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浅谈大功率电感LED驱动电源架构原理



  大功率电感LED驱动电源效率低、工作空间受限和热设计不够好等原因会导致LED驱动电源工作环境温度很高,很多器件顶不住这么高的温度就被烧掉了。我也帮我们客户看过烧坏的器件,很多只是小的三极管和二极管,但它们一烧坏整个电源就崩掉了。这看起来是个小问题,但LED工作时产生的温度非常高,70%的热量是通过散热片散的,散热片后面就是驱动电源,温度很高,很难控制。”

   所以,业界现在的努力目标是提升效率、降低温度、提升集成度、减少元器件数量,并尽量用可靠的元器件。“比如说电感就是一个非常可靠的东西,电感是千百年来大家用的东西,而不是有源器件。针对这个目标,TI于今年正式推出了一种具有革命性创新的大功率电感LED( >100W)驱动架构:双级多串LLC拓朴架构,相对于传统的LLC半桥驱动架构,该创新架构省掉了多串恒流DC/DC降压电路(从而每一串都可省掉昂贵的高压MOSFET、电感和电解电容),改为多个变压器串联的双级LLC谐振电路,直接实现恒流,效率大幅提升至92%,比传统架构提升4-5%,元器件数量也大幅减小,可靠性提升,EMI设计更简单。简单来说,它就是将原来需要的恒压级与恒流级合成为一级,相当于省掉一个恒流级。
新旧架构的比较

  一款大功率电感LED照明和LED背光的、基于多个变压器串联的LLC谐振电路,已用在LED路灯和超薄LED电视的背光上。UCC25710就是基于TI创新的、具有专利的双级多串LLC拓朴架构而专门设计的。 UCC25710是业界首款直接通过PFC输出驱动多个LED串的单芯片LLC控制器,LLC与串联LED开关控制支持PWM调光,而且可编程调光LLC开关斜坡,可消除噪声。 传统LLC半桥拓扑架构的缺点,首先它的成本非常高,因为它输出端的每一串DC-DC降压电路都需要一个高压MOSFET、一个电感和电解电容,这些元件的成本是非常高的。现在的LED路灯驱动电源实际上有4到12串,也就是说你需要4到12串DC-DC降压电路,这使得该架构的成本很高。

  其次是效率较低,它的效率一般低于88%。第三是可靠性较低,因为它需要很多元器件。最后一个,也是很重要的一个,就是这种传统架构的EMI问题非常严重。因为每一串降压电路的MOSFET开关频率很难做到同步,因此串与串之间有相互的干扰。 针对这种情况,TI的专家在2008年底提出一个拓扑架构:直接恒流,一个变压器驱动多串LLC。相对于传统的架构,效率提升至93%以上。不过,由于当时采用了三 级多串变压器架构,还是需要三个IC:一个PFC,一个BUCK,一个PWM,成本并没有明显降低。
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