UCC25710：LED 照明用LLC 半橋式控制器應用詳解

設計采用TIUCC25710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(zhuǎn)換器的LED照明驅(qū)動，新的兩級拓撲結(jié)構(gòu)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(jié)果表明，新型的拓撲結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)而優(yōu)化。利用該控制器及架構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)

基于傳統(tǒng)拓撲結(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，實現(xiàn)了一款新型拓撲結(jié)構(gòu)設計。圖2 是新拓撲結(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。基于磁平衡理論，因為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(cè)，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。

新型的高功率離線LED 照明驅(qū)動拓撲

與傳統(tǒng)的 LED 照明驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)相比，新型拓撲結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，新型系統(tǒng)拓撲結(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(zhuǎn)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(cè)，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(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(jié)構(gòu)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琔CC25710 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(jié)構(gòu)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(TM PFC)，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10~20 LED 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。圖8 展示的是PMP4302A 參考設計電路板，包括了EMI 輸入濾波器，TM PFC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。

設計說明

PMP4302A

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摘要：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。