TI新型两级拓扑结构低成本LED驱动方案

　　设计采用TI UCC25710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。

　　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。

　　新型多串变压器LLC谐振控制器

　　UCC25710是基于LLC谐振半桥式拓扑结构开发的。控制器反馈回路利用总电流采样电阻来调整LED串负载的总电流。如图3所示，LED串负载总电流会被R3到CS引脚检测到，电流环路误差放大器用来调节LED输出总电流实现恒流，编程控制最小和最大开关频率的方式将电流放大器lcomp的输出设置为VCO(电压控制振荡器)的控制电压，这样为LED串的LLC拓扑结构配置一个闭环电流反馈回路。

　　输出)设置VCO的控制电压。第二，在启动阶段，软启动引脚SS将会控制VCO响应直到超过电流回路误差放大器输出lcomp。第三，调光阶段，VCO输入的升降速率由电容器C2，DSR引脚调光变化率的电压来控制。同时VCO控制电平底座将由lcomp持续控制。在关闭调光或过渡阶段，DSR电容器C2和44uA的内部电流控制Vvco的变化率。当关闭时，DSR通过44uA电流源向地面放电，当开机时，DSR通过44uA电流源向lcomp放电。这将使电机可能产生的有声噪声最小化。

　　LED调光输入ILED-ON控制LED照明的调光启动和关闭。此外，调低，关闭或者调光循环的边界都可能出现延时，这样就能够让电流回路在低调光负载循环甚至在缓变率已经较慢的情况下仍能被持续控制。总之，UCC25710器件包括了实现总体LED驱动的所有必要功能，包括了电流环路误差放大器，VCO，参考调节器，软启动，调光负载循环补偿和为LED输出过压(OV)、LED输出欠压(UV)、过温、及原边过流等保护措施。该器件还提供了额外的功能，那就是在调光期间最大限度的减少音频噪声，并提供可控快速LED电流上升和下降时间。除了应用于多串变压器LLC拓扑结构之外，由于具有丰富的LED保护和调光控制功能，UCC25710对于需要调光接口高电压单串LED负载输出应用也是一个很好的选择。

　　100W离线型LED照明驱动系统设计利用UCC28810(TMPFC)，UCC27510(多串变压器LLC谐振控制器)和UCC28610(绿色模式反激式控制器)，本设计开发了一款100W的参考设计PMP4302A，该设计具有4串LED输出，每串可接10~20LED负载。用来演示的电路板尺寸是245mm(L)x18mm(W)x11mm(H)，该外形尺寸非常适合日常高功率LED照明。上图展示的是PMP4302A参考设计电路板，包括了EMI输入滤波器，TMPFC电路，辅助电源电路以及多串LLC电路。表格1给出了这个参考设计的规格。