贴片功率电感在LED驱动电源中的作用?
贴片功率电感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。
1、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**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**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。**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:**,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。
第四,EMI问题减小,设计更简单。电路没有多串的DC/DC,只需要一个谐振半桥实现驱动,这样可以非常容易地得到EMI设计。此外,该架构支持PWM调光,还可以配合TI的无线Zigbee进行遥控调光。
并且,该架构对变压器没有特殊的要求,只要你能够做到正负10%以内,输出电流的冗余小于正负3%就可以了。”而目前市面上一般的变压器电感量冗余都能做到正负10%以内。除了LED路灯应用,它对于通用照明系统和商用照明也是适合的,只要需要多串形式的架构,这个拓扑结构都能使用。客户看到我们这一创新型架构后都非常高兴,因为它实实在在的减小了成本,并且提升了可靠性。
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