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(zhuān)利技術(shù)，實(shí)現了新型離線(xiàn)式LED照明驅動(dòng)解決方案。相比傳統的高功率（>100W）的AC/DC外加多個(gè)恒流DC/DC轉換器的LED照明驅動(dòng)，新的兩級拓撲結構具有更高的效率以及更低的系統成本?；谠摲N多串變壓器LLC控制技術(shù)，研發(fā)了一款100WLED照明驅動(dòng)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(shí)驗結果表明，新型的拓撲結構非常適合室外和商務(wù)領(lǐng)域中采用PWM或模擬電路調光的通用LED照明應用。同時(shí)，該電路系統架構也能用作高效率、超輕薄LED背光電視的電源。

UCC25710是一款用于實(shí)現多串LED背光源應用的準確控制的LLC半橋式控制器。它專(zhuān)為多變壓器、多串LED架構而優(yōu)化。利用該控制器及架構可在多個(gè)LED串中實(shí)現絕佳的LED電流匹配。與現有的LED背光源解決方案相比，這種多變壓器架構可依靠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(gè)具有可編程F的壓控振蕩器(VCO)最小值和F最大值、具有500ns固定死區時(shí)間的半橋式柵極驅動(dòng)器和一個(gè)GM電流放大器。LLC功率輸送由控制器的VCO頻率來(lái)調整。該VCO具有一個(gè)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(xiàn)型LED 照明驅動(dòng)拓撲結構

基于傳統拓撲結構中的問(wèn)題，本文采用德州儀器（TI）多串變壓器LLC 諧振控制器UCC25710，實(shí)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(gè)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(lián)方式連接?；诖牌胶饫碚?，因為初級繞組電流和串聯(lián)電流相同，所以各個(gè)隔離式變壓器都將具有相同的輸出電流用于驅動(dòng)每串LED 負載，并且每個(gè)變壓器能夠驅動(dòng)兩串獨立的LED 負載，同時(shí)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(jīng)變壓器原邊繞組的正弦波交流電流，同時(shí)通過(guò)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(xiàn)LED 照明驅動(dòng)拓撲

與傳統的 LED 照明驅動(dòng)拓撲結構相比，新型拓撲結構具有以下重要特點(diǎn)：

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(dòng)，故障檢測和保護系統，以及電器元件個(gè)數。因為新型系統具有電器元件數量少以及效率高的特點(diǎn)，所以系統可靠性將會(huì )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(méi)有多組DC/DC 電路環(huán)節，這將有利于EMI 性能。同時(shí)，LLC 轉換器工作在零電壓ZVS 條件下有助于減少開(kāi)關(guān)階段的噪聲干擾。

5. 兼容調光。因為L(cháng)LC 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。

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(kāi)發(fā)的?？刂破鞣答伝芈防每傠娏鞑蓸与娮鑱?lái)調整LED 串負載的總電流。如圖3 所示，LED 串負載總電流會(huì )被R3 到CS 引腳檢測到，電流環(huán)路誤差放大器用來(lái)調節LED 輸出總電流實(shí)現恒流，編程控制最小和最大開(kāi)關(guān)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L(cháng)ED 串的LLC 拓撲結構配置一個(gè)閉環(huán)電流反饋回路。

輸出）設置VCO 的控制電壓。第二，在啟動(dòng)階段，軟啟動(dòng)引腳SS 將會(huì )控制VCO 響應直到超過(guò)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(lái)控制。同時(shí)VCO 控制電平底座將由lcomp 持續控制。在關(guān)閉調光或過(guò)渡階段，DSR 電容器C2 和44uA 的內部電流控制Vvco 的變化率。當關(guān)閉時(shí)，DSR 通過(guò)44uA 電流源向地面放電，當開(kāi)機時(shí)，DSR 通過(guò)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 調光輸入ILED-ON 控制LED 照明的調光啟動(dòng)和關(guān)閉。此外，調低，關(guān)閉或者調光循環(huán)的邊界都可能出現延時(shí)，這樣就能夠讓電流回路在低調光負載循環(huán)甚至在緩變率已經(jīng)較慢的情況下仍能被持續控制?？傊?，UCC25710 器件包括了實(shí)現總體LED 驅動(dòng)的所有必要功能，包括了電流環(huán)路誤差放大器，VCO，參考調節器，軟啟動(dòng)，調光負載循環(huán)補償和為L(cháng)ED 輸出過(guò)壓（OV）、LED 輸出欠壓（UV）、過(guò)溫、及原邊過(guò)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(shí)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?jiǎn)未甃ED 負載輸出應用也是一個(gè)很好的選擇。

100W 離線(xiàn)型LED 照明驅動(dòng)系統設計利用 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(kāi)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(lái)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(gè)參考設計的規格。

設計說(shuō)明

PMP4302A

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摘要：LLC 控制器的功能包括一個(gè)具有可編程F的壓控振蕩器(VCO)最小值和F最大值、具有500ns固定死區時(shí)間的半橋式柵極驅動(dòng)器和一個(gè)GM電流放大器。 LLC功率輸送由控制器的VCO頻率來(lái)調整。該VCO具有一個(gè)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。