TI新型兩級拓撲結構低成本LED驅(qū)動方案

　　設計采用TI UCC25710多串變壓器LLC控制專利技術，實現(xiàn)了新型離線式LED照明驅(qū)動解決方案。相比傳統(tǒng)的高功率(>100W)的AC/DC外加多個恒流DC/DC轉換器的LED照明驅(qū)動，新的兩級拓撲結構具有更高的效率以及更低的系統(tǒng)成本?；谠摲N多串變壓器LLC控制技術，研發(fā)了一款100WLED照明驅(qū)動參考設計PMP4302A，其負載可以直接連接4串LED負載(每串可接10~15顆LED，每串輸出電流為500mA)。實驗結果表明，新型的拓撲結構非常適合室外和商務領域中采用PWM或模擬電路調(diào)光的通用LED照明應用。同時，該電路系統(tǒng)架構也能用作高效率、超輕薄LED背光電視的電源。

　　UCC25710是一款用于實現(xiàn)多串LED背光源應用的準確控制的LLC半橋式控制器。它專為多變壓器、多串LED架構而優(yōu)化。利用該控制器及架構可在多個LED串中實現(xiàn)絕佳的LED電流匹配。與現(xiàn)有的LED背光源解決方案相比，這種多變壓器架構可依靠AC輸入向LED負載提供最高的總效率。LLC控制器的功能包括一個具有可編程F的壓控振蕩器(VCO)最小值和F最大值、具有500ns固定死區(qū)時間的半橋式柵極驅(qū)動器和一個GM電流放大器。LLC功率輸送由控制器的VCO頻率來調(diào)整。該VCO具有一個準確且可編程的頻率范圍。在超低的功率電平下，VCO頻率從F變最大值至零，以最大限度地提高低LED電流條件下的效率。

　　新型的高功率離線型LED照明驅(qū)動拓撲結構

　　基于傳統(tǒng)拓撲結構中的問題，本文采用德州儀器(TI)多串變壓器LLC諧振控制器UCC25710，實現(xiàn)了一款新型拓撲結構設計。圖2是新拓撲結構的框圖，它包含PFC和多串隔離變壓器LLC轉換器的兩級電路結構，省掉了傳統(tǒng)結構的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?；诖牌胶饫碚摚驗槌跫壚@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負載，并且每個變壓器能夠驅(qū)動兩串獨立的LED負載，同時具有電器隔離。

　　多串變壓器LLC諧振控制器(該設計中使用的是UCC25710)放置在次級側，它能監(jiān)測LED負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負載具有恒定電流輸出。

　　與傳統(tǒng)的LED照明驅(qū)動拓撲結構相比，新型拓撲結構具有以下重要特點：

　　1.高效率。因為新型系統(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92%。

　　2.低成本。對比傳統(tǒng)的高功率LED照明系統(tǒng)拓撲結構結構，新型系統(tǒng)拓撲結構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，故障檢測和保護系統(tǒng)，以及電器元件個數(shù)。因為新型系統(tǒng)具有電器元件數(shù)量少以及效率高的特點，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。因為在系統(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轉換器工作在零電壓ZVS條件下有助于減少開關階段的噪聲干擾。

　　5.兼容調(diào)光。因為LLC控制器位于變壓器次級側，每串負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。

　　新型多串變壓器LLC諧振控制器

　　UCC25710是基于LLC諧振半橋式拓撲結構開發(fā)的?？刂破鞣答伝芈防每傠娏鞑蓸与娮鑱碚{(diào)整LED串負載的總電流。如圖3所示，LED串負載總電流會被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輸出總電流實現(xiàn)恒流，編程控制最小和最大開關頻率的方式將電流放大器lcomp的輸出設置為VCO(電壓控制振蕩器)的控制電壓，這樣為LED串的LLC拓撲結構配置一個閉環(huán)電流反饋回路。

　　輸出)設置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。當關閉時，DSR通過44uA電流源向地面放電，當開機時，DSR通過44uA電流源向lcomp放電。這將使電機可能產(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)光啟動和關閉。此外，調(diào)低，關閉或者調(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?？傊?，UCC25710器件包括了實現(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)光負載循環(huán)補償和為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。除了應用于多串變壓器LLC拓撲結構之外，由于具有豐富的LED保護和調(diào)光控制功能，UCC25710對于需要調(diào)光接口高電壓單串LED負載輸出應用也是一個很好的選擇。

　　100W離線型LED照明驅(qū)動系統(tǒng)設計利用UCC28810(TMPFC)，UCC27510(多串變壓器LLC諧振控制器)和UCC28610(綠色模式反激式控制器)，本設計開發(fā)了一款100W的參考設計PMP4302A，該設計具有4串LED輸出，每串可接10~20LED負載。用來演示的電路板尺寸是245mm(L)x18mm(W)x11mm(H)，該外形尺寸非常適合日常高功率LED照明。上圖展示的是PMP4302A參考設計電路板，包括了EMI輸入濾波器，TMPFC電路，輔助電源電路以及多串LLC電路。表格1給出了這個參考設計的規(guī)格。