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LED 照明用LLC 半桥式控制器应用详解
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2017-12-10
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设计采用TIUCC25710多串变压器LLC控制专利技术，实现了新型离线式LED照明驱动解决方案。相比传统的高功率（》100W）的AC/DC外加多个恒流DC/DC转换器的LED照明驱动，新的两级拓扑结构具有更高的效率以及更低的系统成本。基于该种多串变压器LLC控制技术，研发了一款100WLED照明驱动参考设计PMP4302A，其负载可以直接连接4串LED负载（每串可接10~15颗LED，每串输出电流为500mA）。实验结果表明，新型的拓扑结构非常适合室外和商务领域中采用PWM或模拟电路调光的通用LED照明应用。同时，该电路系统架构也能用作高效率、超轻薄LED背光电视的电源。
UCC25710是一款用于实现多串LED背光源应用的准确控制的LLC半桥式控制器。它专为多变压器、多串LED架构而优化。利用该控制器及架构可在多个LED串中实现绝佳的LED电流匹配。与现有的LED背光源解决方案相比，这种多变压器架构可依靠AC输入向LED负载提供最高的总效率。LLC控制器的功能包括一个具有可编程F的压控振荡器（VCO）最小值和F最大值、具有500ns固定死区时间的半桥式栅极驱动器和一个GM电流放大器。LLC功率输送由控制器的VCO频率来调整。该VCO具有一个准确且可编程的频率范围。在超低的功率电平下，VCO频率从F变最大值至零，以最大限度地提高低LED电流条件下的效率。
新型的高功率离线型LED 照明驱动拓扑结构
基于传统拓扑结构中的问题，本文采用德州仪器（TI）多串变压器LLC 谐振控制器UCC25710，实现了一款新型拓扑结构设计。图2 是新拓扑结构的框图，它包含PFC 和多串隔离变压器LLC转换器的两级电路结构，省掉了传统结构的DC/DC 多串恒流部分。在PFC 电路之后有一个半桥式隔离型多串LLC 谐振转换器，这使得变压器初级绕组以串联方式连接。基于磁平衡理论，因为初级绕组电流和串联电流相同，所以各个隔离式变压器都将具有相同的输出电流用于驱动每串LED 负载，并且每个变压器能够驱动两串独立的LED 负载，同时具有电器隔离。
多串变压器LLC谐振控制器（该设计中使用的是UCC25710）放置在次级侧，它能监测LED负载的总电流并使用电流反馈回路调整流经变压器原边绕组的正弦波交流电流，同时通过磁平衡理论保证每串LED负载具有恒定电流输出。
新型的高功率离线LED 照明驱动拓扑
与传统的 LED 照明驱动拓扑结构相比，新型拓扑结构具有以下重要特点：
1. 高效率。因为新型系统只具有PFC 电路和多串变压器LLC 两级电路，据估计总效率可高达92%。
2. 低成本。对比传统的高功率LED 照明系统拓扑结构结构，新型系统拓扑结构只包括两级电路及更少的控制器，这将有效地降低成本。
3. 系统可靠性高。众所周知，LED 照明系统的可靠性取决于LED 散热管理和电源驱动，故障检测和保护系统，以及电器元件个数。因为新型系统具有电器元件数量少以及效率高的特点，所以系统可靠性将会有得到大大的提升。
4. 良好的EMI 性能。因为在系统输出部分没有多组DC/DC 电路环节，这将有利于EMI 性能。同时，LLC 转换器工作在零电压ZVS 条件下有助于减少开关阶段的噪声干扰。
5. 兼容调光。因为LLC 控制器位于变压器次级侧，每串负载的总电流都将作为电流反馈回路，因此可用作整体PWM 调光或模拟调光。
UCC25710是一款用于实现多串LED背光源应用的准确控制的LLC半桥式控制器。它专为多变压器、多串LED架构而优化。利用该控制器及架构可在多个LED串中实现绝佳的LED电流匹配。与现有的LED背光源解决方案相比，这种多变压器架构可依靠AC输入向LED负载提供最高的总效率。LLC控制器的功能包括一个具有可编程F的压控振荡器（VCO）最小值和F最大值、具有500ns固定死区时间的半桥式栅极驱动器和一个GM电流放大器。LLC功率输送由控制器的VCO频率来调整。该VCO具有一个准确且可编程的频率范围。在超低的功率电平下，VCO频率从F变最大值至零，以最大限度地提高低LED电流条件下的效率。
新型的高功率离线型LED 照明驱动拓扑结构
基于传统拓扑结构中的问题，本文采用德州仪器（TI）多串变压器LLC 谐振控制器UCC25710，实现了一款新型拓扑结构设计。图2 是新拓扑结构的框图，它包含PFC 和多串隔离变压器LLC转换器的两级电路结构，省掉了传统结构的DC/DC 多串恒流部分。在PFC 电路之后有一个半桥式隔离型多串LLC 谐振转换器，这使得变压器初级绕组以串联方式连接。基于磁平衡理论，因为初级绕组电流和串联电流相同，所以各个隔离式变压器都将具有相同的输出电流用于驱动每串LED 负载，并且每个变压器能够驱动两串独立的LED 负载，同时具有电器隔离。
多串变压器LLC谐振控制器（该设计中使用的是UCC25710）放置在次级侧，它能监测LED负载的总电流并使用电流反馈回路调整流经变压器原边绕组的正弦波交流电流，同时通过磁平衡理论保证每串LED负载具有恒定电流输出。
新型的高功率离线LED 照明驱动拓扑
与传统的 LED 照明驱动拓扑结构相比，新型拓扑结构具有以下重要特点：
1. 高效率。因为新型系统只具有PFC 电路和多串变压器LLC 两级电路，据估计总效率可高达92%。
2. 低成本。对比传统的高功率LED 照明系统拓扑结构结构，新型系统拓扑结构只包括两级电路及更少的控制器，这将有效地降低成本。
3. 系统可靠性高。众所周知，LED 照明系统的可靠性取决于LED 散热管理和电源驱动，故障检测和保护系统，以及电器元件个数。因为新型系统具有电器元件数量少以及效率高的特点，所以系统可靠性将会有得到大大的提升。
4. 良好的EMI 性能。因为在系统输出部分没有多组DC/DC 电路环节，这将有利于EMI 性能。同时，LLC 转换器工作在零电压ZVS 条件下有助于减少开关阶段的噪声干扰。
5. 兼容调光。因为LLC 控制器位于变压器次级侧，每串负载的总电流都将作为电流反馈回路，因此可用作整体PWM 调光或模拟调光。
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