中國政府大力推動的“十城萬盞”LED路燈示范工程最終被證明只是政策宣導行為,，LED路燈還遠沒到商業(yè)化程度,，因為用不了一段時間,，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)動電源的散熱技術還不過關,，因此不是LED的亮度受熱加速衰減,，就是LED驅(qū)動電源由于不起眼的外圍小器件受熱燒壞而導致電源故障。
“大功率LED驅(qū)動電源效率低,、工作空間受限和熱設計不夠好等原因會導致LED驅(qū)動電源工作環(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,，但它們一燒壞整個電源就崩掉了。”TI高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務拓展經(jīng)理劉學超解釋道,，“這看起來是個小問題,，但LED工作時產(chǎn)生的溫度非常高，70%的熱量是通過散熱片散的,，散熱片后面就是驅(qū)動電源,，溫度很高,，很難控制,。”
所以，業(yè)界現(xiàn)在的努力目標是提升效率,、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,。“比如說電感就是一個非常可靠的東西,，電感是千百年來大家用的東西,，而不是有源器件。”他補充道,。
針對這個目標,，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)動架構：雙級多串LLC拓樸架構，相對于傳統(tǒng)的LLC半橋驅(qū)動架構,，該創(chuàng)新架構省掉了多串恒流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)，改為多個變壓器串聯(lián)的雙級LLC諧振電路,，直接實現(xiàn)恒流,，效率大幅提升至92%，比傳統(tǒng)架構提升4-5%,，元器件數(shù)量也大幅減小,，可靠性提升，EMI設計更簡單,。(如下圖)
“簡單來說,，它就是將原來需要的恒壓級與恒流級合成為一級,，相當于省掉一個恒流級。”劉學超表示,。
TI針對大功率LED照明的獨創(chuàng)性雙級多串LLC拓撲(圖片來源：TI)
新舊架構的比較
上圖中UCC25710是TI剛量產(chǎn)的一顆針對大功率LED照明和LED背光的,、基于多個變壓器串聯(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,、具有專利的雙級多串LLC拓樸架構而專門設計的。
劉學超指出：“UCC25710是業(yè)界首款直接通過PFC輸出驅(qū)動多個LED串的單芯片LLC控制器,，LLC與串聯(lián)LED開關控制支持PWM調(diào)光,，而且可編程調(diào)光LLC開關斜坡，可消除噪聲,。”
他解釋道,，傳統(tǒng)LLC半橋拓撲架構的缺點，首先它的成本非常高,，因為它輸出端的每一串DC-DC降壓電路都需要一個高壓MOSFET,、一個電感和電解電容，這些元件的成本是非常高的?，F(xiàn)在的LED路燈驅(qū)動電源實際上有4到12串,，也就是說你需要4到12串DC-DC降壓電路，這使得該架構的成本很高,。
其次是效率較低,，它的效率一般低于88%。第三是可靠性較低,，因為它需要很多元器件,。最后一個，也是很重要的一個,，就是這種傳統(tǒng)架構的EMI問題非常嚴重,。因為每一串降壓電路的MOSFET開關頻率很難做到同步，因此串與串之間有相互的干擾,。
針對這種情況,，TI的專家在2008年底提出一個拓撲架構：直接恒流，一個變壓器驅(qū)動多串LLC,。相對于傳統(tǒng)的架構,，效率提升至93%以上。不過,，由于當時采用了三 級多串變壓器架構,，還是需要三個IC：一個PFC，一個BUCK,，一個PWM,，成本并沒有明顯降低,。
TI 100W新型多串半橋諧振高效LED驅(qū)動解決方案
現(xiàn)在，這顆UCC25710出來,，改為雙級多串變壓器架構,，可以把Buck降壓這一路給去掉，無需DC/DC降壓,，也就是直接對每一串LED進行控制,，之后直接控制LLC諧振半橋電路，來實現(xiàn)每一串的電流諧振控制,。前提只需要一個升壓的PFC,。這個電路非常簡單：只需要一個升壓的PFC，再加上一個多串的變壓器串聯(lián)恒流的諧振半橋,，就可得到大功率的LED驅(qū)動電流,。
所以，大功率LED照明的新型雙級多串LLC架構的優(yōu)勢可以總結(jié)為以下四點：第一,，效率提升,，這個新的拓撲架構實際總體效率可以達到92%。第二,，成本很低,，因為不需要每一串DC/DC的降壓,，TI用一串變壓器可以驅(qū)動兩串LED,，兩串變壓器可以驅(qū)動四串LED，采用的變壓器都是傳統(tǒng)的變壓器,，成本遠遠低于用恒壓的DC/DC對每一串進行驅(qū)動,。
第三，它的元器件非常少,，所以它的可靠性很好,，把恒壓和恒流整個集成在一個級上，而不是兩個,，使得可靠性得到提升,。此外，傳統(tǒng)驅(qū)動方案用的電容很多,，因為每串DC/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路燈可靠性的一個重要因素,。這個架構的電容數(shù)少，所以可靠性提升,。
第四,，EMI問題減小,，設計更簡單。電路沒有多串的DC/DC,，只需要一個諧振半橋?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動,，這樣可以非常容易地得到EMI設計。
此外,，該架構支持PWM調(diào)光,，還可以配合TI的無線Zigbee進行遙控調(diào)光。
“這個架構里的技術關鍵是一個變壓器驅(qū)動兩串LED,，兩個變壓驅(qū)動四串LED,，這樣成本下降了，可靠性也提升了,。”劉學超說道,，為什么變壓器能做每串均流的控制呢？這個問題實際上是非常簡單的,，就是我們把兩個變壓器的沿邊進行串聯(lián),，如果逆時電感足夠大，耦合到側(cè)邊IP1就等于IP2,，IS1…如果扎比相同的話,，它是一個扎比的關系，就是Ip1/Np = Is1/Ns1,，這是第一個變壓器,。第二個變壓器，由于它的沿邊是同一個變流,，我們把沿邊做一個串聯(lián),，這樣的話Ip1/Ip2，Np1=Is2/Ns,，這樣我們就可以得到Is1=Is2,。就是通過這樣的變壓器平衡方式來得到很好的電流的平衡度，理論上來說這是非常簡單的理論,，但我們把它用在LED的驅(qū)動電流上,。
并且，劉學超表示：“該架構對變壓器沒有特殊的要求,，只要你能夠做到正負10%以內(nèi),，輸出電流的冗余小于正負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10%以內(nèi),。
“除了LED路燈應用,，它對于通用照明系統(tǒng)和商用照明也是適合的，只要需要多串形式的架構，這個拓撲結(jié)構都能使用,?？蛻艨吹轿覀冞@一創(chuàng)新型架構后都非常高興，因為它實實在在的減小了成本,，并且提升了可靠性,。”劉學超表示。