基于LLC諧振的LED驅動電源設計

摘要：針對大功率LED路燈照明應用，使用諧振拓撲結構解決驅動電源的效率問題。驅動電路前級采用臨界電流模式(BCM)下的升壓(Boost)拓撲實現(xiàn)AC／DC變換和PFC功能，后級采用LLC半橋拓撲構建DC／DC恒流源。兩級結構能充分利用Boost和LLC的高效率特性，從而使整體效率較高。介紹了電路工作原理和基本結構，詳細討論了主要磁芯元件的設計方法。在此基礎上制作了樣機，實驗結果表明，采用諧振拓撲的兩級結構降低了開關損耗，可以高效率的驅動LED路燈。
關鍵詞：驅動電源；發(fā)光二極管；高效率

1 引言
LED驅動電源效率的要求正在不斷提高，傳統(tǒng)的標準(或硬開關)反激式拓撲和雙開關正激拓撲已經(jīng)逐漸被諧振或準諧振拓撲所取代。
電感、電感、電容(LLC)三元件諧振變換器可實現(xiàn)全功率范圍內主開關管零電壓開關，次級整流二極管零電流開關，極大地降低了電路開關損耗，從而成為解決電源效率問題極具潛力的方案。此處應用LLC諧振半橋拓撲作為DC／DC變換，結合前級Boost模式的AC／DC電路，開發(fā)了一種大功率，高效率的LED驅動電源。

2 原理介紹
電路采取PFC+LLC半橋的兩級變換方案，其中PFC電路除了控制諧波外還具有電壓調整功能，以便于控制諧振部分的頻率變化范圍，LLC半橋采用開關恒流源設計方案，即反饋控制中引入電流環(huán)，相比其他恒壓電源+恒流模塊的方式具有更好的效率表現(xiàn)。驅動電源結構如圖1所示。

PFC預調節(jié)器以Boost拓撲實現(xiàn)，在BCM模式下，以L6562作為控制器。BCM Boost的一大優(yōu)勢是，能夠在下一個開關周期開始之前感測Boo st電感的去磁，使開關管零電流導通。后級LLC半橋諧振變換器的原理示意圖如圖2所示。由4部分構成：①方波發(fā)生部分，其作用是將輸入的直流電壓斬波為方波；②諧振網(wǎng)絡部分，提供一個隨頻率可調的電壓增益，同時得到諧振電流和電壓的相位差保證開關管ZVS的實現(xiàn)；③理想變壓器部分實現(xiàn)電壓變比的作用；④輸出整流部分得到直流功率輸出。

LLC諧振半橋的控制芯片采用FSFR2100集成控制芯片，該芯片內置高壓MOSFET，反饋端RT通過鏡像電流源調整開關頻率來調整諧振網(wǎng)絡輸出電壓。此外FSFR2100芯片自帶過溫、過壓保護，并且可以通過設置RT端電阻來限制開關頻率范圍，從而確保整個電路的可靠性。