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LED驱动简化设计要点解析

导读: 利用这种拓扑结构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。

  为了帮助满足消费者需求并使这类数字设备变得更薄,一些厂商转向使用LLC 谐振半桥转换器来为这些设备的发光二极管(LED)背光提供驱动。这是因为,利用这种拓扑结构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化而出现明显变化。但是,这样会使在LED驱动器中建立LLC控制器和补偿电流环路变得更加复杂。为了简化这一设计过程,本文将讨论一种被称作脉宽调制(PWM)LED亮度调节的设计方法,其允许LED负载随亮度调节变化的同时让dc/dc传输函数保持恒定。

  研究传输函数(M(f))的LLC谐振半桥dc/dc

  LLC谐振半桥控制器dc/dc(请参见图 1)是一种脉冲频率调制(PFM)控制拓扑。半桥FET(QA和QB)异相驱动180,并利用一个电压控制振荡器(VCO)调节/控制频率。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)和谐振电容器(Cr)进行调节。仅有LM中形成的电压通过变压器匝数比(a1)反射至次级线圈。

LED驱动简化设计要点解析

图1 LLC 谐振半桥/控制器

  我们可以标准化和简化一次谐波近似法传输函数 M(f) 的使用。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)。尽管只是一种近似值方法,但在理解M(f)如何随输入电压、负载和开关频率变化而变化时,该简化方程式还是非常有用的。

  调节dc电流以调节LED亮度LLC谐振LED驱动器中实现LED亮度调节的一种方法是调节通过LED的dc电流。这样做存在一个问题:DC电流变化后,LLC的输出阻抗也随之改变。如果考虑不周,则这种变化会带来M(f)变化,从而使LED驱动器设计变得更加复杂。

  负载变化带来的问题设计一个半桥转换器并不是一件容易的事情。设计人员要根据ZVS要求选择磁化电感(LM)。他们还要调节a1、Cr和Lr,以获得理想的M(f)和频率工作范围。但是,M(f)会随Q变化而改变,而Q又会随着输出负载(RL)变化而变化。详情请参见图2.

  谐振LLC半桥LED的M(f) 变化会使电压环路补偿和变压器选择变得更加困难、复杂和混乱,因为在设计过程中需要考虑的各种变化实在太多了。

LED驱动简化设计要点解析

图2 M(f) 随负载而变化

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