2.1 傳統的高功率離線型LED 照明驅動拓撲結構
圖 1 是一種傳統的高功率離線型LED 照明驅動三級拓撲結構。該結構中，由PFC 電路提供正弦
波輸入電流。BOOST 升壓拓撲結構目前是PFC 電路的最佳選擇，以此種方式應用于
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 電路會產生直流電壓來驅動LED 模塊，該電路環節的輸出電壓是由
LED 負載個數和下一級恒流控制電路所決定（一般低于標準安全電壓60Vdc）。每串LED 負載將
有一個獨立的恒流非隔離DC/DC 變換去調節流經LED 的電流。對于最常見的高亮度LED，電流
的規格為從350mA 到750mA。由此，我們就可以得到一個傳統的高功率離線型LED 照明驅動電
源拓撲，它由三部分組成：PFC，隔離PWM 變換以及非隔離DC/DC 變換。

 

 

盡管傳統高功率離線型LED 照明驅動系統能夠獲得良好的性能，但仍有以下不足：
1. 效率。傳統結構為三級電路拓撲結構，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%。所以系統的效率的最大值約為88%。當然，有很多的方法能夠進一步的
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
成本進一步增加。
2. 成本。由圖1 可見，每串LED 負載中有多個DC/DC 電路環節，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。傳統型LED 照明拓撲結構有多個外部元件，這會嚴重的影響性能。
4. EMI。因為多重開關LED 驅動器將在非隔離DC/DC 電路環節中產生額外的高頻開關噪聲，因
此會影響LED 照明系統傳導和輻射EMI 的測試結果。為滿足EMI 標準要求就需要在EMI 設
計方面做更多的努力，例如：在開關點處設置RC 緩沖網絡，在輸出電路級設置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 照明驅動拓撲結構
基于傳統拓撲結構中的問題，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方式連接。基于磁平衡理論，因為
初級繞組電流和串聯電流相同，所以各個隔離式變壓器都將具有相同的輸出電流用于驅動每串
LED 負載，并且每個變壓器能夠驅動兩串獨立的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，它能監測LED 負
載的總電流并使用電流反饋回路調整流經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。

 

 

與傳統的 LED 照明驅動拓撲結構相比，新型拓撲結構具有以下重要特點：
1. 高效率。因為新型系統只具有PFC 電路和多串變壓器LLC 兩級電路，據估計總效率可高達
92%。
2. 低成本。對比傳統的高功率LED 照明系統拓撲結構結構，新型系統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. 系統可靠性高。眾所周知，LED 照明系統的可靠性取決于LED 散熱管理和電源驅動，故障檢
測和保護系統，以及電器元件個數。因為新型系統具有電器元件數量少以及效率高的特點，
所以系統可靠性將會有得到大大的提升。
4. 良好的EMI 性能。因為在系統輸出部分沒有多組DC/DC 電路環節，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 調光或模擬調光。

3 新型多串變壓器LLC 諧振控制器
UCC25710 是基于LLC 諧振半橋式拓撲結構開發的。控制器反饋回路利用總電流采樣電阻來調整
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，電流環路誤
差放大器用來調節LED 輸出總電流實現恒流，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
閉環電流反饋回路。
LLC 控制系統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，調光階段，VCO 輸入的升降速率由電容器
C2，DSR 引腳調光變化率的電壓來控制。同時VCO 控制電平底座將由lcomp 持續控制。
在關閉調光或過渡階段，DSR 電容器C2 和44uA 的內部電流控制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
機可能產生的有聲噪聲最小化。
LED 調光輸入ILED-ON 控制LED 照明的調光啟動和關閉。此外，調低，關閉或者調光循環的邊
界都可能出現延時，這樣就能夠讓電流回路在低調光負載循環甚至在緩變率已經較慢的情況下仍
能被持續控制。
總之，UCC25710 器件包括了實現總體LED 驅動的所有必要功能，包括了電流環路誤差放大器，
VCO，參考調節器，軟啟動，調光負載循環補償和為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 保護和調光控制功能，
UCC25710 對于需要調光接口高電壓單串LED 負載輸出應用也是一個很好的選擇。

 

 

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

 

              

可是變壓器并非理想的電氣元件；因為它自帶勵磁電感，正是由于變壓器中勵磁電感的存在，導
致LED 串負載輸出的次級繞組電流略有不同。幸運的是，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設計中適當增加磁化電感Lm。

 

 

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