PLC810PG变换LED驱动电路的设计与应用优化

PLC810PG是一种半桥式驱动器PFC与LLC（谐振变换）组合离线控制器，适用于150W路灯电源LED驱动。它的功率因数可达到或大于0.98，电源效率大于92%，完全符合IEC 61000-3-2—2005中对谐波电流所规定要求。

当前市场对LED应用热点是LED道路照明。LED的路灯技术主要有两部分：一个是离线LED驱动；另一个是路灯模块及散热技术。

传统的高压钠灯用于道路照明一般超过75W，因此要求LED路灯电源输入电流谐波含量必须符合标准规定。为此，LED路灯电源必须采用有源功率因数校正。LED路灯电源常采用开关电源拓扑结构，不宜采用反激式开关电路，一般都用半桥式LLC谐振拓扑结构，得到安全高效的结果。

1.半桥式LLC谐振拓扑结构

这种半桥式LLC结构与本书前面所讲的原理基本是一样，LLC属于谐振变频变换器，第1章所述的半桥式变换电路不是LLC谐振拓扑。LLC谐振电路拓扑结构能够输出较大的功率，还须保证半桥处于零电压开关（ZVS），具有高效率。PLC810PG是美国安森美半导体公司推出一种电流连续模式PFC控制、驱动、半桥式转换电源，根据需要，输出整流二极管可采用零电流开关（ZCS），以消除整流电路在反向恢复时间内的功能损耗。图3-19所示为PLC810PG模块结构及引脚排列。

PLC810PG的PFC控制器是由运算跨导放大器，分电压可编程放大器，PWM控制电路及保护电路所组成。FBP脚是PFC变换器输出电压反馈端，连接OTA的同相输入端。OTA输出为PFC控制器乘法器的一个输入。VCOMP上的输出连接频率补偿元件，反馈的作用是执行PFC输出电压的调节及低电压保护，它的内部标准电压为2.2V，如果FBP脚上的电压超过2.31V，IC则提供过电压保护，这时GATEP脚上的输出截止。如果FBP脚的电压低于0.51V，PFC电路被禁止，LLC级关闭。ISP是PFC的检测电流输入脚，起过电流保护作用。

2.LLC控制器

半桥LLC谐振控制器的FBL脚是反馈电压输入端，如果反馈电流大，则开关工作频率高。LLC的工作频率由FMAX脚与VRF1脚之间的连接电阻R_F决定，可比正常工作频率（100kHz）高出2～3倍。FBL脚还提供过电压保护。ISL脚为LLC电路的电流检测输入脚，为电路提供快速和慢速电流保护，并实现零电压开关。该电路的PFC和LLC的频率和相位同步，其作用是减小电路噪声和EMI的在线干扰。值得注意的是，PFC电路不需要从脉动电压信号引入作输入电压检测，PFC转换优于一般PFC电路。

3.半桥式PLC810PG电路工作原理(www.xing528.com)

半桥式PLC810PG电路为LED路灯，具有150W的输出功率见图3-20。输入电压范围宽140～265VAC；功率因数高，大于0.97；输入电流的谐波含量低，（THD<6%）；LED电源效率大于0.92，满足IEC950/UL1950Ⅱ级要求。电路采用PLC810PG控制的LED路灯电源各项指标非常优良，代表了第四代LED路灯的发展方向。

1）电路中的电容C₁～C₆和电感L₁、L₂组成EMI滤波器，电阻R₁～R₃为滤波电容提供放电通路，热敏电阻RT是在电路启动时，限制浪涌电流。PFC变换电路由开关MOS管VT₂、升压二极管VD₂、输出滤波电容C₉等组成。在输入电压140～265V范围内，输出电压稳定在385V，并在UR输入端产生正弦波交流电流，使电路呈现纯电阻性负载，这时的功率因数接近1。晶体管VT₁、VT₂、VT₃组成缓冲电路。R₆、R₈是PFC级偏置电阻，也是二极管VD₃、VD₄的钳位电阻，用来改善VT₂的栅极、漏极EMI的特性。由VD₂₂、VD₂₃、R₁₀₉、C₇₅、C₇₆组成倍压整流滤波。电路通电后，电流通过VT₂₄、VD₂₄对C₇₀充电，为PLC 810PQ提供启动电流，VT₂₇、R₁₁₁和VS₉组成射极跟随稳压器，当V_CC电压稳定后，VT₂₅关闭启动，并且VT₂₆接通继电器BL₁将热敏电阻RT1短路。

图3-19 PLC810PG模块结构框图及引脚排列图

图3-20 PLC810PG半桥谐振式LED驱动灯光照明电源原理图

2）PFC控制电路和LLC变换器。控制IC的GATEP脚上的PWM信号驱动PFC开关管VT₂。R₆、R₈上的电流信号经R₄₅、C₇₃滤波后输入到ISP脚，对PFC进行控制，并执行过电流保护。PFC的输出电压V_B经R₃₉、R₄₁、R₄₃、R₄₆和R₅₀分压取样，C₂₅滤波，输入到FBP脚，完成PFC电压调节和过电压、欠电压保护。R₄₈、C₂₆、C₂₈为频率补偿。当VCOMP脚上的电压较大时，VT₂₀导通，C₂₈为旁路电容，使PFC控制环路快速响应。VT₁₀、VT₁₁是半桥开关MOS管。C₃₉是谐振电容，与变压器一次绕组构成LLC谐振电路。二次电压经VD₉、C₃₇、C₃₈整流滤波，产生48V电压输出，为LED路灯供电。输出电压由R₆₆、R₆₇采样，经稳压器VS₁₂，光耦合器IC₂及R₅₁、R₅₃及VD₁₈反馈到IC₁的FBL脚，执行输出电压调节和过电压保护。当引脚电流大时，LLC的开关频率升高。R₄₉、R₅₁、R₅₃为频率设置下限电阻，C₂₇是该级的启动电容，软启动时间由R₄₉、R₅₁和C₂₇决定。R₅₉是变压器一次绕组的电流检测电阻以提供过电流保护的信号。V_CC电压经R₃₇、R₃₈分压提供，将IC₁的模拟电源和数字电源分开。R₅₅和铁氧体磁珠Bead4执行PFC与LLC之间隔离。

路灯电源元器件的选择：PFC开关管VT₂选用STW 20NM50FD，500V，20A，导通电阻为0.22Ω，采用T0-247AC封装。半桥开关MOS管VT₁₀，VT₁₁选用IRF187N 50LPBF型N沟道MOSFET，500V，6.8A，沟道电阻为0.32Ω、采用T0-247AC封装。电路中VT₂₄选用600V，0.4A，8.5Ω，采用T0-223封装。双极晶体管VT₁、VT₃选用60V、1A、采用SOT_-23封装的NPN小信号晶体管，型号是FMMT591TA PNP型晶体管。电路中VT₂₆、VT₂₅选用40V、0.2A、用SOT-23封装的MMBT3904LT1G NPN型晶体管，VT₂₇选用80V、0.5A采用SOT-89封装的BST52TA NPN型晶体管。