基于LLC谐振的大功率LED路灯电源的研究

摘要

路灯是城市文明的公共基础设施，近年来，LED路灯超越众多传统道路照明方式脱颖而出，得到越来越广泛的推广。但是，LED的伏安特性决定它不能直接由市电供电，而需要特殊的电源设备将市电转换为稳定的直流电源来驱动其稳定发光，驱动电源的寿命和效率成为制约LED路灯全面推广的瓶颈，亟需一款高效、稳定的LED路灯驱动电源来从根本上解决这一问题。
　　本文研究LED路灯驱动电源采用二级分布式电源系统结构，由前端恒压变换器和负载恒流单元组合而成。前端恒压变换器为满足功率因数的要求采用Boost PFC+DC/DC的二级式结构，主拓扑选用高效的半桥LLC谐振变换器。为了更好的计算和设计，本文分析了它的两个ZVS工作区域的工作原理，并建立FHA模型，分析它的直流增益特性，得出峰值增益是半桥LLC谐振变换器正常运行的保证。在峰值增益的限制下，改变k值可以得到不同的LLC谐振腔参数，通过Saber仿真软件建立仿真电路，分别对k=4、k=7、k=12时的三组参数进行仿真，每组参数均得到额定输入满载、最小输入满载、最大输入满载、最大输入空载四种不同情况下的仿真波形，对波形进行分析，记录数据参数并进行直观比对，确定最终的LLC谐振腔参数，并按照谐振腔参数的要求设计LLC集成变压器。
　　LED路灯驱动电源的电路设计分为前端恒压变换器和负载恒流单元两部分，前端恒压变换器由85V～265V的通用市电输入，输出48V的恒定母线电压，围绕控制芯片PLC810PG展开，负载恒流单元由母线电压供电，输出1.05A的恒定电流，围绕降压恒流控制芯片TPS92510展开，每组负载由3并10串的1W白光LED组成，一个200W的前端恒压变换器可至少配备6个负载恒流单元组成电源系统。前端恒压变换器和负载恒流单元均有完备的保护功能，满足LED驱动电源对电路保护的要求。经实际测试和分析验证，本文设计的LED驱动电源系统满足输出参数、效率和保护的要求。