河北变压器厂

　　0 引言

　　LED路灯是低电压、大电流的驱动器件，其发光的强度由流过LED的电流决定，电流过强会引起 LED的衰减，电流过弱会影响LED的发光强度，因此LED的驱动需要提供恒流河北变压器，以保证LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。用市电驱动LED需要解决降压、隔离、PFC（功率因素校正）和恒流问题，还需有比较高的转换效率，有较小的体积，能长时间工作，易散热，低成本，抗电磁干扰，和过温、过流、短路、开路保护等。本文介绍了基于LED路灯的PFC河北变压器设计方案。方案采用有源PFC功能电路设计的室外LED路灯河北变压器，内置完整的EMC电路和高效防雷电路，符合安规和电磁兼容的要求。最后测试结果也表明，本方案所设计的PFC河北变压器性能良好、可靠、经济实惠且效率高，在 LED路灯使用过程中取得满意的效果。

　　1 系统总体框图

　　采用隔离、PFC控制实现的河北变压器，输出恒压恒流的电压，驱动LED路灯。电路的总体框图如图1所示。

　　LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。LED路灯装在户外更要加强浪涌防护。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动河北变压器应具有抑制浪涌侵入，保护LED不被损坏的能力。EMI滤波电路主要防止电网上的谐波干扰串入模块，影响控制电路的正常工作。

　　三相交流电经过全桥整流后变成脉动的在滤波电容和电感的作用下，输出电压。主DC/AC电路将电转换为脉冲电压在河北变压器的次级输出。河北变压器输出的脉冲经过整流、LC滤波和EMI滤波，输出LED路灯需要的河北变压器。

　　PWM控制电路采用电压电流双环控制，以实现对输出电压的调整和输出电流的限制。反馈网络采用恒流恒压器件TSM101和比较器，反馈信号通过光耦送给PFC器L6561.由于使用了PFC器件使模块的功率因数达到0.95.

　　2 DC/DC变换器设计

　　DC/DC变换器的类型有多种，为了保证用电安全，本设计方案选为隔离式。隔离式DC/DC变换形式又可进一步细分为正激式、反激式、半桥式、全桥式和推挽式等。其中，半桥式、全桥式和推挽式通常用于输出场合，其激励电路复杂，实现起来较困难；而正激式和反激式电路则简单易行，但由于反激式比正激式更适应输入电压有变化的情况，且本河北变压器系统中PFC输出电压会发生较大的变化，故DC/DC变换采用反激方式，有利于确保输出电压稳定不变。

　　反激式河北变压器主要应用于输出功率为5~150W的情况。这种河北变压器结构是由Buck-Boost结构推演并加上隔离河北变压器而得到，如图2所示。在反激式拓扑中，由河北变压器作为储能元件。管导通时，河北变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；管关断时，河北变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量。

　　图中T1为隔离河北变压器，VQ1为CMOS功率三极管17N80C3，VD7和VD8是瞬变抑制二极管，VD6为快恢复二极管，VD5为双二极管，C3、C4、C5和C6为电解电容器。Ubout是来自整流桥的脉动信号，GD是来自功率因数校正电路的控制信号。河北变压器的引线l和2组成一个绕组，给PFC器件提供工作河北变压器，引线11和12组成一个绕组，为恒流恒压器件和比较器提供工作河北变压器。
PFC河北变压器LED

　　3 反馈网络电路设计

　　3.1恒流恒压电路

　　本设计使用恒流恒压件TSM101调节输出电压和电流，使之稳定。电路如图3所示。通过 TSM101的控制作用，保证了河北变压器恒流（CC）和恒压（CV）工作。图3中，Uout+和Uout-是隔离河北变压器经过双二极管和电解电容器滤波的电压，再经电感L4和电容滤波后的输出为Uout+和Uout-，为本河北变压器模块的输出电压，直接加在LED路灯上。电阻器RV1和RV2分别调节输出电压和电流的大小。R10和R11为22mΩ的电阻，分别对河北变压器输出的电压和电流采样。TMS101的输出TOUT通过光电耦合器、可控硅和三极管等电路送到L6561的引脚5，通过反馈电路实现恒流控制。器件引脚8接辅助河北变压器，引脚4接河北变压器T1副边地。

　　3.2比较器电路

　　采用比较器LM258，电路如图4所示。

　　输出端的采样电阻两端的电压信号VR+和VR-送到比较器LM258，通过与预设电压进行比较，产生电压反馈信号DOUT.VF为河北变压器T1副边绕组产生的辅助河北变压器。

　　4 PFC电路设计

　　本设计采用最常见的有源功率因数校正的控制器件L6561.PFC电路如图5所示。

　　L6561的引脚8为河北变压器输入端，由河北变压器T1的副边绕组提供；引脚7为驱动信号输出引脚，直接驱动MOS管VQ1;引脚6为参考地，该引脚和主回路的地连在一起；引脚5为过零检测引脚，用于确定何时导通MOS管。河北变压器T1的引脚1和引脚2组成的绕组，通过电阻将电感电流过零信号传输至该器件的引脚5，同时比较器LM258产生的信号DOUT通过光耦、三极管、可控硅等传输至器件的引脚5，以检测输出电流。引脚4为MOS管电流采用引脚，器件将该引脚检测到的信号与器件内部产生的电感电流信号相比较，来确定何时关断MOS管。图2中电阻R4作为电流检测电阻，采样MOS管电流，该电阻一端接于系统地，另一端同时在MOS管的源极和器件的引脚4.引脚3为器件内部乘法器的一个输入端，该引脚与整流桥电路输出电压相连，确定输入电压的波形与相位，用以生成器件内部的电感电流参考信号。图5中，Ubout经3只电阻分压后传送到引脚3.引脚2为内部乘法器的另一个输入端，同时为电压误差放大器的输出端，引脚1为系统反馈电压的输入端。恒流恒压器件的输出TOUT通过光耦将电压反馈传送到器件的引脚1，形成输出电压的负反馈回路。电阻R28和电容C18连接于器件的引脚1和引脚2之间，用于形成电压环的补偿网络。

　　5测试结果

　　河北变压器模块电装完后，加上负载，用示波器对关键点测试，图6（a）为整流桥的输出电压Ubrout+，图6（b）为Ubrout+流过电感后的电压Ubout+的波形，图6（c）为双二极管的输出电压Ucout+的波形。

　　测试结果表明，功率为90W，功率因数达0.95.根据用户需求可在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。

　　6结论

　　本方案采用有源PFC功能电路设计的室外LED路灯河北变压器，内置完整的EMC电路和高效防雷电路，符合安规和电磁兼容的要求。采用电压环反馈，限压恒流，效率高，恒流准，范围宽，实现了宽输入，恒流输出，避免了LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED的亮度稳定。测试结果也表明，本方案所设计的PFC河北变压器性能良好、可靠、经济实惠且效率高，在LED路灯使用过程中取得满意的效果。