1. 引言

近年來，LED光源要求LED驅(qū)動(dòng)器支持越來越寬的輸出電壓范圍(比如25%-100%)以及輸出電流范圍(比如1%~100%，甚至0.1%-100%)，以實(shí)現(xiàn)更寬的調(diào)光范圍。為了提高LED驅(qū)動(dòng)電源的通用性，要求使用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源支持不同的LED光源。同時(shí)要求線路簡單，低成本，高效率，高可靠性，長壽命等。

采用16腳封裝，集成PFC和半橋諧振控制器的ICL5101，并使用LCC拓?fù)浜芎玫膶?shí)現(xiàn)了以上目標(biāo)，它的高集成度可減少外部元件數(shù)量，非常合適結(jié)合LCC高性能的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了極寬的輸出電壓電流范圍(電壓25%-100%， 電流0-100%)，并且滿載效率超過93%，同時(shí)電路簡單，成本低。由于LCC的特性，它也可以實(shí)現(xiàn)無次級(jí)電流反饋恒流。

2. LLC與LCC拓?fù)涞妮敵龇秶?/p>

為了應(yīng)對(duì)輸出燈珠數(shù)和驅(qū)動(dòng)電流的多樣性，減少LED驅(qū)動(dòng)電源的項(xiàng)目數(shù)目，需要盡可能的提高驅(qū)動(dòng)電源的通用性，對(duì)輸出電壓電流范圍就要求比較寬。

目前大功率恒流LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)，比較常見的軟開關(guān)拓?fù)涫荓LC，它的輸出V-I特性如圖-1所示。從圖中可見，LLC拓?fù)涞妮敵鲭妷?、電流范圍下限都比較高。隨著用戶對(duì)調(diào)光要求的越來越高，LLC拓?fù)涞倪@種輸出特性的局限性也越來越明顯。如果輸出直接恒流，LLC拓?fù)湓诤懔鲿r(shí)的電壓不能夠達(dá)到很低，即對(duì)燈珠個(gè)數(shù)的適應(yīng)性有較大局限性;當(dāng)需要對(duì)電壓相對(duì)固定的特定燈串時(shí)進(jìn)行調(diào)光的時(shí)候，調(diào)光電流在相對(duì)較窄的頻率范圍內(nèi)不能達(dá)到比較低范圍。如果需要做到深的調(diào)光深度，往往需要間歇工作以達(dá)到小的平均電流，甚至采用額外一級(jí)DC/DC電流來實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生額外的紋波電流或增加系統(tǒng)成本及降低效率。

一種更有優(yōu)勢(shì)的拓?fù)銵CC被提出，在相對(duì)較窄的頻率范圍內(nèi)，它可以將輸出電壓和電流的下限降低，如果圖-1的箭頭所示。降低后將會(huì)達(dá)到圖-2所示的范圍，輸出電壓和電流的下限幾乎可以到達(dá)零，極大的提高了驅(qū)動(dòng)電源的適應(yīng)性。

3. LLC與LCC拓?fù)浜鸵恍┹敵鎏匦?/p>

圖-3和圖-5分別是LLC和LCC的拓?fù)鋱D，LCC拓?fù)湎鄬?duì)LLC只是將于負(fù)載并聯(lián)的電感換成電容，最后是由一個(gè)電感，一個(gè)串聯(lián)的電容，一個(gè)與負(fù)載并聯(lián)的電容構(gòu)成。

圖-4和圖-6分別是LLC與LCC的輸出電流隨頻率的變化曲線，不同曲線代表不同負(fù)載電阻條件。

兩圖中虛線是恒流軌跡線，當(dāng)負(fù)載電阻變化時(shí)，工作頻率需要做相應(yīng)的變化使得電流保持穩(wěn)定不變，從圖-4中可以看出，采用LLC拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)恒流輸出時(shí)，不同負(fù)載線之間的間隔較大，意味著頻率變化較大。而從圖-6中可以看出，采用LCC拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)恒流輸出時(shí)，不同負(fù)載線之間的間隔比較緊密，意味著頻率變化較小。也就是說，LCC拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)恒流時(shí)，頻率隨負(fù)載變化的范圍比LLC的要小很多。

同樣可以做類似分析，當(dāng)固定輸出電壓時(shí)做調(diào)光應(yīng)用，LCC同樣可以比LLC實(shí)現(xiàn)更小的頻率變化范圍，而且電流調(diào)節(jié)深度更深。

另外輸出短路的性能對(duì)驅(qū)動(dòng)電源來說也是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，對(duì)LLC拓?fù)鋪碚f，負(fù)載電阻減小至短路時(shí)，由于其與Lm并聯(lián)，諧振腔阻抗的感性部分將會(huì)減弱，容性將會(huì)增強(qiáng)而容易進(jìn)入容性區(qū)，導(dǎo)致開關(guān)管容易出現(xiàn)硬開關(guān)(在最低工作頻率小于諧振頻率時(shí))。而對(duì)LCC拓?fù)鋪碚f，負(fù)載電阻減小至短路時(shí)，由于其與Cp并聯(lián)，諧振腔阻抗的容性部分將會(huì)減弱，感性將會(huì)增強(qiáng)，電路仍然工作在安全的感性區(qū)。LCC的最小工作頻率會(huì)設(shè)計(jì)大于(甚至遠(yuǎn)大于)串聯(lián)電感和串聯(lián)電容的諧振頻率以保證電路工作在感性區(qū)實(shí)現(xiàn)ZVS，輸出短路的時(shí)候，頻率會(huì)減小，但會(huì)被限制在最小工作頻率。通過合理地設(shè)計(jì)諧振腔，短路電流可以做到稍大于額定輸出電流,比如110%-120%。

從圖-6可以看到，存在著某一個(gè)頻率點(diǎn)，這個(gè)頻率是諧振電感與兩個(gè)電容都是串聯(lián)時(shí)的諧振頻率，不同負(fù)載電阻變化時(shí)，電流會(huì)匯聚在一個(gè)固定點(diǎn)。說明如果電路工作在這個(gè)頻率時(shí)，輸出電流無需電流采樣作為反饋而自然實(shí)現(xiàn)恒流。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以省略電流采樣和反饋電路，使得整體電路更具有成本競爭性，甚至可以與“PFC+反激”的拓?fù)涓偁?，使其有競爭力的功率?yīng)用范圍變得更廣，小到30W，大到300W。

4. 實(shí)例

這里采用英飛凌的高集成度控制器ICL5101來實(shí)現(xiàn)一個(gè)120W的LCC恒流LED驅(qū)動(dòng)電源.

圖-7是LCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用次級(jí)電流采樣做恒流反饋，并能實(shí)現(xiàn)0-10V調(diào)光的示意電路。PFC開關(guān)管采用了英飛凌的高性價(jià)比P6系列CoolMOSTM IPD60R190P6，LCC開關(guān)管采用英飛凌針對(duì)消費(fèi)市場的低成本CE系列CoolMOSTM IPD60R650CE。兩個(gè)型號(hào)均為TO-252貼片封裝，無散熱器，整體電路非常簡潔。

圖-8是省略次級(jí)電流采樣反饋的示意電路，工作在固定頻率，整體電路更加精簡，整機(jī)成本可以與“PFC+反激”拓?fù)涓偁??？紤]到效率等因素，整體成本甚至更低。

作為說明，這里對(duì)有次級(jí)電流反饋的，采用圖-7所示電路形式的實(shí)例做了實(shí)際測試。

這個(gè)實(shí)例的輸出電壓范圍是20-80V，如果保證次級(jí)Vcc的供電，實(shí)際輸出電壓下限可以更低;輸出電流范圍是0mA-1.5A。

表-1是輸出電流與頻率在不同輸出電壓條件下的數(shù)據(jù)，圖-9是根據(jù)此數(shù)據(jù)畫出的曲線。整個(gè)輸出電壓(20-80V)，輸出電流(0.01-1.5A)范圍內(nèi)，頻率的變化范圍也只有80kHz左右的變化。特別是恒流在最大電流時(shí)，頻率的變化范圍只有幾kHz,恒定電壓在80V調(diào)光時(shí)，頻率范圍是39kHz左右 

在230Vac的輸入條件，80V、1.5A的條件下得到最高的效率93.1%。詳細(xì)數(shù)據(jù)如表-2和圖-10所示。表-3是全電壓范圍下的滿載效率和紋波電流數(shù)據(jù)?？梢钥闯黾y波電流的表現(xiàn)也很優(yōu)秀，峰-峰值小于2.5%，都在70mA以下。

另外,ICL5101的THD和PF性能也很出色，詳細(xì)數(shù)據(jù)分別如圖-11和圖-12所示。100%負(fù)載下，THD可低于5%。甚至在50%負(fù)載及277Vac條件下，THD小于10%，遠(yuǎn)低于EN61000-3-2 class C 要求。

最后是短路電流，實(shí)測值是1.7A，比較接近滿載電流1.5A，這也是LCC比較LLC的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

5. 結(jié)論

LCC拓?fù)淇梢栽谳^窄的頻率變化范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)極寬的輸出電壓及電流調(diào)節(jié)范圍?；谟w凌單芯片集成“PFC+半橋諧振”控制器ICL5101，可以很容易地實(shí)現(xiàn)高效率、低THD和高PF值。集成的控制IC，還可以大幅度簡化電路，減少元器件數(shù)量。并且ICL5101提供了無次級(jí)電流采樣反饋?zhàn)龊懔鞯倪x項(xiàng)，使系統(tǒng)變得更緊湊，該IC所有工作參數(shù)均可通過簡單的外圍電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)可靠的配置設(shè)計(jì)的理想選擇。全面的保護(hù)功能，包括容性模式保護(hù)和可調(diào)節(jié)的外部過熱保護(hù)，加強(qiáng)了故障情況檢測，提高系統(tǒng)的可靠性。