原创 【TI博客大赛】单级PFC控制器的LED照明电源

0 引言

　　LED技术及其应用的发展超过几年前业界的预期， 目前LED已经开始步入普通照明领域。在中国大陆的LED公共照明方面， LED 路灯和公路隧道灯的应用走在世界的前列。从全球的情况来看， LED 普通照明驱动电路要采用工频市电电源供电（即离线式驱动电路）。就其拓扑结构而言， 主要是隔离型反激式转换器开关电源方案。对于200W 以上的LED 路灯， 则选择双电感单电容（ LLC ）半桥谐振拓扑。在100W 以下的LED 照明驱动电源中， 单级PFC 反激式电路拓扑是最佳解决方案。德州仪器（ TI）公司推出的UCC28810普通照明电源控制器， 不仅支持单级PFC 反激式变换器和Triac 调光， 同时还支持两级PFC 电源拓扑。

　　1 UCC28810引脚功能和特点

　　1. 1 UCC28810封装与引脚功能

　　UCC28810采用8引脚SO IC 封装， 引脚排列如图1所示。

　　图1 UCC28810引脚排列

　　为了正确应用UCC28810， 必须了解其各个引脚功能， 见表1。

　　表1 UCC28810引脚功能

　　1. 2 UCC28810的主要特点

　　UCC28810是一种单级PFC 离线式LED 照明电源控制器， 可以控制临界导通模式（ C rM ） 操作的反激、降压（ buck）或升压（ boost）变换器， 能够与传统墙上调光器接口。UCC28810含有一个用于反馈误差处理的跨导电压放大器、一个用来产生与输入电压成正比的电流指令的电流参考发生器、一个电流传感比较器、PWM 逻辑及驱动外部功率MOSFET 的驱动器。

　　UCC28810提供过电压保护（ OVP）、反馈开路保护和使能（ enable）电路。

　　UCC28810的VDD导通门限电压是15. 6 V， 欠压关断门限电平是9. 7 V， 钳位电压为19 V， 静态工作电流为4mA。

　　UCC28810用于控制LED 普通照明驱动电源， 应用领域有工业照明、商业照明、住宅照明以及街道、道路、停车场照明和建筑与装饰照明。

　　2 基于UCC28810的34W单级PFC反激式LED恒流驱动电源

　　基于UCC28810的34W 单级PFC反激式LED 恒流驱动电源电路如图2所示。这种带PFC 的隔离型单级反激式离线LED 驱动电路的AC 输入电压范围为180~ 265 V， 输出DC 电压为10 ~ 48 V， 输出恒流为700mA， 可以驱动3~ 13个串联连接的LED， 最大输出功率为34 W ， 效率达90%， 线路功率因数PF> 0. 9。

　　图2 基于UCC28810的34W 单级PFC反激式LED恒流驱动电源

　　在图2中， 输入端F1 为保险丝， L 1、L 2和C 3、C 1为输入EM I滤波器， D1 是桥式整流器， D2、D3、R 9、R 14、R 19、C 9组成输入电压检测电路， R 1和R 4是U2（UCC28810D） 引脚VDD 上的启动电阻， R 8、D7、C 7、D 8、R 7、Q1和D6、C6等组成U 2（引脚VDD ）偏置稳压电源电路， Q 2为初级功率开关， 变压器初级绕组（ T1的引脚④与⑤之间）上并接的R 2、R 3、C 2、D4组成Q2漏极上RCD 型钳位电路， Q2源极上串联的R 23为初级电流传感电阻， T1偏置绕组（① 与② 端）同时提供变压器零能量（ TZE ）检测信号（经R 21、R 20、C 12传送至U2的TZE 引脚）。

　　D5、C 4 和C 5组成次级整流滤波电路。R 5 为输出电流传感电阻， U1（U1B+ U1A ）作为电流感测放大器使用， 执行输出恒流调节。U 3为光电耦合器， 对次级到初级的反馈起隔离作用。T1次级引脚⑨与⑩之间的绕组及D9、R 18、D12、Q3和C 10等组成次级偏置稳压器， 为U 1和U 3提供偏置。D10用作输出开路钳位（ 51 V ）保护。

　　U2通过引脚V INS对AC 输入电压的检测， 可以强制峰值开关电流跟踪输入电压的变化， 从而提高系统功率因数。

　　3 采用UCC28810的240W LED路灯驱动电源

　　UCC28810不但具有单级PFC 反激式变换器控制功能， 同时支持独立PFC升压变换器架构。图3为采用UCC28810的240W LED 路灯驱动电源系统。该系统主要有三级： 在桥式整流器之后是基于UCC28810的PFC升压跟随器级； 第二极是基于UCC28811的恒流降压（ Buck）级， 它与PFC 级一样， 工作在临界导通模式（ C rM ） ; 第三级为隔离级， 为半桥谐振LLC 转换器， 用TPS92020作为驱动器IC。

　　图3 采用UCC28810的240W LED路灯驱动电源系统

　　图3所示的隔离型离线式LED驱动器的技术规格见表2。

　　表2 设计技术指标

　　半桥谐振LLC转换器可以采用多变压器配置， 如图4所示。图中所示的串联输入多并联LED 驱动方案， 有利于散热管理， 无需反馈， 成为LED 照明模块的一种重要驱动方案。

　　图4 多变压器配置

　　4 采用UCC28810的Triac调光LED照明电源

　　对于LED 普通照明来说， 传统三端双向可控硅（ Triac）调光方式被普遍看好， 这是因为Triac调光器电路简单， 成本低廉， 当用LED 灯具替代白炽灯时， 可以使用白炽灯墙上Triac调光器对LED进行调光。图5为基于UCC28810的Triac 调光LED 照明电源系统框图。

　　图5 基于UCC28810的Triac调光LED 照明电源系统框图

　　白炽灯是一种电阻性负载， 而LED驱动电源与白炽灯的情况完全不同， 因此使用传统T riac相控调光器对LED 进行调光， 必须相应附加专门的电路， 对Triac调光状态进行检测， 以保证在AC 线路半周期的Triac导通角内为T riac提供必要的维持电流（ IH ） ， 当AC线路电压过零时确保T riac关断。

　　图6 为Tr iac 调光25W LED 照明电源的输入EM I滤波器电路。L 1、L 2和C 1、C 2 组成的共模和差模LC输入EM I滤波器， 是为满足EM I规范要求而设置的。当T riac 调光器被应用时， 为防止在Triac 与LC滤波器之间产生振荡， 在电感器L2两端连接了一个由L3和R 5串联而成的阻尼网络。

　　图6 输入EM I滤波器及阻尼网络

　　基于图5所示架构的实际25W Triac调光LED照明用电源， AC 输入电压范围达85~ 305 V， 线路功率因数> 0. 9， 输出DC 电压约为36 V， 输出恒流为700 mA， 可以10 个串联在一起的C ree XLamp7090XRE白光LED， 系统效率达89% 。

　　5 小结

　　UCC28810型LED 普通照明电源控制器， 支持单级PFC 反激式变换器电路拓扑和传统Triac相位控制调光器调光。目前此类IC 还有很多， 如TPS92210等。LED 调光有PWM调光、模拟电压调光和Triac等多种方式。对于LED 普通照明应用来说， T riac 调光方案被人们普通看好。