今天打算犧牲350元人民幣，開(kāi)始準備為大家拆解一款臺灣明緯的150W LED驅動(dòng)電源，主要目的是讓大家一起探討一下大功率LED驅動(dòng)電源以及LLC電源的原理與設計。

該電源技術(shù)參數如下：輸入：AC100-260V，47~63Hz，PF〉0.95@220V，full load；輸出：DC43-53V可調，1.9-3.2A可調，最高效率大于0.93，IP65 ，已過(guò)CE認證等。

該電源很結實(shí)，花了一天時(shí)間，總算把灌封膠拆開(kāi)，用的是灰黑色軟性電子硅膠，灌滿(mǎn)外殼容積的90%，有經(jīng)抽真空處理，完全灌滿(mǎn)整個(gè)電路板無(wú)氣泡，拓撲結構是PFC+LLC結構。先上一張圖。
PFC部分使用安森美的NCP1608控制芯片，LLC部分使用集成變壓器設計，控制部分使用ST的L6599，恒流恒壓部分使用LM224運放設計。 [page]
附件是電參量測試報告，使用的儀器是：電子負載：艾德克斯IT8700系列，AC source：遠方TPS-500B，功率計：遠方PF9811 。
這個(gè)電源規格書(shū)標的效率最高可達0.94，實(shí)際上測出來(lái)只有0.93，因為測試方法和儀器誤差問(wèn)題，不好說(shuō)有沒(méi)有虛標效率。關(guān)于效率問(wèn)題，不用糾結太多，別人做得好的地方應該要接納，不能一味的否定。我手頭還有一個(gè)茂瑣的150w電源，標稱(chēng)效率最大0.92，工作時(shí)外殼很燙手，實(shí)測效率最大只有0.88。

LLC的mos管使用st的13NM60N，TO-220 塑封。 [page]
PCB尺寸為：187*61*27mm，PFC電感用的是PQ2620磁芯，LLC變壓器磁芯可能是明緯自己開(kāi)的模，兩塊磁芯并在一起尺寸是41*33*14mm（長(cháng)寬高），雙槽骨架，這個(gè)比ER和ETD的磁芯更適合做LLC變壓器。
接下來(lái)跟大家討論一下開(kāi)關(guān)電源PCB元件布局問(wèn)題，好的布局應該有利于散熱，有利于EMC，有利于生產(chǎn)，有利于穩定性。布局需要注意的事項有很多方面，但有時(shí)候需要綜合考慮和折中考慮，不可能面面俱到。
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PCB布局需要注意的有以下方面：

1：流過(guò)大電流的電解電容需要并聯(lián)使用是，應該盡量使用相同規格電容，要相互靠近，不宜分開(kāi)。并聯(lián)的電容需要均流，所以要保持相同的阻抗，不同電容阻抗不一樣，總阻抗還跟pcb走線(xiàn)長(cháng)度，溫度環(huán)境相關(guān)，分開(kāi)使用后很難保證這兩方面參數保持一致。

2：電解電容和薄膜電容（包括安規電容）等溫度特性不怎么好，持續高溫情況下會(huì )影響穩定性跟壽命，這類(lèi)電容自身一般不怎么發(fā)熱，但是如果貼近或靠近發(fā)熱量大的元件，如功率電感，變壓器，功率MOS，橋堆，功率二極管，大功率電阻等將嚴重影響穩定性和壽命。

3：大功率電阻有條件的話(huà)最好豎起來(lái)放增加空氣對流，如要橫放，千萬(wàn)不要讓電阻管體貼著(zhù)pcb，這樣會(huì )影響電阻散熱還可能會(huì )烤黃pcb板材。

4：可調電阻等微調元件不要貼近或靠近發(fā)熱量大的元件（如功率變壓器），一方面因為溫度會(huì )電阻的阻值和壽命，進(jìn)而影響可調電路部分精確度，另一方面可調電阻等一般帶有機械部分和塑料部分，這些都是不能耐高溫的，容易老化損害。

5：工作在低溫場(chǎng)合的pcb，特別是面積比較大的時(shí)候，必須要在板材無(wú)各處盡量均勻的打洞和割槽，不然經(jīng)過(guò)強烈熱脹冷縮之后，pcb會(huì )變形甚至銅箔翹起。

6：光耦和控制IC不宜放在變壓器磁芯結合處切線(xiàn)正下方（臥式變壓器尤為嚴重），因為這個(gè)地方散磁通和漏磁通很大，影響到光耦所在的反饋回路，容易使電源不穩定。

7：貼片電容很容易在生產(chǎn)過(guò)程中被壓壞，所以pcb的貼片面盡量貼一下比最高貼片電容要高一點(diǎn)的貼片元件，這是為了保護貼片電容。

8：插件面盡量讓散熱器高度略高于最高的電解電容和磁性元件，并使pcb插件面朝下，貼片面朝上的方式擺放時(shí)保持平衡，這樣有利于在生產(chǎn)中保護磁芯不被碰裂，電解電容不被擠扁，并有利于調試和維修焊接。

9：保修管也有壽命，溫度越高，內部金屬絲蒸發(fā)越快，壽命越短，所以保險管也不應靠近發(fā)熱量大的元件上，盡量避免用低端的玻璃保險管，如果要用，必須用熱縮管套住管體。

10：相近的兩個(gè)磁性元件應該讓磁路方向相互垂直的方向放置。

明緯這個(gè)板子在以上10個(gè)方面都基本注意得很好，除了pfc部分的cbb電容靠近橋堆的散熱器這一點(diǎn)沒(méi)做到。
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這個(gè)PFC部分的電路如下：實(shí)測輸入從75~270VAC能正常工作，輸出430V，mos管工作頻率為60Khz@100V，140KHz@220V ,附件給出的PFC的拓撲部分電路。
控制部分可以參考NCP1608 規格書(shū)。

首先來(lái)跟大家探討一下輸出電壓為什么取430V而不是400V。

原因一：對提高LLC拓撲效率來(lái)說(shuō)，希望輸入電壓高一點(diǎn)。
原因二：PFC輸出電壓越高，開(kāi)關(guān)頻率的變化范圍將縮小，有利于EMC控制，有利于選擇更高的最小開(kāi)關(guān)頻率，提高功率密度。

為什么開(kāi)關(guān)頻率的變化范圍將縮小，由CrM-PFC開(kāi)關(guān)頻率的公式就可以知道。


但是當電壓取430V的時(shí)候有個(gè)問(wèn)題需要嚴重考慮，就是輸出電壓峰值會(huì )不會(huì )超過(guò)450V的電解電容的額定電壓的問(wèn)題。

明緯的解決方案是：1，使用有PFC輸出過(guò)壓保護的控制芯片（可參考NCP1608 datasheet)；2，然后就是使用品質(zhì)很好的電容品牌（黑金剛），大品牌的產(chǎn)品在額定電壓上一般留有5-10%以上的余量，450V額定電壓的電容最高可工作到475-500V之間。3。加快環(huán)路響應時(shí)間（后面會(huì )在這個(gè)話(huà)題上展開(kāi)），減少過(guò)沖和下沖。

上面發(fā)的PFC拓撲部分的電路圖中，功率mos管的驅動(dòng)電路使用了PNP加速關(guān)斷電路。  [page]
好處主要有：
1，加快功率mos關(guān)斷速度，從而減少mos跨越線(xiàn)性區的時(shí)間，減少關(guān)斷損耗；
2，具有單獨的地回路，減少I(mǎi)C所在地平面的擾動(dòng)；
3，增加漏極的dv/di耐受能力。

缺點(diǎn)有：
1，增加成本；
2，更大的dv/dt和di/dt，更嚴重的EMC問(wèn)題；
3，關(guān)斷的時(shí)候電壓不能到零，會(huì )有一個(gè)PN結壓降。

需要折中考慮的問(wèn)題：mos開(kāi)關(guān)損耗與EMC問(wèn)題。mos開(kāi)關(guān)的速度越快，損耗越小，但EMC問(wèn)題越嚴重。通常驅動(dòng)回路阻抗大小都控制在幾個(gè)歐姆到幾十歐姆之間。再看MW這個(gè)電路，開(kāi)啟阻抗10來(lái)歐姆，關(guān)斷幾個(gè)歐姆。由此看來(lái)折中點(diǎn)相當偏向于小的損耗方面，意味著(zhù)需要更多的EMC成本投入。

還有一個(gè)問(wèn)題想跟大家討論一下：為什么很多的MOS管驅動(dòng)電路中多注重關(guān)閉電路少注重開(kāi)啟電路呢，為什么不把開(kāi)啟和關(guān)閉的阻抗設計成一樣呢？這樣一來(lái)，只需一個(gè)驅動(dòng)電阻就能任意調節開(kāi)關(guān)時(shí)間了？

我個(gè)人覺(jué)得：1。開(kāi)啟電路部分受限于IC驅動(dòng)的能力；2。開(kāi)啟瞬間更容易引起回路振蕩，為了衰減振蕩，限制了選取更小的驅動(dòng)電阻；3。開(kāi)啟電路無(wú)法獨立于IC的地平面，過(guò)小的驅動(dòng)電阻，會(huì )是ic所在的地平面擾動(dòng)加大。4。mos管Coss電容和漏極寄生電感存在，使得漏極電流Id，不能很快得跟上驅動(dòng)信號。

把大家關(guān)注的LLC變壓器和諧振電容參數貼出來(lái)。

諧振電容：1000V39nF
集成變壓器：Lp：1450uH，Llk=（207+186）/2 uH，副邊采用全波整流，
匝數比：n=4.67

其中漏感是通過(guò)短路其中一副邊主輸出繞組測出，兩個(gè)副邊主輸出繞組對應的漏感不太對稱(chēng)。

可能有網(wǎng)友認為，測量LLC集成變壓器的漏感的方法應該是短路所有副邊繞組來(lái)測量。國內外很多文獻當中也對這個(gè)問(wèn)題的解釋不是很清晰。我個(gè)人認為從LLC工作狀態(tài)來(lái)分析，短路其中一副邊測出來(lái)的值接近實(shí)際情況。

LLC的Q值與k值都有討論過(guò)了，接下來(lái)想跟大家探討一下輸出端使用全波整流時(shí)，兩二極管電流不對稱(chēng)問(wèn)題。

輸出二極管的兩路整流電流很少看到非常對稱(chēng)的，導致此問(wèn)題的原因是兩路所對應的參數存在差異性導致的，如Mos的驅動(dòng)不對稱(chēng)，兩路整流所對應的變壓器初級漏感不一致，兩路回路阻抗不一致等等，其中影響最大的可能是Mos驅動(dòng)脈沖不一致，而這個(gè)往往是由控制芯片決定而不容易調節的。還有一個(gè)容易忽視的原因是溫度，溫度具有兩面性，有利于二極管均流的一面，也有導致其他參數惡化從而影響均流的一面。
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上傳幾張測試波形圖，黃色波形為橋臂中點(diǎn)電位，藍色波形為諧振回路電流。三種圖分別是工作在三個(gè)不同工作區的波形。
工作頻率和輸出電壓的關(guān)系如下：
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