去年，“十城萬(wàn)盞”示范工程并沒(méi)有像預(yù)期的那樣帶來(lái)豐碩的成果,，反而是這種大功率LED照明的缺點(diǎn)被充分地暴露出來(lái)：LED驅(qū)動(dòng)電源可靠性極差,，發(fā)熱高，很多LED的驅(qū)動(dòng)電源被燒壞,，其中很多都是由于不起眼的外圍小器件壞掉而導(dǎo)致整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路失效,。“因?yàn)長(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路效率低導(dǎo)致環(huán)境溫度高，很多器件頂不住這么高的高溫被燒掉,。我也幫我們客戶看過(guò)燒壞的器件,，有的僅是小的三極管、二極管燒掉,，整個(gè)電源就崩掉了,。”德州儀器高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理劉學(xué)超解釋道,，“看起來(lái)是個(gè)小問(wèn)題，但LED整個(gè)環(huán)境溫度非常高,，70%的熱量是通過(guò)散熱片散的,，散熱片后面是驅(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)就是提升效率,，降低漫度,，提升集成度，減少元器件數(shù)量,，并一盡量用可靠的元器件,。“比如說(shuō)電感就是一個(gè)非常可靠的東西,，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,。

　　針對(duì)這個(gè)目標(biāo),，TI于今年正式推出了新的LED驅(qū)動(dòng)架構(gòu)——雙極多串LLC拓樸架構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的大功率(功率是250W—300W)LED驅(qū)動(dòng)架構(gòu),，該架構(gòu)中省掉了昂貴的多串高壓DC/DC降壓器,，改為多個(gè)變壓器串聯(lián)的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。(如圖)“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),，它就是將原來(lái)需要的恒壓模塊與恒流模塊合成為一個(gè)模塊,，相當(dāng)于省掉一個(gè)恒壓模塊。”劉學(xué)超表示,。

　　去年,，“十城萬(wàn)盞”示范工程并沒(méi)有像預(yù)期的那樣帶來(lái)豐碩的成果，反而是這種大功率LED照明的缺點(diǎn)被充分地暴露出來(lái)：LED驅(qū)動(dòng)電源可靠性極差,，發(fā)熱高,，很多LED的驅(qū)動(dòng)電源被燒壞，其中很多都是由于不起眼的外圍小器件壞掉而導(dǎo)致整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路失效,。“因?yàn)長(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路效率低導(dǎo)致環(huán)境溫度高,，很多器件頂不住這么高的高溫被燒掉,。我也幫我們客戶看過(guò)燒壞的器件，有的僅是小的三極管,、二極管燒掉,，整個(gè)電源就崩掉了。”德州儀器高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理劉學(xué)超解釋道,，“看起來(lái)是個(gè)小問(wèn)題，但LED整個(gè)環(huán)境溫度非常高,，70%的熱量是通過(guò)散熱片散的,，散熱片后面是驅(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)就是提升效率,，降低漫度,，提升集成度，減少元器件數(shù)量,，并一盡量用可靠的元器件,。“比如說(shuō)電感就是一個(gè)非常可靠的東西,，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,。

　　針對(duì)這個(gè)目標(biāo),，TI于今年正式推出了新的LED驅(qū)動(dòng)架構(gòu)——雙極多串LLC拓樸架構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的大功率(功率是250W—300W)LED驅(qū)動(dòng)架構(gòu),，該架構(gòu)中省掉了昂貴的多串高壓DC/DC降壓器,，改為多個(gè)變壓器串聯(lián)的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。(如圖)“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),，它就是將原來(lái)需要的恒壓模塊與恒流模塊合成為一個(gè)模塊,，相當(dāng)于省掉一個(gè)恒壓模塊。”劉學(xué)超表示,。

　　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,。

　　(如上圖)在傳統(tǒng)的大功率LED照明架構(gòu)圖上可以看到，它有兩個(gè)Block,，第一個(gè)Block叫恒壓模塊,，DC/DC出來(lái)以后得到一個(gè)恒壓的輸出，第二個(gè)是恒流模塊,，恒流模塊是每串LED都會(huì)需要DC/DC升壓或降壓的電路,，對(duì)每一串LED進(jìn)行恒流。這是傳統(tǒng)的典型的大功率LED驅(qū)動(dòng)的拓?fù)浼軜?gòu),。

　　這種拓?fù)浼軜?gòu)的效率分布為：臨界模式PFC的最大值在97%左右,，LLC諧振半橋效率目前在業(yè)界我們認(rèn)定是比較高的，它的效率大概是96%,，每一串恒流降壓它的效率在95%左右,，三個(gè)相乘的總效率(典型值)應(yīng)該在88%以內(nèi)。“當(dāng)然有的客戶可以做到90%,，但會(huì)犧牲很多成本,，比如說(shuō)二極管需要同步整流的二極管，這是用錢來(lái)提高效率,。此外,，在大的降壓上做一些軟塊干擾工作，來(lái)得到一個(gè)高效,，這些都是一些方法,。但它總體來(lái)說(shuō)效率不會(huì)太高，大概應(yīng)該在88%左右,。”劉學(xué)超解釋道,。

　　他繼續(xù)分析：傳統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)的缺點(diǎn)，首先它的成本非常高,，因?yàn)樗鼛в蠵FC,、LLC電路，還有多串高壓Buck(輸入電壓是54V),，高壓DC/DC成本是非常高的,，每一串都需要一個(gè)。現(xiàn)在的路燈電源實(shí)際上是4—12串,，也就是說(shuō)你需要4—12串的Buck電路,，有非常多的器件。

　　第二是效率非常低,，從我們的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,，它的效率應(yīng)該是在88%左右,。第三是可靠性非常差，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中每一串都需要一個(gè)Buck,，PFC,、LLC電路，整個(gè)電路由許多組件構(gòu)成,，導(dǎo)致可靠變變差,。

　　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)題也非常嚴(yán)重,。因?yàn)槊恳淮瓸uck開關(guān)頻率沒(méi)有進(jìn)行同步，串與串之間有相互的干擾,。“我在客戶那兒看到，每一串輸出的時(shí)候加了一個(gè)共模電感,，共模電感一方面增加了成本,，另外在可靠性上面也會(huì)產(chǎn)生影響，所以,，EMI是一個(gè)很大的問(wèn)題,，原因是每一串DC/DC目前很難做到同步，因?yàn)檎麄€(gè)有4—12串的LED在上面,。”劉學(xué)超說(shuō)道,。

　　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%,。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,。

　　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)：

　　第一是效率提升,，這個(gè)新的拓?fù)浼軜?gòu)實(shí)際總體效率可以達(dá)到92%。

　　第二是成本很低,，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)。“實(shí)際上,，我們是省掉了一個(gè)恒壓模塊,。”劉學(xué)超稱。

　　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)模塊上,，而不是兩個(gè),，使得可靠性得到提升。“此外,，目前傳統(tǒng)的方案用的電容更多,，因?yàn)槊看瓺C/DC都需要電容，PFC也是電容,，LLC也是電容,。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,，沒(méi)有LLC,、DC/DC電容，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)諧振半橋做出驅(qū)動(dòng)，這樣可以非常容易地得到EMI設(shè)計(jì)。“我們?cè)谶@個(gè)板子上有傳導(dǎo)的實(shí)驗(yàn),，這個(gè)板子設(shè)計(jì)好以后基本上就可以通過(guò)傳導(dǎo)的測(cè)試,，我個(gè)人認(rèn)為，由于LLC電路本來(lái)的特點(diǎn)是非常好的EMI,，性能非常好的一個(gè)電路,，這相對(duì)于傳統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)來(lái)說(shuō)，EMI是非常好的,。”他稱,。

　　此外，該電路可以兼容調(diào)光,，還可以配合TI的無(wú)線Zigbee進(jìn)行調(diào)光,，因?yàn)镮C是放在側(cè)邊或模擬調(diào)光，對(duì)LED整串進(jìn)行調(diào)光,，來(lái)實(shí)現(xiàn)整體PWM或模擬調(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)電感足夠得大，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)這樣的變壓器持平衡方式來(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,，這里對(duì)變壓器沒(méi)有特殊的要求,，一般的變壓器電感量冗余在正負(fù)10%以內(nèi),，變壓器場(chǎng)站一般要求正負(fù)10%以內(nèi)，“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,。”其實(shí)，除了路燈應(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,。“客戶看到我們這一創(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)超稱,。