淺談集中LED路燈電源設計方案[附圖表]

　　LED路燈是LED照明中，很重要的一個應用。在節(jié)能省電的前提下，由于傳統(tǒng)的高壓鈉燈或是鹵素燈，發(fā)光效率遠遠不及高功率LED，LED路燈取代傳統(tǒng)路燈的趨勢越來越明顯。而隨著低耗電LED路燈的崛起，使得太陽能路燈變得更為可行。低耗電的特性，大大降低了電池的成本，解決了偏遠地區(qū)夜間照明的問題。市面上，LED路燈電源的設計，有相當多種，早期的設計，較重視低成本的追求，從簡單的棋盤式連接到只做定電流控制不調(diào)整電壓的設計，一時之間，蔚為主流。而隨著對LED越來越了解。以及眾多IC設計公司的新方案出爐。到近期，共識漸漸形成，高效率及高可靠性的電源設計，才是最重要的。

　　立锜科技近年來發(fā)表了一系列LED照明的驅(qū)動IC。也一直關(guān)注LED路燈的發(fā)展，本文主要是針對幾種不同LED路燈的應用，提出適合的架構(gòu)，并做優(yōu)缺點的分析。讓讀者能依自己公司狀況以及所設計路燈應用范圍的不同，找出最合適的方案。同樣的架構(gòu)，也可用于其他大功率燈具的設計中。

　　1、直接AC輸入，對6串LED分別做定電流控制

　　在以下的幾種方案之中，這一種應該是目前效率最高，電路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler對一次側(cè)做回溯控制，調(diào)整輸出電壓。相較于其他傳統(tǒng)方案，少一次的switchinglose。將CSpin的電壓固定在0。25V，對6串LED分別做定電流控制。IC會偵測各串FB的位置，將電壓最低那串，也就是Vf總和最高的那串，固定在0。5V。此時由于各串LEDVf值總和的不同，Vf差異所引起多余的電壓會落在MOS上面，造成些許損耗。如果是一般對Vf分BIN過后的LED，損耗應該可以控制在2%以內(nèi)。少于一般的switchinglose。若使用LLC架構(gòu)的一次側(cè)，有機會讓整體電源效率接近90%?；诂F(xiàn)階段各LED廠并不傾向提供高功率LEDVf分Bin的服務。所以必需由用戶自行調(diào)整各串LEDVf的總和，造成大量生產(chǎn)時的困擾。目前此方式較適合對效率有極端追求的方案，特別是一些由省電的多寡來定價的項目。

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　　優(yōu)點：效率高，成本低，

　　缺點：AC輸入，一次側(cè)的設計較為復雜，電源效率跟各串Vf的差異有關(guān)。

　　適用于追求高效率的路燈

　　LED路燈是LED照明中，很重要的一個應用。在節(jié)能省電的前提下，由于傳統(tǒng)的高壓鈉燈或是鹵素燈，發(fā)光效率遠遠不及高功率LED，LED路燈取代傳統(tǒng)路燈的趨勢越來越明顯。而隨著低耗電LED路燈的崛起，使得太陽能路燈變得更為可行。低耗電的特性，大大降低了電池的成本，解決了偏遠地區(qū)夜間照明的問題。市面上，LED路燈電源的設計，有相當多種，早期的設計，較重視低成本的追求，從簡單的棋盤式連接到只做定電流控制不調(diào)整電壓的設計，一時之間，蔚為主流。而隨著對LED越來越了解。以及眾多IC設計公司的新方案出爐。到近期，共識漸漸形成，高效率及高可靠性的電源設計，才是最重要的。

　　立锜科技近年來發(fā)表了一系列LED照明的驅(qū)動IC。也一直關(guān)注LED路燈的發(fā)展，本文主要是針對幾種不同LED路燈的應用，提出適合的架構(gòu)，并做優(yōu)缺點的分析。讓讀者能依自己公司狀況以及所設計路燈應用范圍的不同，找出最合適的方案。同樣的架構(gòu)，也可用于其他大功率燈具的設計中。

　　1、直接AC輸入，對6串LED分別做定電流控制

　　在以下的幾種方案之中，這一種應該是目前效率最高，電路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler對一次側(cè)做回溯控制，調(diào)整輸出電壓。相較于其他傳統(tǒng)方案，少一次的switchinglose。將CSpin的電壓固定在0。25V，對6串LED分別做定電流控制。IC會偵測各串FB的位置，將電壓最低那串，也就是Vf總和最高的那串，固定在0。5V。此時由于各串LEDVf值總和的不同，Vf差異所引起多余的電壓會落在MOS上面，造成些許損耗。如果是一般對Vf分BIN過后的LED，損耗應該可以控制在2%以內(nèi)。少于一般的switchinglose。若使用LLC架構(gòu)的一次側(cè)，有機會讓整體電源效率接近90%?；诂F(xiàn)階段各LED廠并不傾向提供高功率LEDVf分Bin的服務。所以必需由用戶自行調(diào)整各串LEDVf的總和，造成大量生產(chǎn)時的困擾。目前此方式較適合對效率有極端追求的方案，特別是一些由省電的多寡來定價的項目。

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　　優(yōu)點：效率高，成本低，

　　缺點：AC輸入，一次側(cè)的設計較為復雜，電源效率跟各串Vf的差異有關(guān)。

　　適用于追求高效率的路燈

　　2、DC或電池輸入，對6串LED分別做定電流控制

　　多串的升壓結(jié)構(gòu)設計，LED驅(qū)動的方式與前一種類似，差別在于由原來的AC輸入，改為經(jīng)由adaptor或是電池輸入。Low-sidesense的設計，只要選擇耐壓夠的MOS，LED可以串到相當多的數(shù)目。相較于前面AC輸入的方案，設計較為簡單。但由于多了一次升壓的switching，效率相對較低升壓結(jié)構(gòu)的設計，在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，效率對輸出電壓或是LED數(shù)目的變化較降壓為小，所以此架構(gòu)的LED配置較為靈活。LED數(shù)目的變化不易導致輸出電流或效率的改變。適合需任意配置LED數(shù)目的應用。

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　　優(yōu)點：設計簡單，電路成本低；

　　缺點：效率較低，且跟Vf相關(guān)；

　　適合需靈活配置LED數(shù)目的多串LED設計。

　　3、單串降壓結(jié)構(gòu)

　　這應該是目前最普遍的方式，設計簡單，效率也高。有些廠商，仍喜歡用單串的設計，優(yōu)點是將來維修容易。而且可以做模塊化設計。不同功率的路燈可以使用相同的燈條，只要更換路燈面板，插上不同數(shù)目的燈條，就可以組合出各種不同功率的路燈。缺點是每一串都需要獨立的電源模塊，成本較高。而降壓的結(jié)構(gòu)，會讓LED的數(shù)目，受限于輸入電壓。

例如60V的adaptor，LED最多串到15，16顆，如果要設計20W的燈條，就需要使用較大電流的LED。此種結(jié)構(gòu)，為了使效率達到最高，要讓輸入電壓盡可能接近輸出電壓。也就是說，必需針對LED的數(shù)目來調(diào)整輸入電壓，或是adaptor的輸出電壓。以10棵LED為例，如果要達到最高效率，就必須把輸入電壓調(diào)到約40V左右。而讓降壓的效率達到96%以上。而如果調(diào)整LED數(shù)目不相對調(diào)整輸入電壓，會對效率造成明顯的影響。

　　參考下圖，可發(fā)現(xiàn)，降壓的效率對輸出入電壓的變化較為明顯，在87%區(qū)域有個穩(wěn)定期。升壓雖然最大值比不上降壓，但整體效率相對穩(wěn)定，在93%區(qū)域有個穩(wěn)定期。

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　　優(yōu)點：降壓結(jié)構(gòu)效率較高，單串設計，配置較為靈活；

　　缺點：電路成本較高，LED串聯(lián)數(shù)目，受限于輸入電壓，要達到最高效率需適當?shù)恼{(diào)整輸入電壓
適合大多數(shù)有固定輸出輸入的路燈。

　　4、單串升壓結(jié)構(gòu)

　　同樣的單串設計，升壓結(jié)構(gòu)的最大效率會較降壓結(jié)構(gòu)稍低，但是LED串聯(lián)的數(shù)目，不再受限于輸入電壓，而是由MOS來決定。所以可以串聯(lián)較多的LED。由于大多數(shù)的太陽能電池，輸出電壓都不高，因此太陽能路燈，較適合使用升壓結(jié)構(gòu)。而選用電流模式的定電流IC，可以讓輸出電流較不受輸入電壓變化的影響，在電池滿載以及快沒電時，都能讓路燈維持相同的亮度。

　　采用此種方式的設計，一樣的單串結(jié)構(gòu)，但對LED數(shù)目的配置卻更為靈活。不需要改動任何零件，不只能串更多顆LED。LED數(shù)目的變化對效率以及電流大小的變動也較小。應該是本文介紹所有方式里，對LED的配置，，最為靈活的一種。

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