲存的能量傳送到負載和輸出濾波電容，以補償電容單獨提供負載電流時消耗的能量。
圖中T1為高頻隔離變壓器，VQ1為CMOS功率三極體17N80C3,VD7和VD8是瞬變抑制二極體，VD6為快恢復二極體，VD5為雙二極體，C3、C4、C5和C6為電解電容器。Ubout是來自整流橋的脈動直流信號，GD是來自功率因數校正電路的控制信號。變壓器的引線l和2組成一個繞組，給PFC器件提供工作電源，引線11和12組成一個繞組，為恆流恆壓器件和比較器提供工作電源。
3 反饋網路電路設計
3.1恆流恆壓電路
本設計使用恆流恆壓控制器件TSM101調節輸出電壓和電流，使之穩定。電路如圖3所示。通過TSM101的控制作用，保證了電源恆流（CC）和恆壓（CV）工作。圖3中，Uout+和Uout-是隔離變壓器經過雙二極體和電解電容器濾波的電壓，再經電感L4和電容濾波后的輸出為Uout+和Uout-,為本電源模塊的輸出電壓，直接加在LED路燈上。可調電阻器RV1和RV2分別調節輸出電壓和電流的大小。R10和R11為22mΩ的電阻，分別對電源輸出的電壓和電流採樣。TMS101的輸出TOUT通過光電耦合器、可控硅和三極體等電路送到L6561的引腳5,通過反饋電路實現恆流控制。器件引腳8接輔助電源，引腳4接變壓器T1副邊地。
3.2比較器電路
採用比較器LM258,電路如圖4所示。
輸出端的採樣電阻兩端的電壓信號VR+和VR-送到比較器LM258,通過與預設電壓進行比較，產生電壓反饋信號DOUT.VF為變壓器T1副邊繞組產生的輔助電源。
4 PFC電路設計
本設計採用最常見的有源功率因數校正的控制器件L6561.PFC電路如圖5所示。
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