基于一种脉宽调制LED亮度调节的设计方案
相比过去使用的老式、笨重的阴极射线管（crt）显示器，现在的平板数字电视和显示器要薄得多。这些新型平板电视对消费者非常有吸引力，因为它们占用的空间更小。
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。
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。
图2 m（f） 随负载而变化。
不断变化的llc增益曲线（m（f））会在反馈环路中引起电压控制振荡器（vco） 的控制问题。vco一般由一个反馈误差放大器控制（ea（参见图 1））。开关频率随ea输出升高而降低以提高llc增益，并在ea输出下降时增高。理想情况下，在一个llc半桥设计中，m（f） 增益需在其最大开关频率下以最小值开始，同时m（f）随频率降低而上升。
正常工作时的理想m（f）范围为虚线右侧部分（请参见图2）。我们把这一区域称作电感区，这时llc工作在zvs下。虚线左边为电容区，在该区域内主级开关节点上没有zvs.在大信号瞬态期间，ea会驱动vco，要求更低的开关频率，以提高增益。结果是，m（f）增益工作在虚线左边区域，可能达不到理想增益，无法满足控制环路需求。
这时，zvs丢失，并且反馈环路会让llc控制器一直锁闭在该区域内。现在，反馈误差放大器尝试要求更低的开关频率，以提高功率级无法达到的增益，因为转换器可能工作在图2中虚线的右边区域。zvs丢失时，fet qa和qb消耗更多功率，fet会因过热而损坏。为了避免设计中出现这种问题，需要对所有m（f） 曲线进行分析，然后适当地限制最小开关频率（f），以防止转换器（m（f））工作在图2中虚线的左侧区域。
pwm 亮度调节简化设计过程对于要求亮度调节的 llc 谐振半桥 led 驱动器而言，简化设计过程的一种方法是使用一种被称为 pwm 亮度调节的技术。图 3 显示了一个 llc 转换器的功能原理图，它的 llc 控制器便使用了这种 pwm 亮度调节技术。在我们的例子中，我们使用了 ucc25710.
图 3 使用 pwm 亮度调节技术的 llc 半桥 led 驱动器。
这种技术利用一个控制 fet qc 的固定低频信号 （dim），它以逻辑方式添加至qa 和 qb fet 驱动。dim 信号为高电平时，led 背光灯串被控制在某个固定峰值电流 （vrs/rs）。一旦 dim 变为低电平，qa、qb 和 qc 立即关闭。qa、qb 和 qc 关闭后，led 二极管便停止导电，同时输出电容器 （cout）存储能量，以备准时开始下一个 dim 周期。更多详情，请参见图 4 所示波形。
图 4 pwm 亮度调节波形
通过调节 dim 信号的占空比 （d） 实现对平均二极管电流 （id） 的调节，从而控制 led 的亮度。
尽管 llc 谐振半桥从主级到次级为 led 供电，但是负载 （rl） 到llc传输函数 （m（f）） 依然恒定，即使 led 的平均电流随占空比而变化。
使用固定 rl 且给定 lr、cr 和 lm 时，等效反射阻抗 （re） 恒定，q 保持不变。这时仅得到一条 m（f） 曲线，其随频率（请参见图 5）变化，而不受使用变量 rl 的传统 led 亮度调节方法得到的多条曲线（请参见图 2）的影响。在设计中只处理一条 m（f） 曲线，让环路补偿和变压器选择变得更加简单，从而简化设计过程。另外，设置最小开关频率时还需要注意另一条曲线，以确保 zvs 得到维持。这时，最小f设置为单 m（f） 曲线的峰值（请参见图 5）。
图 5 使用 pwm 亮度调节技术驱动 led 的 m（f）
设计一个 led 驱动用 llc 谐振半桥转换器并不容易。传统 llc的dc/dc 增益随负载变化会有较大范围的变化。我们需要对许多条增益曲线进行评估。这让环路补偿和变压器设计/选择变得更加复杂和混乱。要想简化设计过程，把 llc 和 pwm 亮度调节技术组合使用是一种较为理想的选择。这是因为 llc 在供能期间会承受固定负载 （rl），但在亮度调节期间 led 电流会出现变化。结果是，llc 增益变化更小，从而让环路补偿和变压器选择/设计更加简单。
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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。
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。
图2 m（f） 随负载而变化。
不断变化的llc增益曲线（m（f））会在反馈环路中引起电压控制振荡器（vco） 的控制问题。vco一般由一个反馈误差放大器控制（ea（参见图 1））。开关频率随ea输出升高而降低以提高llc增益，并在ea输出下降时增高。理想情况下，在一个llc半桥设计中，m（f） 增益需在其最大开关频率下以最小值开始，同时m（f）随频率降低而上升。
正常工作时的理想m（f）范围为虚线右侧部分（请参见图2）。我们把这一区域称作电感区，这时llc工作在zvs下。虚线左边为电容区，在该区域内主级开关节点上没有zvs.在大信号瞬态期间，ea会驱动vco，要求更低的开关频率，以提高增益。结果是，m（f）增益工作在虚线左边区域，可能达不到理想增益，无法满足控制环路需求。
这时，zvs丢失，并且反馈环路会让llc控制器一直锁闭在该区域内。现在，反馈误差放大器尝试要求更低的开关频率，以提高功率级无法达到的增益，因为转换器可能工作在图2中虚线的右边区域。zvs丢失时，fet qa和qb消耗更多功率，fet会因过热而损坏。为了避免设计中出现这种问题，需要对所有m（f） 曲线进行分析，然后适当地限制最小开关频率（f），以防止转换器（m（f））工作在图2中虚线的左侧区域。
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图 5 使用 pwm 亮度调节技术驱动 led 的 m（f）
设计一个 led 驱动用 llc 谐振半桥转换器并不容易。传统 llc的dc/dc 增益随负载变化会有较大范围的变化。我们需要对许多条增益曲线进行评估。这让环路补偿和变压器设计/选择变得更加复杂和混乱。要想简化设计过程，把 llc 和 pwm 亮度调节技术组合使用是一种较为理想的选择。这是因为 llc 在供能期间会承受固定负载 （rl），但在亮度调节期间 led 电流会出现变化。结果是，llc 增益变化更小，从而让环路补偿和变压器选择/设计更加简单。
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