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贴片功率电感-大功率LED驱动电源架构简述

来源:    作者:     发布时间:2015-03-04 18:44:40     点击数:
  中国政府大力推动LED路灯示范工程最终被证明只是政策宣导行为,led路灯还远没到商业化程度,因为用不了一段时间,LED路灯不是亮度逐渐衰减,就是完全不亮了。究其原因,并不是大功率LED的寿命不足,而是LED驱动电源的散热技术还不过关,因此不是LED的亮度受热加速衰减,就是LED驱动电源由于不起眼的外围小器件受热烧坏而导致电源故障。
  大功率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,散热插件电感器生产厂家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D电感器厂C/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。
  现在,这颗UCC25710出来,改为双级多串变压器架构,可以把Buck降压这一路给去掉,无需DC/DC降压,也就是直接对每一串LED进行控制,之后直接控制LLC谐振半桥电路,来实现每一串的电流谐振控制。前提只需要一个升压的PFC。这个电路非常简单:只需要一个升压的PFC,再加上一个多串的变压器串联恒流的谐振半桥,就可得到大功率的LED驱动电流。
  所以,大功率LED照明的新型双级多串LLC架构的优势可以总结为以下四点:第一,效率提升,这个新的拓扑架构实际总体效率可以达到92%。第二,成本很低,因为不需要每一串DC/DC的降压,TI用一串变压器可以驱动两串LED,两串变压器可以驱动四串LED,采用的变压器都是传统的变压器,成本远远低于用恒压的DC/DC对每一串进行驱动。
  第三,它的元器件非常少,所以它的可靠性很好,把恒压和恒流整个集成在一个级上,而不是两个,使得可靠性得到提升。此外,传统驱动方案用的电容很多,因为每串DC/DC降压都需要电容,PFC也需要电容,LLC也需要电容。电容损坏也是影响LED路灯可靠性的一个重要因素。这个架构的电容数少,所以可靠性提升。 1

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