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基于一种用LLC谐振半桥转换器进行LED驱动的设计

比拟以前应用的老式、粗笨的阴极射线管(CRT)显示器,现在的平板数字电视和显示器要薄得多。这些新型平板电视对破费者异常有吸引力,由于它们占用的空间更小。

为了赞助满意破费者需求并使这类数字设备变得更薄,一些厂商转向应用LLC 谐振半桥转换器来为这些设备的发光二极管LED)背光供给驱动。这是由于,使用这种拓扑布局所实现的零电压软开关(ZVS)可带来更高效的高功率密度设计,并且要求的散热部件比硬开关拓扑更少。

这类拓扑设计存在的一个问题是LLC dc/dc传输函数会随负载变更而呈现显着变更。然则,这样会使在LED驱动器中建立LLC节制器和补偿电流环路变得加倍繁杂。为了简化这一设计历程,本文将评论争论一种被称作脉宽调制(PWM)LED亮度调节的设计措施,其容许LED负载随亮度调节变更的同时让dc/dc传输函数维持恒定。

钻研传输函数(M(f))的LLC谐振半桥dc/dc

LLC谐振半桥节制器dc/dc(请拜见图 1)是一种脉冲频率调制(PFM)节制拓扑。半桥FET(QA和QB)异相驱动180,并使用一个电压节制振荡器(VCO)调节/节制频率。这反过来又能调节谐振电感(Lr)形成的分压器阻抗变压器磁电感(LM)、反射等效阻抗(RE)折衷振电容器(Cr)进行调节。仅有LM中形成的电压经由过程变压器匝数比(a1)反射至次级线圈。

图1 LLC 谐振半桥/节制器

我们可以标准化和简化一次谐波近似法传输函数 M(f) 的应用。M(f) 的方程式 4中,标准化的频率(fn)被定义为开关频率除以谐振频率(fO)。只管只是一种近似值措施,但在理解M(f)若何随输入电压、负载和开关频率变更而变更时,该简化方程式照样异常有用的。

调节dc电流以调节LED亮度LLC谐振LED驱动器中实现LED亮度调节的一种措施是调节经由过程LED的dc电流。这样做存在一个问题:DC电流变更后,LLC的输出阻抗也随之改变。假如斟酌不周,则这种变更会带来M(f)变更,从而使LED驱动器设计变得加倍繁杂。

负载变更带来的问题设计一个半桥转换器并不是一件轻易的工作。设计职员要根据ZVS要求选择磁化电感(LM)。他们还要调节a1、Cr和Lr,以得到抱负的M(f)和频率事情范围。然则,M(f)会随Q变更而改变,而Q又会跟着输出负载(RL)变更而变更。详情请拜见图2.

谐振LLC半桥LED的M(f) 变更会使电压环路补偿和变压器选择变得加倍艰苦、繁杂和纷乱,由于在设计历程中必要斟酌的各类变更其实太多了。

图2 M(f) 随负载而变更。

赓续变更的LLC增益曲线(M(f))会在反馈环路中引起电压节制振荡器(VCO) 的节制问题。VCO一样平常由一个反馈偏差放大年夜器节制(EA(拜见图 1))。开关频率随EA输出升高而低落以前进LLC增益,并在EA输出下降时增高。抱负环境下,在一个LLC半桥设计中,M(f) 增益需在其最大年夜开关频率下以最小值开始,同时M(f)随频率低落而上升。

正常事情时的抱负M(f)范围为虚线右侧部分(请拜见图2)。我们把这一区域称作电感区,这时LLC事情在ZVS下。虚线左边为电容区,在该区域内主级开枢纽关头点上没有ZVS.在大年夜旌旗灯号瞬态时代,EA会驱动VCO,要求更低的开关频率,以前进增益。结果是,M(f)增益事情在虚线左边区域,可能达不到抱负增益,无法满意节制环路需求。

这时,ZVS损掉,并且反馈环路会让LLC节制器不停闭在该区域内。现在,反馈偏差放大年夜器考试测验要求更低的开关频率,以前进功率级无法达到的增益,由于转换器可能事情在图2中虚线的右边区域。ZVS损掉时,FET QA和QB耗损更多功率,FET会因过热而毁坏。为了避免设计中呈现这种问题,必要对所有M(f) 曲线进行阐发,然后适当地限定最小开关频率(f),以防止转换器(M(f))事情在图2中虚线的左侧区域。

PWM 亮度调节简化设计历程对付要求亮度调节的 LLC 谐振半桥 LED 驱动器而言,简化设计历程的一种措施是应用一种被称为 PWM 亮度调节的技巧。图 3 显示了一个 LLC 转换器的功能道理图,它的 LLC 节制器便应用了这种 PWM 亮度调节技巧。在我们的例子中,我们应用了 UCC25710.

图 3 应用 PWM 亮度调节技巧的 LLC 半桥 LED 驱动器。

这种技巧使用一个节制 FET QC 的固定低频旌旗灯号 (DIM),它以逻辑要领添加至QA 和 QB FET 驱动。DIM 旌旗灯号为高电日常平凡,LED 背光灯串被节制在某个固定峰值电流 (VRS/RS)。一旦 DIM 变为低电平,QA、QB 和 QC 急速关闭。QA、QB 和 QC 关闭后,LED 二极管便竣事导电,同时输出电容器 (COUT)存储能量,以备定时开始下一个 DIM 周期。更多详情,请拜见图 4 所示波形。

图 4 PWM 亮度调节波形

经由过程调节 DIM 旌旗灯号的占空比 (D) 实现对匀称二极管电流 (ID) 的调节,从而节制 LED 的亮度。

只管 LLC 谐振半桥从主级到次级为 LED 供电,然则负载 (RL) 到LLC传输函数 (M(f)) 依然恒定,纵然 LED 的匀称电流随占空比而变更。

应用固定 RL 且给定 Lr、Cr 和 LM 时,等效反射阻抗 (RE) 恒定,Q 维持不变。这时仅获得一条 M(f) 曲线,其随频率(请拜见图 5)变更,而不受应用变量 RL 的传统 LED 亮度调节措施获得的多条曲线(请拜见图 2)的影响。在设计中只处置惩罚一条 M(f) 曲线,让环路补偿和变压器选择变得加倍简单,从而简化设计历程。别的,设置最小开关频率时还必要留意另一条曲线,以确保 ZVS 获得保持。这时,最小f设置为单 M(f) 曲线的峰值(请拜见图 5)。

图 5 应用 PWM 亮度调节技巧驱动 LED 的 M(f)

设计一个 LED 驱动用 LLC 谐振半桥转换器并不轻易。传统 LLC的dc/dc 增益随负载变更会有较大年夜范围的变更。我们必要对许多条增益曲线进行评估。这让环路补偿和变压器设计/选择变得加倍繁杂和纷乱。要想简化设计历程,把 LLC 和 PWM 亮度调节技巧组合应用是一种较为抱负的选择。这是由于 LLC 在供能时代会遭遇固定负载 (RL),但在亮度调节时代 LED 电流会呈现变更。结果是,LLC 增益变更更小,从而让环路补偿和变压器选择/设计加倍简单。

责任编辑;zl

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