摘要：  中国政府大力推动的“十城万盏”LED路灯示范工程最终被证明只是政策宣导行为，led路灯还远没到商业化程度，因为用不了一段时间，LED路灯不是亮度逐渐衰减，就是完全不亮了。究其原因，并不是大功率LED的寿命不足，而是LED驱动电源的散热技术还不过关，因此不是LED的亮度受热加速衰减，就是LED驱动电源由于不起眼的外围小器件受热烧坏而导致电源故障。

关键字：  LED路灯，  电源，  器件，  电感

　　中国政府大力推动的“十城万盏”LED路灯示范工程最终被证明只是政策宣导行为，led路灯还远没到商业化程度，因为用不了一段时间，LED路灯不是亮度逐渐衰减，就是完全不亮了。究其原因，并不是大功率LED的寿命不足，而是LED驱动电源的散热技术还不过关，因此不是LED的亮度受热加速衰减，就是LED驱动电源由于不起眼的外围小器件受热烧坏而导致电源故障。

　　“大功率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。”TI高性能模拟产品业务拓展经理刘学超解释道，“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。”他补充道。

　　针对这个目标，TI于今年正式推出了一种具有革命性创新的大功率LED(>100W)驱动架构：双级多串LLC拓朴架构，相对于传统的LLC半桥驱动架构，该创新架构省掉了多串恒流DC/DC降压电路(从而每一串都可省掉昂贵的高压MOSFET、电感和电解电容)，改为多个变压器串联的双级LLC谐振电路，直接实现恒流，效率大幅提升至92%，比传统架构提升4-5%，元器件数量也大幅减小，可靠性提升，EMI设计更简单。(如下图)“简单来说，它就是将原来需要的恒压级与恒流级合成为一级，相当于省掉一个恒流级。”刘学超表示。

　　TI针对大功率LED照明的独创性双级多串LLC拓扑(图片来源：TI)

　　新旧架构的比较

　　上图中UCC25710是TI刚量产的一颗针对大功率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。

　　刘学超指出：“UCC25710是业界首款直接通过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，可消除噪声。”

　　他解释道，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。最后一个，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。

　　TI 100W新型多串半桥谐振高效LED驱动解决方案

　　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：第一，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。

      “这个架构里的技术关键是一个变压器驱动两串LED，两个变压驱动四串LED，这样成本下降了，可靠性也提升了。”刘学超说道，为什么变压器能做每串均流的控制呢?这个问题实际上是非常简单的，就是我们把两个变压器的沿边进行串联，如果逆时电感足够大，耦合到侧边IP1就等于IP2，IS1…如果扎比相同的话，它是一个扎比的关系，就是Ip1/Np = Is1/Ns1，这是第一个变压器。第二个变压器，由于它的沿边是同一个变流，我们把沿边做一个串联，这样的话Ip1/Ip2，Np1=Is2/Ns，这样我们就可以得到Is1=Is2。就是通过这样的变压器平衡方式来得到很好的电流的平衡度，理论上来说这是非常简单的理论，但我们把它用在LED的驱动电流上。并且，刘学超表示：“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。”刘学超表示。