4.前文提及LLC操作区域多落于增益曲线Fr的左半平面,故可由增益下限推导圈数比如公式4。
……公式4
将公式1代入公式3可得公式5。
……公式5
加上公式6:
……公式6
从公式5与公式6所组成的联立方程式,可解得LR、CR,LM则为K倍LR。
以下参考设计的实验参数与系统规格如表1,其中FP为初级等效电感与CR的共振频率。增益操作曲线如图6,其中轻载曲线Io.min几乎为重叠,而开路状态(Rac无穷大)的增益曲线亦接近于低调光电流Io.min的曲线,故可视为近似。本实验LLC转换器搭配之前级PFC为边界导通模式之升压型转换器。
图6 增益设计曲线图
实测LED输出电压与调光电流上下限之谐振电流波形,切换频率皆介于Fr与Fp之间。图7为高压输出满载与最低调光之初级电流波形,波形所见于于平坦处有些微振铃现象,此为变压器之并联杂散电容与激磁电感谐振所致,发生于次级电流截止期间,但不影响电路性能。图8为高压输出满载与最低调光的LLC电流波形。图9为输出开路时的稳态电流波形,开路电压设定于90V。
图7 高压输出之初级谐振电流波形
图8 低压输出之初级谐振电流波形
图9 输出开路之初级谐振电流波形
掌握LLC特性LED驱动器高效又安全
虽然将LLC应用于LED驱动器具有成本与效率上的优势,但为了确保系统的可靠度,设计人员仍须避免让PWMIC在电容区操作。本实验采用ICL5101作为PFC与LLC控制晶片,该晶片透过LLC电流侦测电阻判断电流方向,可准确判断转换器是否在电容区操作。
有关于LLC上下臂开关操作方面,为避免MOSFET杂散电容的误差造成原先设定的死区时间(Dead Time)不足,设计人员可侦测MOSFET汲源级电压时序,做为闸级开关导通的依据,可避免开关同时导通的情形发生而烧毁元件。
LLC应用于需要宽范围输出电压的LED,比三级架构更具有效率与成本竞争优势。LLC宽范围输出电压的设计考量与方向,亦涵盖安定器系统可靠度与相关应用之层面,例如电容区操作之避免、防止上下臂同时导通以及透过简易外部元件之设计实现快速点亮性能。
|