Current balancing circuit design for parallel LED strings in dual-transformer LLC resonant topology

Abstract

New display technologies require small form factor designs with more backlight power. When multiple transformers drive parallel-connected LED strings, the difference in transformer leakage inductance and LED string voltage creates a backlight current imbalance. This current imbalance causes the following problems, - The low-voltage string draws more current. - High current causes hot spots on the backlight and a shorter lifespan. This issue is seen as an unevenly distributed backlight on the customer side. In this study, a cost-efficient balancing circuit for eight parallel-connected LED strings is simulated and developed utilizing two transformers in the half-bridge LLC resonant topology while providing the power in a comparatively slim design. The current imbalance for the 145W backlight power was 57.58% when there was an 8% change in leakage inductance between the transformers and a 10% change in LED string voltages. When the back cover was removed, the difference in temperature between the LED strings was recorded at room temperature as 31.8℃. The current imbalance between the LED strings is decreased to 9.99% when the current balancing components are connected to the circuit. When there is no difference between the LED string voltages, the maximum current imbalance is 2.59%. The cost of the proposed method is almost three times less than the conventional method, and for the same backlight power, it is 5.6% more efficient.Yeni ekran teknolojileri, daha fazla arka ışık gücüne sahip ve küçük form faktörlü tasarımlar gerektirmektedir. Paralel bağlı LED dizileri birden fazla transformatör tarafından sürüldüğünde, transformatörler arasındaki kaçak endüktans ve LED dizileri arasındaki tolerans kaynaklı voltaj farkı, arka ışıkta diziler arasında akım dengesizliği yaratır. Bu akım dengesizliği aşağıdaki sorunlara neden olur. -Düşük voltajlı LED dizisi daha fazla akım çeker. -Yüksek akım arka aydınlatma üzerinde sıcak noktalar oluşturur ve ürünün ömrü kısalır. Bu sorun, son kullanıcı düzeyinde arka ışıkta parlaklık farkı (dalgalanma) olarak kendini göstermektedir. Bu çalışmada, LLC yarım köprü rezonans topolojisinde iki transformatör kullanılarak sekiz paralel bağlı LED dizisi uygun maliyetli bir akım dengeleme devresi ile simüle edilmiş ve %0.9288 verimde çalışan nispeten ince bir tasarımda gerçeklenmiştir. 145W arka ışık gücü için, trafo kaçak endüktansında %8 ve LED dizi voltajları arasında tolerans kaynaklı %10 fark olduğunda LED dizilerinde ölçülen akım sapması %57.58 idi. Bu durumda LED dizileri arasındaki sıcaklık farkı, TV arka kapağı açıkken oda sıcaklığında 31.8℃ olarak ölçülmüştür. Akım dengeleme devresi ile LED akımları farkı %9.99'a düşürülmüştür. Dizi gerilimleri aynı olduğunda akımdaki maksimum sapma %2,59 olarak ölçülmektedir. Sunulan method aynı arka ışık gücü için klasik arka ışık aydınlatma yöntemine göre maliyet olarak yaklaşık üç kat daha avantajlıdır ve %5,6 daha verimlidir.