去年，“十城萬(wàn)盞”示范工程并沒(méi)有像預期的那樣帶來(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驅動(dòng)電源可靠性極差，發(fā)熱高，很多LED的驅動(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致整個(gè)驅動(dòng)電路失效。“因為L(cháng)ED驅動(dòng)電路效率低導致環(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(hù)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)超對《電子系統設計》孫昌旭解釋道，“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，散熱片后面是驅動(dòng)電源，溫度很高，很難控制。”所以，業(yè)界現在的努力目標就是提升效率，降低漫度，提升集成度，減少元器件數量，并一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。”他補充。

針對這個(gè)目標，TI于今年正式推出了一種具有革命性創(chuàng )新的LED驅動(dòng)架構——雙極多串LLC拓樸架構，相對于傳統的大功率（功率是250W—300W）LED驅動(dòng)架構，該架構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)現恒流，效率大幅提升至92%，比傳統架構提升4-5%，元器件數量也大幅減小，可靠性提升，EMI設計更簡(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，相當于省掉一個(gè)恒壓模塊。”劉學(xué)超表示。

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(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(zhuān)利的雙級多串LLC拓樸架構而專(zhuān)門(mén)設計的。

（如上圖）在傳統的大功率LED照明架構圖上可以看到，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，對每一串LED進(jìn)行恒流。這是傳統的典型的大功率LED驅動(dòng)的拓撲架構。

這種拓撲架構的效率分布為：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）應該在88%以?xún)取?ldquo;當然有的客戶(hù)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(qián)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，大概應該在88%左右。”劉學(xué)超解釋道。

他繼續分析：傳統拓撲架構的缺點(diǎn)，首先它的成本非常高，因為它帶有PFC、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)�，F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)驗來(lái)看，它的效率應該是在88%左右。第三是可靠性非常差，因為實(shí)際應用中每一串都需要一個(gè)Buck，PFC、LLC電路，整個(gè)電路由許多組件構成，導致可靠變變差。

最后一個(gè)，也是很重要的一個(gè)，就是這種傳統架構的EMI問(wèn)題也非常嚴重。因為每一串Buck開(kāi)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(hù)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，因為整個(gè)有4—12串的LED在上面。”劉學(xué)超說(shuō)道。

針對這種情況，TI的專(zhuān)家在2008年底提出一個(gè)拓撲架構：直接恒流，一個(gè)變壓器驅動(dòng)多串LLC。相對于傳統的架構，效率提升至93%。不過(guò)，由于當時(shí)采用了三 級多串變壓器架構，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。

現在，這顆UCC25710出來(lái)，改為雙級多串變壓器架構，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驅動(dòng)電流。

所以，大功率LED照明的新型雙級多串LLC架構的優(yōu)勢可以總結為以下四點(diǎn)：

一是效率提升，這個(gè)新的拓撲架構實(shí)際總體效率可以達到92%。

二是成本很低，因為不需要每一串DC/DC的降壓，TI用一串變壓器可以驅動(dòng)兩串LED，兩串變壓器可以驅動(dòng)四串LED，采用的變壓器都是傳統的變壓器，成本遠遠低于用恒壓的DC/DC對每一串進(jìn)行驅動(dòng)。“實(shí)際上，我們是省掉了一個(gè)恒壓模塊。”劉學(xué)超稱(chēng)。

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，目前傳統的方案用的電容更多，因為每串DC/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)架構的電容數少，沒(méi)有LLC、DC/DC電容，所以可靠性提升。”

第四，EMI問(wèn)題減小，設計更簡(jiǎn)單。電路沒(méi)有多串的DC/DC，只需要一個(gè)諧振半橋做出驅動(dòng)，這樣可以非常容易地得到EMI設計。“我們在這個(gè)板子上有傳導的實(shí)驗，這個(gè)板子設計好以后基本上就可以通過(guò)傳導的測試，我個(gè)人認為，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，這相對于傳統拓撲架構來(lái)說(shuō)，EMI是非常好的。”他稱(chēng)。

此外，該電路可以兼容調光，還可以配合TI的無(wú)線(xiàn)Zigbee進(jìn)行調光，因為IC是放在側邊或模擬調光，對LED整串進(jìn)行調光，來(lái)實(shí)現整體PWM或模擬調光。

“這個(gè)架構里的技術(shù)關(guān)鍵是一個(gè)變壓器驅動(dòng)兩串LED，兩個(gè)變壓驅動(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，耦合到側邊IP1就等于IP2，IS1…如果扎比相同的話(huà)，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(huà)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的驅動(dòng)電流上。

并且，劉學(xué)超表示，這里對變壓器沒(méi)有特殊的要求，一般的變壓器電感量冗余在正負10%以?xún)�，變壓器�?chǎng)站一般要求正負10%以?xún)龋?ldquo;只要你能夠做到正負10%以?xún)�，輸出電流的冗余小于正�?%就可以了。”其實(shí)，除了路燈應用，它對于通用照明系統和商用照明也是適合的，只要需要多串形式的架構，這個(gè)拓撲結構都能使用。“客戶(hù)看到我們這一創(chuàng )新型架構后都非常高興，因為它實(shí)實(shí)在在的減小了成本，并且提升了可靠性。”劉學(xué)超稱(chēng)。