1.总体方案设计

本案例的功率等级较大，综合性能要求较高，如果采用常规的单路大功率恒流驱动电路，则输出电压、电流较大，相应电路较复杂，元器件要求较高，工作可靠性差。因此本案例总体方案设计为集散式分级结构，如图8-10所示，其中前级为单路大功率AC/DC恒压电路，并集中解决隔离、PFC、EMI等问题；后级为多路非隔离DC/DC恒流驱动电路，每路只负责DC/DC转换及恒流控制，功率等级也较小，可灵活组配。为此，将光源设计为4路独立驱动，每路为15串2并阵列，因此每路LED需要的额定供电电压为51V，输出电流为0.7A。

图8-10 基于集散式分级结构的大功率AC/DC驱动电源方案

2.前级AC/DC恒压电路

根据总体方案，可进一步确定前级AC/DC恒压电路的设计参数为，输入交流电压最小值U_ACMIN=90V，最大值U_ACMAX=265V，额定值U_AC=220V，交流频率f_AC=50Hz，输出直流电压U_O=56V，输出功率P_O=200W。

半桥拓扑结构具有输出功率大、结构简单、高效率及输入输出隔离等特点，同时考虑采用谐振电路以实现软开关技术，减少电路的开关损耗，提高转换效率，所以主电路拓扑选取半桥LLC谐振电路结构。

图8-11 前级AC/DC半桥LLC恒压电路原理图

前级AC/DC恒压电路原理如图8-11所示。输入宽电压范围市电经EMI模块、整流桥、输入滤波模块后，进入PFC模块。PFC模块采用有源功率因数校正以满足功率因数0.95的要求，并为LLC变换器提供400V稳压。模块主电路为由MOS管Q₁、二极管VD₁、电感L₂组成的Boost电路，并由PFC控制芯片IC1及其外围电路控制。PFC控制芯片选用飞兆半导体的FAN7930，该模块工作在临界导通模式（CRM），整合了所有PFC需要的功能，还提供了一个PFC就绪信号控制LLC模块的Vcc，确保LLC控制器在足够的Vin条件下工作。(www.daowen.com)

PFC模块后接LLC谐振变换器模块，主要完成输入400V恒压到输出直流56V恒压的转换。该模块主要由LLC控制芯片IC2内部集成的2个半桥MOSFET、谐振电容C₁₀、变压器T1（含谐振电感）、输出二极管VD₄、VD₅、输出滤波电容C₁₅、C₁₆、C17组成半桥LLC谐振器，并由IC2及其外围电路控制。恒压控制芯片IC2采用飞兆半导体的LLC控制器FSFR2100，它是为高效率半桥谐振变换器设计的高度集成的驱动芯片，内部集成了两个具有快速恢复二极管的功率MOSFET以组成半桥电路，芯片VDL引脚、VCTR引脚分别在内部接高侧MOSFET的漏极、源极，VCTR引脚、电源地PGND引脚分别内部接低侧MOSFET的漏极、源极，FSFR2100以50%的占空比互补驱动高侧和低侧MOSFET，两个MOSFET之间的切换引入350ns的固定死区时间，防止两个MOSFET同时导通。芯片还有精确的电流控制振荡器、频率限制电路，可以实现软启动，并内置保护功能。MOSFET的快速恢复体二极管提高了异常操作下的可靠性，同时减少了反向恢复的影响。使用零电压开关（ZVS）技术，显著降低了开关损耗，同时降低了开关噪声，减小了EMI滤波器的体积。

LLC谐振器的恒压控制原理为，LLC谐振器在其最大、最小开关频率范围内，其电压增益与工作开关频率近似成反比，因此该模块将输出电压、电流采样，并经比较器IC3与基准值进行比较，然后通过光耦隔离后反馈回控制芯片IC2，根据偏差值调节开关频率，从而调节电压增益，使输出电压恒定。

本方案中各芯片的供电电压由辅助电源提供，辅助电源电路输入端为DC-Buck。

3.后级DC/DC恒流驱动电路

根据总体方案可进一步确定后级DC/DC恒流电路的设计参数为，输入直流电压U_IN=56V，考虑LED负载与负载电流采样电阻串联，因此额定输出电压为LED负载电压加采样电阻典型电压0.2V，故U_O=51.2V，输出电流I_O=0.7A。

后级采用4路小功率非隔离恒流电路，每路主拓扑采用Buck电路，控制芯片采用美国国家半导体公司的LM3404/HV（芯片工作原理可参见6.7.4节），内置MOSFET，该MOSFET在PWM脉宽调制信号控制下进行高频通断，电路根据采样电阻检测到的输出电流调节PWM占空比，使LED阵列的输出电流恒定为700mA。后级DC/DC恒流驱动电路如图8-12所示。图中输入电容C_IN、芯片内部接在VIN引脚与SW引脚之间的MOSFET、电感L₁、续流二极管VD₁组成Buck电路，C_OUT为输出滤波电容，电阻R_ISNS用于LED电流采样，R_ON用于设置Buck开关频率，C_B和C_F分别为芯片的自举电容和线性变换器滤波电容。

图8-12 后级DC/DC恒流驱动电路