2.1 傳統(tǒng)的高功率離線型LED 照明驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖 1 是一種傳統(tǒng)的高功率離線型LED 照明驅(qū)動三級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，由PFC 電路提供正弦
波輸入電流。BOOST 升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)目前是PFC 電路的最佳選擇，以此種方式應(yīng)用于
85V~264Vac 的寬輸入電壓，PFC 電路的輸出將會高于輸入電壓的峰值。故通常選擇380VDC 到
400VDC 輸出電壓。由于PFC 輸出電壓太高并且是非隔離式的，所以需要采用具有隔離式變壓器
的PWM 變換電路。通常情況下，半橋式LLC 諧振轉(zhuǎn)換器因其具有高效率和良好的抗干擾性能而
常被使用。隔離式DC/DC 電路會產(chǎn)生直流電壓來驅(qū)動LED 模塊，該電路環(huán)節(jié)的輸出電壓是由
LED 負(fù)載個數(shù)和下一級恒流控制電路所決定（一般低于標(biāo)準(zhǔn)安全電壓60Vdc）。每串LED 負(fù)載將
有一個獨(dú)立的恒流非隔離DC/DC 變換去調(diào)節(jié)流經(jīng)LED 的電流。對于最常見的高亮度LED，電流
的規(guī)格為從350mA 到750mA。由此，我們就可以得到一個傳統(tǒng)的高功率離線型LED 照明驅(qū)動電
源拓?fù)?，它由三部分組成：PFC，隔離PWM 變換以及非隔離DC/DC 變換。

 

 

盡管傳統(tǒng)高功率離線型LED 照明驅(qū)動系統(tǒng)能夠獲得良好的性能，但仍有以下不足：
1. 效率。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為三級電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中包括PFC 電路，隔離式PWM 和非隔離式
DC/DC。各級電路的最優(yōu)效率分別為：PFC 電路97%，隔離式PWM 電路96%，非隔離式
DC/DC 電路95%。所以系統(tǒng)的效率的最大值約為88%。當(dāng)然，有很多的方法能夠進(jìn)一步的
提高效能，例如：利用同步整流器控制隔離式LLC 電路和DC/DC 電路，但是這些方法會使
成本進(jìn)一步增加。
2. 成本。由圖1 可見，每串LED 負(fù)載中有多個DC/DC 電路環(huán)節(jié)，那么該電路中會使用多個控
制器、電感器和電容器，則將會使成本增加。
3. 可靠性。傳統(tǒng)型LED 照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多個外部元件，這會嚴(yán)重的影響性能。
4. EMI。因?yàn)槎嘀亻_關(guān)LED 驅(qū)動器將在非隔離DC/DC 電路環(huán)節(jié)中產(chǎn)生額外的高頻開關(guān)噪聲，因
此會影響LED 照明系統(tǒng)傳導(dǎo)和輻射EMI 的測試結(jié)果。為滿足EMI 標(biāo)準(zhǔn)要求就需要在EMI 設(shè)
計方面做更多的努力，例如：在開關(guān)點(diǎn)處設(shè)置RC 緩沖網(wǎng)絡(luò)，在輸出電路級設(shè)置EMI 共模濾
波器或者同步多個DC/DC 控制器。

2.2 新型的高功率離線型LED 照明驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
基于傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的問題，本文采用德州儀器（TI）多串變壓器LLC 諧振控制器UCC25710，
實(shí)現(xiàn)了一款新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計。圖2 是新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的框圖，它包含PFC 和多串隔離變壓器LLC
轉(zhuǎn)換器的兩級電路結(jié)構(gòu)，省掉了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的DC/DC 多串恒流部分。在PFC 電路之后有一個半橋
式隔離型多串LLC 諧振轉(zhuǎn)換器，這使得變壓器初級繞組以串聯(lián)方式連接?；诖牌胶饫碚?，因?yàn)?br /> 初級繞組電流和串聯(lián)電流相同，所以各個隔離式變壓器都將具有相同的輸出電流用于驅(qū)動每串
LED 負(fù)載，并且每個變壓器能夠驅(qū)動兩串獨(dú)立的LED 負(fù)載，同時具有電器隔離。
多串變壓器 LLC 諧振控制器（該設(shè)計中使用的是UCC25710）放置在次級側(cè)，它能監(jiān)測LED 負(fù)
載的總電流并使用電流反饋回路調(diào)整流經(jīng)變壓器原邊繞組的正弦波交流電流，同時通過磁平衡理
論保證每串LED 負(fù)載具有恒定電流輸出。

 

 

與傳統(tǒng)的 LED 照明驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有以下重要特點(diǎn)：
1. 高效率。因?yàn)樾滦拖到y(tǒng)只具有PFC 電路和多串變壓器LLC 兩級電路，據(jù)估計總效率可高達(dá)
92%。
2. 低成本。對比傳統(tǒng)的高功率LED 照明系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，新型系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只包括兩級電路
及更少的控制器，這將有效地降低成本。
3. 系統(tǒng)可靠性高。眾所周知，LED 照明系統(tǒng)的可靠性取決于LED 散熱管理和電源驅(qū)動，故障檢
測和保護(hù)系統(tǒng)，以及電器元件個數(shù)。因?yàn)樾滦拖到y(tǒng)具有電器元件數(shù)量少以及效率高的特點(diǎn)，
所以系統(tǒng)可靠性將會有得到大大的提升。
4. 良好的EMI 性能。因?yàn)樵谙到y(tǒng)輸出部分沒有多組DC/DC 電路環(huán)節(jié)，這將有利于EMI 性能。
同時，LLC 轉(zhuǎn)換器工作在零電壓ZVS 條件下有助于減少開關(guān)階段的噪聲干擾。
5. 兼容調(diào)光。因?yàn)長LC 控制器位于變壓器次級側(cè)，每串負(fù)載的總電流都將作為電流反饋回路，
因此可用作整體PWM 調(diào)光或模擬調(diào)光。

3 新型多串變壓器LLC 諧振控制器
UCC25710 是基于LLC 諧振半橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開發(fā)的?？刂破鞣答伝芈防每傠娏鞑蓸与娮鑱碚{(diào)整
LED 串負(fù)載的總電流。如圖3 所示，LED 串負(fù)載總電流會被R3 到CS 引腳檢測到，電流環(huán)路誤
差放大器用來調(diào)節(jié)LED 輸出總電流實(shí)現(xiàn)恒流，編程控制最小和最大開關(guān)頻率的方式將電流放大器
lcomp 的輸出設(shè)置為VCO(電壓控制振蕩器)的控制電壓，這樣為LED 串的LLC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置一個
閉環(huán)電流反饋回路。
LLC 控制系統(tǒng)中有三個因素可以控制VCO。第一，在LED 接通階段，通過lcomp（電流回路誤
差放大器輸出）設(shè)置VCO 的控制電壓。第二，在啟動階段，軟啟動引腳SS 將會控制VCO 響應(yīng)
直到超過電流回路誤差放大器輸出lcomp。第三，調(diào)光階段，VCO 輸入的升降速率由電容器
C2，DSR 引腳調(diào)光變化率的電壓來控制。同時VCO 控制電平底座將由lcomp 持續(xù)控制。
在關(guān)閉調(diào)光或過渡階段，DSR 電容器C2 和44uA 的內(nèi)部電流控制Vvco 的變化率。當(dāng)關(guān)閉時，
DSR 通過44uA 電流源向地面放電，當(dāng)開機(jī)時，DSR 通過44uA 電流源向lcomp 放電。這將使電
機(jī)可能產(chǎn)生的有聲噪聲最小化。
LED 調(diào)光輸入ILED-ON 控制LED 照明的調(diào)光啟動和關(guān)閉。此外，調(diào)低，關(guān)閉或者調(diào)光循環(huán)的邊
界都可能出現(xiàn)延時，這樣就能夠讓電流回路在低調(diào)光負(fù)載循環(huán)甚至在緩變率已經(jīng)較慢的情況下仍
能被持續(xù)控制。
總之，UCC25710 器件包括了實(shí)現(xiàn)總體LED 驅(qū)動的所有必要功能，包括了電流環(huán)路誤差放大器，
VCO，參考調(diào)節(jié)器，軟啟動，調(diào)光負(fù)載循環(huán)補(bǔ)償和為LED 輸出過壓（OV）、LED 輸出欠壓
（UV）、過溫、及原邊過流等保護(hù)措施。該器件還提供了額外的功能，那就是在調(diào)光期間最大限
度的減少音頻噪聲，并提供可控快速LED 電流上升和下降時間。
除了應(yīng)用于多串變壓器LLC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外，由于具有豐富的LED 保護(hù)和調(diào)光控制功能，
UCC25710 對于需要調(diào)光接口高電壓單串LED 負(fù)載輸出應(yīng)用也是一個很好的選擇。

 

 

4.LLC 多串變壓器設(shè)計
多串變壓器的創(chuàng)新設(shè)計符合磁平衡理論。如圖4 所示，多串變壓器的初級線圈串聯(lián)連接，在理想
情況下，假如變壓器線圈匝數(shù)相同，那么相同的初級繞組電流將會產(chǎn)生相同的次級繞組電流。

 

              

可是變壓器并非理想的電氣元件；因?yàn)樗詭畲烹姼校怯捎谧儔浩髦袆畲烹姼械拇嬖?，?dǎo)
致LED 串負(fù)載輸出的次級繞組電流略有不同。幸運(yùn)的是，勵磁電流僅占初級繞組電流的一小部
分，并且對于勵磁電流的差異，電流匹配不敏感。為了獲得完美的電流匹配，建議在多串變壓器
LLC設(shè)計中適當(dāng)增加磁化電感Lm。

 

 

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