照明用LED驅動電源設計需要考慮的因素

LED的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅動器要求。LED 驅動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED 的電流， 而無論輸入及輸出電壓如何變化。最常用的是采用變壓器來進行電氣隔離。文中論述了LED 照明設計需要考慮的因素。

一、LED驅動器通用要求

驅動LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個體、不同批次、不同供應商的LED 正向電壓也會有差異；另外，LED 的“色點”也會隨著電流及溫度的變化而漂移。

另外，應用中通常會使用多顆LED，這就涉及到多顆LED 的排列方式問題。各種排列方式中， 首選驅動串聯(lián)的單串LED， 因為這種方式不論正向電壓如何變化、 輸出電壓(Vout)如何“漂移”，均提供極佳的電流匹配性能。

當然，用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向電壓的應用，并獲得其它優(yōu)勢。如在交叉連接中，如果其中某個LED 因故障開路，電路中僅有1 個LED 的驅動電流會加倍，從而盡量減少對整個電路的影響。

LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅動器要求。LED 驅動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED 的電流， 而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動器基本的工作電路示意圖如圖2 所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。

值得一提的是，在LED 照明設計中，AC-DC 電源轉換與恒流驅動這兩部分電路可以采用不同配置：

1)整體式(integral)配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內，這種配置的優(yōu)勢包括優(yōu)化能效及簡化安裝等；

2)分布式(distributed)配置，即兩者單獨存在，這種配置簡化安全考慮，并增加靈活性。

LED 驅動器根據(jù)不同的應用要求，可以采用恒定電壓(CV)輸出工作，即輸出為一定電流范圍下鉗位的電壓；也可以采用恒定電流(CC)輸出工作，輸出的設計能嚴格限定電流；也可能會采用恒流恒壓(CCCV)輸出工作，即提供恒定輸出功率，故作為負載的 LED 的正向電壓確定其電流。

總的來看，LED 照明設計需要考慮以下幾方面的因素：

輸出功率：涉及LED 正向電壓范圍、電流及LED 排列方式等

電源：AC-DC 電源、DC-DC 電源、直接采用AC 電源驅動

功能要求：調光要求、調光方式(模擬、數(shù)字或多級)、照明控制

其他要求：能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理(保護特性)、要遵從的標準及可靠性等

更多考慮因素：機械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等

二、LED 驅動電源的拓撲結構

采用AC-DC 電源的LED 照明應用中，電源轉換的構建模塊包括二極管、開關(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用于執(zhí)行各自功能，而脈寬調制(PWM)穩(wěn)壓器用于控制電源轉換。

電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC 電源轉換包含反激、正激及半橋等拓撲結構，參見圖3，其中反激拓撲結構是功率小于30 W 的中低功率應用的標準選擇，而半橋結構則最適合于提供更高能效/功率密度。就隔離結構中的變壓器而言，其尺寸的大小與開關頻率有關，且多數(shù)隔離型 LED 驅動器基本上采用“電子”變壓器。

采用 DC-DC 電源的LED 照明應用中，可以采用的LED 驅動方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開關穩(wěn)壓器等，基本的應用示意圖參見圖 4。電阻型驅動方式中，調整與LED 串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED 的正向電流，這種驅動方式易于設計、成本低，且沒有電磁兼容(EMC)問題，劣勢是依賴于電壓、需要篩選(binning) LED，且能效較低。

線性穩(wěn)壓器同樣易于設計且沒有EMC 問題，還支持電流穩(wěn)流及過流保護(fold back)，且提供外部電流設定點，不足在于功率耗散問題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開關穩(wěn)壓器通過PWM 控制模塊不斷控制開關(FET)的開和關，進而控制電流的流動。