基于LLC谐振的LED驱动电源设计

摘要：针对大功率LED路灯照明应用，使用谐振拓扑结构解决驱动电源的效率问题。驱动电路前级采用临界电流模式(BCM)下的升压(Boost)拓扑实现AC／DC变换和PFC功能，后级采用LLC半桥拓扑构建DC／DC恒流源。两级结构能充分利用Boost和LLC的高效率特性，从而使整体效率较高。介绍了电路工作原理和基本结构，详细讨论了主要磁芯元件的设计方法。在此基础上制作了样机，实验结果表明，采用谐振拓扑的两级结构降低了开关损耗，可以高效率的驱动LED路灯。
关键词：驱动电源；发光二极管；高效率

1 引言
LED驱动电源效率的要求正在不断提高，传统的标准(或硬开关)反激式拓扑和双开关正激拓扑已经逐渐被谐振或准谐振拓扑所取代。
电感、电感、电容(LLC)三元件谐振变换器可实现全功率范围内主开关管零电压开关，次级整流二极管零电流开关，极大地降低了电路开关损耗，从而成为解决电源效率问题极具潜力的方案。此处应用LLC谐振半桥拓扑作为DC／DC变换，结合前级Boost模式的AC／DC电路，开发了一种大功率，高效率的LED驱动电源。

2 原理介绍
电路采取PFC+LLC半桥的两级变换方案，其中PFC电路除了控制谐波外还具有电压调整功能，以便于控制谐振部分的频率变化范围，LLC半桥采用开关恒流源设计方案，即反馈控制中引入电流环，相比其他恒压电源+恒流模块的方式具有更好的效率表现。驱动电源结构如图1所示。

PFC预调节器以Boost拓扑实现，在BCM模式下，以L6562作为控制器。BCM Boost的一大优势是，能够在下一个开关周期开始之前感测Boo st电感的去磁，使开关管零电流导通。后级LLC半桥谐振变换器的原理示意图如图2所示。由4部分构成：①方波发生部分，其作用是将输入的直流电压斩波为方波；②谐振网络部分，提供一个随频率可调的电压增益，同时得到谐振电流和电压的相位差保证开关管ZVS的实现；③理想变压器部分实现电压变比的作用；④输出整流部分得到直流功率输出。

LLC谐振半桥的控制芯片采用FSFR2100集成控制芯片，该芯片内置高压MOSFET，反馈端RT通过镜像电流源调整开关频率来调整谐振网络输出电压。此外FSFR2100芯片自带过温、过压保护，并且可以通过设置RT端电阻来限制开关频率范围，从而确保整个电路的可靠性。