中國(guó)政府大力推動(dòng)的“十城萬(wàn)盞”LED路燈示范工程最終被證明只是政策宣導(dǎo)行為,，LED路燈還遠(yuǎn)沒(méi)到商業(yè)化程度,，因?yàn)橛貌涣艘欢螘r(shí)間，LED路燈不是亮度逐漸衰減,，就是完全不亮了,。究其原因，并不是大功率LED的壽命不足,，而是LED驅(qū)動(dòng)電源的散熱技術(shù)還不過(guò)關(guān),，因此不是LED的亮度受熱加速衰減，就是LED驅(qū)動(dòng)電源由于不起眼的外圍小器件受熱燒壞而導(dǎo)致電源故障,。
“大功率LED驅(qū)動(dòng)電源效率低,、工作空間受限和熱設(shè)計(jì)不夠好等原因會(huì)導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)電源工作環(huán)境溫度很高,，很多器件頂不住這么高的溫度就被燒掉了。我也幫我們客戶看過(guò)燒壞的器件,，很多只是小的三極管和二極管,，但它們一燒壞整個(gè)電源就崩掉了。”TI高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理劉學(xué)超解釋道,，“這看起來(lái)是個(gè)小問(wèn)題,，但LED工作時(shí)產(chǎn)生的溫度非常高，70%的熱量是通過(guò)散熱片散的,，散熱片后面就是驅(qū)動(dòng)電源,，溫度很高，很難控制,。”
所以,，業(yè)界現(xiàn)在的努力目標(biāo)是提升效率、降低溫度,、提升集成度,、減少元器件數(shù)量，并盡量用可靠的元器件,。“比如說(shuō)電感就是一個(gè)非?？煽康臇|西,，電感是千百年來(lái)大家用的東西,，而不是有源器件。”他補(bǔ)充道,。
針對(duì)這個(gè)目標(biāo),，TI于今年正式推出了一種具有革命性創(chuàng)新的大功率LED(>100W)驅(qū)動(dòng)架構(gòu)：雙級(jí)多串LLC拓樸架構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的LLC半橋驅(qū)動(dòng)架構(gòu),，該創(chuàng)新架構(gòu)省掉了多串恒流DC/DC降壓電路(從而每一串都可省掉昂貴的高壓MOSFET,、電感和電解電容)，改為多個(gè)變壓器串聯(lián)的雙級(jí)LLC諧振電路,，直接實(shí)現(xiàn)恒流,，效率大幅提升至92%，比傳統(tǒng)架構(gòu)提升4-5%,，元器件數(shù)量也大幅減小,，可靠性提升，EMI設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單,。(如下圖)
“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),，它就是將原來(lái)需要的恒壓級(jí)與恒流級(jí)合成為一級(jí)，相當(dāng)于省掉一個(gè)恒流級(jí),。”劉學(xué)超表示,。
TI針對(duì)大功率LED照明的獨(dú)創(chuàng)性雙級(jí)多串LLC拓?fù)?圖片來(lái)源：TI)
新舊架構(gòu)的比較
上圖中UCC25710是TI剛量產(chǎn)的一顆針對(duì)大功率LED照明和LED背光的,、基于多個(gè)變壓器串聯(lián)的LLC諧振電路，已用在LED路燈和超薄LED電視的背光上,。UCC25710就是基于TI創(chuàng)新的,、具有專利的雙級(jí)多串LLC拓樸架構(gòu)而專門設(shè)計(jì)的。
劉學(xué)超指出：“UCC25710是業(yè)界首款直接通過(guò)PFC輸出驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED串的單芯片LLC控制器,，LLC與串聯(lián)LED開關(guān)控制支持PWM調(diào)光,，而且可編程調(diào)光LLC開關(guān)斜坡，可消除噪聲,。”
他解釋道,，傳統(tǒng)LLC半橋拓?fù)浼軜?gòu)的缺點(diǎn)，首先它的成本非常高,，因?yàn)樗敵龆说拿恳淮瓺C-DC降壓電路都需要一個(gè)高壓MOSFET,、一個(gè)電感和電解電容，這些元件的成本是非常高的?，F(xiàn)在的LED路燈驅(qū)動(dòng)電源實(shí)際上有4到12串,，也就是說(shuō)你需要4到12串DC-DC降壓電路，這使得該架構(gòu)的成本很高,。
其次是效率較低,，它的效率一般低于88%。第三是可靠性較低,，因?yàn)樗枰芏嘣骷?。最后一個(gè)，也是很重要的一個(gè),，就是這種傳統(tǒng)架構(gòu)的EMI問(wèn)題非常嚴(yán)重,。因?yàn)槊恳淮祲弘娐返腗OSFET開關(guān)頻率很難做到同步，因此串與串之間有相互的干擾,。
針對(duì)這種情況,，TI的專家在2008年底提出一個(gè)拓?fù)浼軜?gòu)：直接恒流，一個(gè)變壓器驅(qū)動(dòng)多串LLC,。相對(duì)于傳統(tǒng)的架構(gòu),，效率提升至93%以上。不過(guò),，由于當(dāng)時(shí)采用了三 級(jí)多串變壓器架構(gòu),，還是需要三個(gè)IC：一個(gè)PFC，一個(gè)BUCK,，一個(gè)PWM,，成本并沒(méi)有明顯降低。
TI 100W新型多串半橋諧振高效LED驅(qū)動(dòng)解決方案
現(xiàn)在，這顆UCC25710出來(lái),，改為雙級(jí)多串變壓器架構(gòu),，可以把Buck降壓這一路給去掉，無(wú)需DC/DC降壓,，也就是直接對(duì)每一串LED進(jìn)行控制,，之后直接控制LLC諧振半橋電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)每一串的電流諧振控制,。前提只需要一個(gè)升壓的PFC,。這個(gè)電路非常簡(jiǎn)單：只需要一個(gè)升壓的PFC，再加上一個(gè)多串的變壓器串聯(lián)恒流的諧振半橋,，就可得到大功率的LED驅(qū)動(dòng)電流,。
所以，大功率LED照明的新型雙級(jí)多串LLC架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為以下四點(diǎn)：第一,，效率提升,，這個(gè)新的拓?fù)浼軜?gòu)實(shí)際總體效率可以達(dá)到92%。第二,，成本很低,，因?yàn)椴恍枰恳淮瓺C/DC的降壓，TI用一串變壓器可以驅(qū)動(dòng)兩串LED,，兩串變壓器可以驅(qū)動(dòng)四串LED,，采用的變壓器都是傳統(tǒng)的變壓器，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于用恒壓的DC/DC對(duì)每一串進(jìn)行驅(qū)動(dòng),。
第三,，它的元器件非常少，所以它的可靠性很好,，把恒壓和恒流整個(gè)集成在一個(gè)級(jí)上,，而不是兩個(gè),，使得可靠性得到提升,。此外，傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案用的電容很多,，因?yàn)槊看瓺C/DC降壓都需要電容,，PFC也需要電容，LLC也需要電容,。電容損壞也是影響LED路燈可靠性的一個(gè)重要因素,。這個(gè)架構(gòu)的電容數(shù)少，所以可靠性提升,。
第四,，EMI問(wèn)題減小，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。電路沒(méi)有多串的DC/DC,，只需要一個(gè)諧振半橋?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng),，這樣可以非常容易地得到EMI設(shè)計(jì)。
此外,，該架構(gòu)支持PWM調(diào)光,，還可以配合TI的無(wú)線Zigbee進(jìn)行遙控調(diào)光。
“這個(gè)架構(gòu)里的技術(shù)關(guān)鍵是一個(gè)變壓器驅(qū)動(dòng)兩串LED,，兩個(gè)變壓驅(qū)動(dòng)四串LED,，這樣成本下降了，可靠性也提升了,。”劉學(xué)超說(shuō)道,，為什么變壓器能做每串均流的控制呢？這個(gè)問(wèn)題實(shí)際上是非常簡(jiǎn)單的,，就是我們把兩個(gè)變壓器的沿邊進(jìn)行串聯(lián),，如果逆時(shí)電感足夠大，耦合到側(cè)邊IP1就等于IP2,，IS1…如果扎比相同的話,，它是一個(gè)扎比的關(guān)系，就是Ip1/Np = Is1/Ns1,，這是第一個(gè)變壓器,。第二個(gè)變壓器，由于它的沿邊是同一個(gè)變流,，我們把沿邊做一個(gè)串聯(lián),，這樣的話Ip1/Ip2，Np1=Is2/Ns,，這樣我們就可以得到Is1=Is2,。就是通過(guò)這樣的變壓器平衡方式來(lái)得到很好的電流的平衡度，理論上來(lái)說(shuō)這是非常簡(jiǎn)單的理論,，但我們把它用在LED的驅(qū)動(dòng)電流上,。
并且，劉學(xué)超表示：“該架構(gòu)對(duì)變壓器沒(méi)有特殊的要求,，只要你能夠做到正負(fù)10%以內(nèi),，輸出電流的冗余小于正負(fù)3%就可以了。”而目前市面上一般的變壓器電感量冗余都能做到正負(fù)10%以內(nèi),。
“除了LED路燈應(yīng)用,，它對(duì)于通用照明系統(tǒng)和商用照明也是適合的，只要需要多串形式的架構(gòu),，這個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都能使用,?？蛻艨吹轿覀冞@一創(chuàng)新型架構(gòu)后都非常高興，因?yàn)樗鼘?shí)實(shí)在在的減小了成本,，并且提升了可靠性,。”劉學(xué)超表示。