大功率LED照明电源设计方案
摘要：介绍采用pfc控制器cm6807和谐振半桥控制器cm6900的350w高效（》90%）高功率因数（》0.95）led照明电源解决方案。该方案适用于直至1kw的电源供应器，可用于led照明、led路灯、大型led看板和大功率体育场馆照明等。
美国“能源之星”等规范要求在任何功率电平上的离线式（off-line）led照明电源具有高功率因数和高能效。对于普通照明用低功率led驱动电源，采用基于专用控制器ic的单级功率因数校正（pfc）反激式电路拓扑是最基本的解决方案。这种拓扑结构的特点是只使用一个功率开关，无需使用高压电解电容器。对于100~200w的led照明电源，人们通常采用pfc+反激式两段式电路架构。这种拓扑结构的特点是pfc升压变换器被置于反激式转换器的前端，pfc与反激式转换器各使用一个功率开关。而对于200w以上的大功率led照明电源供应器，上述两种拓扑结构并不适用。行之有效的解决方案是选择pfc与其电感-电感-电容（llc）相结合的电路架构。为了实现高效率，主变压器二次侧可以采用同步整流方案。在这里介绍一种采用这种方案的350w led照明电源设计实例，以供读者参考。
1 系统技术规格与基本架构
1.1 350w led驱动电源技术规格
（1）输入规格
ac输入电压：85~264 vac;
ac最大输入电流：5a;
线路功率因数pf：》0.95（230vac，满载）；
ac电源频率：47~63hz;
效率：》92%（230vac，满载）；
工作温度：50℃；
工作环境：密闭；
散热方式：无风扇自然冷却。
（2）输出规格
输出电压uo:36~40v;
输出电流io:5~10a;
电压纹波：≤0.3v;
电流纹波：《0.1a;
控制模式：恒定电压/恒定电流。
1.2 系统组成方框图
350w led照明电源主要由emi滤波器、基于连续导电模式（ccm）功率因数控制器cm6807的pfc升压变换器、基于cm6900的llc谐振半桥变换器及同步整流器等部分组成，图1为其基本架构方框图。
2 实际电路
基于cm6807和cm6900的350w led照明电源电路如图2所示。我们对系统中各个单元电路作简要介绍。
2.1 pfc升压变换器与辅助电源
350w led照明电源的pfc升压变换器与辅助电源电路如图2（a）所示。
（1）输入级电路
输入级电路由emi滤波器和桥式整流器组成。在图2（a）中，电容c3、c4、c5和c11~c14及电感元件t1、t2等，构成输入emi滤波器；br1为桥式整流器；fu1为保险丝；rt1为ntc热敏电阻。emi滤波器被用作限制和衰减共模与差模噪声，rt1用作限制系统启动时因对大电容c7充电引起的浪涌电流。
（2）有源pfc升压变换器
功率因数控制器u1（cm6807）、功率开关vt2、升压电感器l1、升压二极管vd3、输入电容c9/c10、输出电容c7、电流传感电阻r4等，组成dc/dc有源pfc升压变换器。pfc级电路工作在连续模式。输入电流经r5、r8和r13通过u1引脚②检测。输出dc总线电压（395v）经分压器r7、r10、r12和r13采样，馈送至u1引脚fb.u1的引脚④为电压误差放大器输出，c17、c18和c21为补偿网络。通过pfc级的电流被r4感测，并经r11和c20由u1引脚③来检测。u1引脚⑨上的驱动输出推动vt1/vt3和vt2.pfc升压变换器的作用是在桥式整流器br1的输入端产生一个与ac输入电压趋于同相位的正弦电流，能够满足iec61000-3-2标准规定的谐波电流限制要求，系统功率因数远高于0.95，并且在85~264v的ac输入电压范围内能够输出一个395v的稳定dc电压。
（3）启动电路与偏置电源
r5、r8、r6、r9、vt4、vd4和c16等，组成u1引脚⑧上的肩动电路，u1一旦启动，pfc进入操作状态，u1引脚③则由l1引脚③与④之间的辅助绕组、c1和c2、vd1和vd2、r15、vz1、vt5及c16等组成的偏置电源供电。
2.2 llc半桥谐振功率级
llc半桥谐振功率级电路如图2（b）所示。该功率级主电路由图2 （c）所示的控制电路来控制。在图2 （b）中，功率开关vt6、vt8、电容c23、电感l3以及变压器t3引脚③与引脚⑥之间的初级电感组成半桥llc串联谐振电路。t3二次侧上的vt7和vt9组成同步整流器电路，可使llc谐振半桥变换器的工作效率达96%以上，比传统llc谐振半桥功率级的效率提高4%~5%。
c25/c26、l4和c27/c28构成lc滤波电路，可以保证dc输出电压纹波小于300mv.r23为输出电流感测电阻。电源的dc输出可以驱动350w的led模块或阵列。
2.3 基于cm6900的恒压/恒流（cv/cc）控制电路
采用cm6900作半桥谐振控制器的cv/cc控制电路见图2 （c）。
（1）偏置电源
图2（a）中l1引脚⑤与⑥之间的辅助绕组，与图2（c）中的c29/c30、vd7/vd8、vz2、vt14、r27和c31等，组成输出12v的稳压电源，为u2（cm6900）和运放u3（lm358）等提供偏置。
（2）控制与驱动电路
在图2（c）中，u2引脚⑨外部的r32和c38设定振荡器频率。led驱动电源的输出电压（+40v）经电阻分压器r26、r27和pr1取样，反馈到u2的引脚②，以执行输出电压调节。流经输出电流感测电阻r23［见图2（b）］的电流经u3b放大150倍，并经r42和r48分压后，由u3a作缓冲器加入到输出电压的反馈回路，使输出电流被控制在恒定值。vt19的门极与地之间连接一个开关s.当s关断时，vt19导通，u3b的输出被r42和r48、r46分压至2.5v，使led驱动电源输出10a的最大恒流。当s接通时，vt19截止，u3b输出被r42和r48分压至1.25v，led驱动电源输出电流则为5a.
u2引脚（14）和（13）上的输出，通过晶体管vt10/vt11和vt12/vt13来驱动变压器t4.t4的二次绕组输出驱动图2（b）半桥中的vt6/vt8.u2的引脚（12）和（13）上的输出，通过vt14/vt15和vt16/vt18来驱动图2（b）中的同步整流器vt7和vt9.
3 结束语
采用ccm功率因数控制器cm6807和谐振半桥控制器cm6900的350w led电源供应器，同时采用同步整流方案，可以提供cv/cc控制，实现高于0.95的功率因数和高于90%的效率。该设计方案适用于100~1000w的电源供应器，可应用于led照明、led路灯、大型led看板以及体育场馆led照明等。
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1.1 350w led驱动电源技术规格
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ac输入电压：85~264 vac;
ac最大输入电流：5a;
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ac电源频率：47~63hz;
效率：》92%（230vac，满载）；
工作温度：50℃；
工作环境：密闭；
散热方式：无风扇自然冷却。
（2）输出规格
输出电压uo:36~40v;
输出电流io:5~10a;
电压纹波：≤0.3v;
电流纹波：《0.1a;
控制模式：恒定电压/恒定电流。
1.2 系统组成方框图
350w led照明电源主要由emi滤波器、基于连续导电模式（ccm）功率因数控制器cm6807的pfc升压变换器、基于cm6900的llc谐振半桥变换器及同步整流器等部分组成，图1为其基本架构方框图。
2 实际电路
基于cm6807和cm6900的350w led照明电源电路如图2所示。我们对系统中各个单元电路作简要介绍。
2.1 pfc升压变换器与辅助电源
350w led照明电源的pfc升压变换器与辅助电源电路如图2（a）所示。
（1）输入级电路
输入级电路由emi滤波器和桥式整流器组成。在图2（a）中，电容c3、c4、c5和c11~c14及电感元件t1、t2等，构成输入emi滤波器；br1为桥式整流器；fu1为保险丝；rt1为ntc热敏电阻。emi滤波器被用作限制和衰减共模与差模噪声，rt1用作限制系统启动时因对大电容c7充电引起的浪涌电流。
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功率因数控制器u1（cm6807）、功率开关vt2、升压电感器l1、升压二极管vd3、输入电容c9/c10、输出电容c7、电流传感电阻r4等，组成dc/dc有源pfc升压变换器。pfc级电路工作在连续模式。输入电流经r5、r8和r13通过u1引脚②检测。输出dc总线电压（395v）经分压器r7、r10、r12和r13采样，馈送至u1引脚fb.u1的引脚④为电压误差放大器输出，c17、c18和c21为补偿网络。通过pfc级的电流被r4感测，并经r11和c20由u1引脚③来检测。u1引脚⑨上的驱动输出推动vt1/vt3和vt2.pfc升压变换器的作用是在桥式整流器br1的输入端产生一个与ac输入电压趋于同相位的正弦电流，能够满足iec61000-3-2标准规定的谐波电流限制要求，系统功率因数远高于0.95，并且在85~264v的ac输入电压范围内能够输出一个395v的稳定dc电压。
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u2引脚（14）和（13）上的输出，通过晶体管vt10/vt11和vt12/vt13来驱动变压器t4.t4的二次绕组输出驱动图2（b）半桥中的vt6/vt8.u2的引脚（12）和（13）上的输出，通过vt14/vt15和vt16/vt18来驱动图2（b）中的同步整流器vt7和vt9.
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