LED驅動(dòng)電源電路設計的幾個(gè)大問(wèn)題

LED照明驅動(dòng)電源電路設計技術(shù)應用

LED 的排列方式及LED 光源的規范決定著(zhù)基本的驅動(dòng)器要求。LED驅動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過(guò)LED的電流，而無(wú)論輸入及輸出電壓如何變化。最常用的是采用變壓器來(lái)進(jìn)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(dòng)器通用要求

驅動(dòng)LED 面臨著(zhù)不少挑戰，如正向電壓會(huì )隨著(zhù)溫度、電流的變化而變化，而不同個(gè)體、不同批次、不同供應商的LED 正向電壓也會(huì )有差異;另外，LED 的“色點(diǎn)”也會(huì )隨著(zhù)電流及溫度的變化而漂移。

另外，應用中通常會(huì )使用多顆LED，這就涉及到多顆LED 的排列方式問(wèn)題。各種排列方式中，首選驅動(dòng)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(hù)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(gè)LED 因故障開(kāi)路，電路中僅有1個(gè)LED 的驅動(dòng)電流會(huì )加倍，從而盡量減少對整個(gè)電路的影響。

常見(jiàn)的LED排列方式

LED 的排列方式及LED 光源的規范決定著(zhù)基本的驅動(dòng)器要求。LED 驅動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過(guò)LED 的電流，而無(wú)論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動(dòng)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(xiàn)路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒(méi)有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來(lái)電氣隔離，而“非隔離”則沒(méi)有采用高頻變壓器來(lái)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(dòng)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(jiǎn)化安裝等;

2)分布式(distributed)配置，即兩者單獨存在，這種配置簡(jiǎn)化安全考慮，并增加靈活性。 LED 驅動(dòng)器根據不同的應用要求，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?chē)栏裣薅娏?也可能會(huì )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(lái)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(dòng)

功能要求：調光要求、調光方式(模擬、數字或多級)、照明控制

其他要求：能效、功率因數、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(dòng)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(kāi)關(guān)(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用于執行各自功能，而脈寬調制(PWM)穩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，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(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，且多數隔離型 LED 驅動(dòng)器基本上采用“電子”變壓器。

常見(jiàn)的隔離型拓撲結構

采用 DC-DC 電源的LED 照明應用中，可以采用的LED 驅動(dòng)方式有電阻型、線(xiàn)性穩壓器及開(kāi)關(guān)穩壓器等，基本的應用示意圖參見(jiàn)電阻型驅動(dòng)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(dòng)方式易于設計、成本低，且沒(méi)有電磁兼容(EMC)問(wèn)題，劣勢是依賴(lài)于電壓、需要篩選(binning)LED，且能效較低。

常見(jiàn)的DC-DC LED驅動(dòng)方式

線(xiàn)性穩壓器同樣易于設計且沒(méi)有EMC 問(wèn)題，還支持電流穩流及過(guò)流保護(fold back)，且提供外部電流設定點(diǎn)，不足在于功率耗散問(wèn)題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開(kāi)關(guān)穩壓器通過(guò)PWM 控制模塊不斷控制開(kāi)關(guān)(FET)的開(kāi)和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。