2.1 傳統(tǒng)的高功率離線型LED 照明驅(qū)動(dòng)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(dòng)三級(jí)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(huì)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(huì)產(chǎn)生直流電壓來驅(qū)動(dòng)LED 模塊，該電路環(huán)節(jié)的輸出電壓是由
LED 負(fù)載個(gè)數(shù)和下一級(jí)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(gè)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(duì)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(gè)傳統(tǒng)的高功率離線型LED 照明驅(qū)動(dòng)電
源拓?fù)洌扇糠纸M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(dòng)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(jí)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(jí)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(huì)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(gè)DC/DC 電路環(huán)節(jié)，那么該電路中會(huì)使用多個(gè)控
制器、電感器和電容器，則將會(huì)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(gè)外部元件，這會(huì)嚴(yán)重的影響性能。
4. EMI。因?yàn)槎嘀亻_關(guān)LED 驅(qū)動(dòng)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(huì)影響LED 照明系統(tǒng)傳導(dǎo)和輻射EMI 的測(cè)試結(jié)果。為滿足EMI 標(biāo)準(zhǔn)要求就需要在EMI 設(shè)
計(jì)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(jí)設(shè)置EMI 共模濾
波器或者同步多個(gè)DC/DC 控制器。

2.2 新型的高功率離線型LED 照明驅(qū)動(dòng)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(jì)。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(jí)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(gè)半橋
式隔離型多串LLC 諧振轉(zhuǎn)換器，這使得變壓器初級(jí)繞組以串聯(lián)方式連接。基于磁平衡理論，因?yàn)?br /> 初級(jí)繞組電流和串聯(lián)電流相同，所以各個(gè)隔離式變壓器都將具有相同的輸出電流用于驅(qū)動(dòng)每串
LED 負(fù)載，并且每個(gè)變壓器能夠驅(qū)動(dòng)兩串獨(dú)立的LED 負(fù)載，同時(shí)具有電器隔離。
多串變壓器 LLC 諧振控制器（該設(shè)計(jì)中使用的是UCC25710）放置在次級(jí)側(cè)，它能監(jiān)測(cè)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(shí)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(dòng)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(jí)電路，據(jù)估計(jì)總效率可高達(dá)
92%。
2. 低成本。對(duì)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(jí)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(dòng)，故障檢
測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)，以及電器元件個(gè)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(huì)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(shí)，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(zhǎng)LC 控制器位于變壓器次級(jí)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。控制器反饋回路利用總電流采樣電阻來調(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(huì)被R3 到CS 引腳檢測(cè)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L(zhǎng)ED 串的LLC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置一個(gè)
閉環(huán)電流反饋回路。
LLC 控制系統(tǒng)中有三個(gè)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(dòng)階段，軟啟動(dòng)引腳SS 將會(huì)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(shí)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(shí)，
DSR 通過44uA 電流源向地面放電，當(dāng)開機(jī)時(shí)，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(dòng)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(shí)，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(dòng)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(dòng)，調(diào)光負(fù)載循環(huán)補(bǔ)償和為L(zhǎng)ED 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(shí)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(duì)于需要調(diào)光接口高電壓?jiǎn)未甃ED 負(fù)載輸出應(yīng)用也是一個(gè)很好的選擇。

 

 

4.LLC 多串變壓器設(shè)計(jì)
多串變壓器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)符合磁平衡理論。如圖4 所示，多串變壓器的初級(jí)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(jí)繞組電流將會(huì)產(chǎn)生相同的次級(jí)繞組電流。

 

              

可是變壓器并非理想的電氣元件；因?yàn)樗詭?lì)磁電感，正是由于變壓器中勵(lì)磁電感的存在，導(dǎo)
致LED 串負(fù)載輸出的次級(jí)繞組電流略有不同。幸運(yùn)的是，勵(lì)磁電流僅占初級(jí)繞組電流的一小部
分，并且對(duì)于勵(lì)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(jì)中適當(dāng)增加磁化電感Lm。

 

 

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