采用LCC拓撲實現寬輸出范圍LED驅動電源

　　近年來，LED光源要求LED驅動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%)，以實現更寬的調光范圍。為了提高LED驅動電源的通用性，要求使用同一個驅動電源支持不同的LED光源。同時要求線路簡單，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拓撲很好的實現了以上目標，它的高集成度可減少外部元件數量，非常合適結合LCC高性能的優勢。實現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%，同時電路簡單，成本低。由于LCC的特性，它也可以實現無次級電流反饋恒流。

　　LLC與LCC拓撲的輸出范圍

　　為了應對輸出燈珠數和驅動電流的多樣性，減少LED驅動電源的項目數目，需要盡可能的提高驅動電源的通用性，對輸出電壓電流范圍就要求比較寬。

　　目前大功率恒流LED驅動電源的設計，比較常見的軟開關拓撲是LLC，它的輸出V-I特性如圖-1所示。從圖中可見，LLC拓撲的輸出電壓、電流范圍下限都比較高。隨著用戶對調光要求的越來越高，LLC拓撲的這種輸出特性的局限性也越來越明顯。如果輸出直接恒流，LLC拓撲在恒流時的電壓不能夠達到很低，即對燈珠個數的適應性有較大局限性;當需要對電壓相對固定的特定燈串時進行調光的時候，調光電流在相對較窄的頻率范圍內不能達到比較低范圍。如果需要做到深的調光深度，往往需要間歇工作以達到小的平均電流，甚至采用額外一級DC/DC電流來實現，產生額外的紋波電流或增加系統成本及降低效率。

　　一種更有優勢的拓撲LCC被提出，在相對較窄的頻率范圍內，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。降低后將會達到圖-2所示的范圍，輸出電壓和電流的下限幾乎可以到達零，極大的提高了驅動電源的適應性。

　　LLC與LCC拓撲和一些輸出特性

　　圖-3和圖-5分別是LLC和LCC的拓撲圖，LCC拓撲相對LLC只是將于負載并聯的電感換成電容，最后是由一個電感，一個串聯的電容，一個與負載并聯的電容構成。

　　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載電阻條件。

　　兩圖中虛線是恒流軌跡線，當負載電阻變化時，工作頻率需要做相應的變化使得電流保持穩定不變，從圖-4中可以看出，采用LLC拓撲實現恒流輸出時，不同負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拓撲實現恒流輸出時，不同負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拓撲實現恒流時，頻率隨負載變化的范圍比LLC的要小很多。

　　同樣可以做類似分析，當固定輸出電壓時做調光應用，LCC同樣可以比LLC實現更小的頻率變化范圍，而且電流調節深度更深。

　　另外輸出短路的性能對驅動電源來說也是一個非常重要的指標，對LLC拓撲來說，負載電阻減小至短路時，由于其與Lm并聯，諧振腔阻抗的感性部分將會減弱，容性將會增強而容易進入容性區，導致開關管容易出現硬開關(在最低工作頻率小于諧振頻率時)。而對LCC拓撲來說，負載電阻減小至短路時，由于其與Cp并聯，諧振腔阻抗的容性部分將會減弱，感性將會增強，電路仍然工作在安全的感性區。LCC的最小工作頻率會設計大于(甚至遠大于)串聯電感和串聯電容的諧振頻率以保證電路工作在感性區實現ZVS，輸出短路的時候，頻率會減小，但會被限制在最小工作頻率。通過合理地設計諧振腔，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，存在著某一個頻率點，這個頻率是諧振電感與兩個電容都是串聯時的諧振頻率，不同負載電阻變化時，電流會匯聚在一個固定點。說明如果電路工作在這個頻率時，輸出電流無需電流采樣作為反饋而自然實現恒流。利用這個特點，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"的拓撲競爭，使其有競爭力的功率應用范圍變得更廣，小到30W，大到300W。