LED驅動(dòng)特點(diǎn)及未來(lái)發(fā)展有感

凱恩斯主義著(zhù)名的“消費不足危機論”大大促進(jìn)了全球范圍內的經(jīng)濟發(fā)展，然而也造成了資源消耗的呈級數增長(cháng)，持續性發(fā)展漸漸難以為繼，綠色環(huán)保理念開(kāi)始深入人心。LED固態(tài)光源照明、太陽(yáng)能發(fā)電等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成為各國爭相發(fā)展的“弄潮兒”。1962年，紅光的半導體化合物GaAsP器件在美國GE、Monsanto、IBM的聯(lián)合實(shí)驗室研發(fā)成功，標志著(zhù)LED技術(shù)的誕生。從小小的發(fā)光體開(kāi)始，LED照明經(jīng)過(guò)六十年的發(fā)展，逐漸進(jìn)化為將要一統“照明”領(lǐng)域天下的“霸主”，然而，“陽(yáng)光普照”的LED照明世界仍然存在著(zhù)“一朵”小小的烏云LED驅動(dòng)。

　　要想了解LED驅動(dòng)，首先要看看LED燈的組成，典型的LED射燈由LED光源、鋁基板、LED驅動(dòng)/電源、透鏡、散熱器/熱沉、燈頭等組成，如圖1所示[1]。LED光源當然是整個(gè)燈具的中心，然而LED驅動(dòng)也發(fā)揮著(zhù)非同小可的作用。如果把LED燈看做機體，驅動(dòng)可以比為它的“心臟”，提供必需的“血液”和“營(yíng)養”。

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　　一、前世篇直流開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)

　　LED驅動(dòng)或LED電源本身是開(kāi)關(guān)電源的一種應用類(lèi)型，開(kāi)關(guān)電源可稱(chēng)之為L(cháng)ED驅動(dòng)的“前世”。開(kāi)關(guān)電源的一般定義為：利用現代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調制(PWM)控制IC和MOSFET構成。開(kāi)關(guān)電源與另一類(lèi)電源線(xiàn)性電源相比，具有小型、輕量和高效率的特點(diǎn)?，F代開(kāi)關(guān)電源有兩種：一種是直流開(kāi)關(guān)電源;另一種是交流開(kāi)關(guān)電源。直流開(kāi)關(guān)電源將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源(粗電)，如市電電源或蓄電池電源，轉換成滿(mǎn)足設備要求的質(zhì)量較高的直流電壓(精電)。直流開(kāi)關(guān)電源的核心是DC/DC轉換器。

　　直流DC/DC轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是有隔離的稱(chēng)為隔離式DC/DC轉換器;另一類(lèi)是沒(méi)有隔離的稱(chēng)為非隔離式DC/DC轉換器。隔離式DC/DC轉換器也可以按有源功率器件的個(gè)數來(lái)分類(lèi)。單管的DC/DC轉換器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)兩種。雙管DC/DC轉換器有雙管正激式(DoubleTransistor Forward Converter)、雙管反激式(Double Transistr Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter)和半橋式(Half-Bridge Converter)四種。四管DC/DC轉換器就是全橋DC/DC轉換器(Full-Bridge Converter)。

　　非隔離式DC/DC轉換器，按有源功率器件的個(gè)數，可以分為單管、雙管和四管三類(lèi)。單管DC/DC轉換器共有六種，即降壓式(Buck)DC/DC轉換器、升壓式(Boost)DC/DC轉換器、升壓降壓式(Buck Boost)DC/DC轉換器、Cuk DC/DC轉換器、Zeta DC/DC轉換器和SEPIC DC/DC轉換器。雙管DC/DC轉換器有雙管串接的升壓降壓式(Buck-Boost)DC/DC轉換器。四管DC/DC轉換器常用的是全橋DC/DC轉換器(Full-Bridge Converter)。隔離式DC/DC轉換器在實(shí)現輸出與輸入電氣隔離時(shí)，通常采用變壓器來(lái)實(shí)現，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴大轉換器的輸出應用范圍，也便于實(shí)現不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出[2]。以上種種繁瑣的分類(lèi)可以用表1給出。

　　直流開(kāi)關(guān)電源的典型構造圖如圖2所示，市電交流輸入進(jìn)入EMI濾波器進(jìn)行初級濾波，使本地電源和電網(wǎng)上千家萬(wàn)戶(hù)的負載進(jìn)行一定程度的隔離，整流即將交流電轉化為高壓直流電，再次濾波后進(jìn)入變換電路變?yōu)榻涣麟娏魅敫哳l變壓器的初級線(xiàn)圈，次級線(xiàn)圈就產(chǎn)生了低壓交流電，再次整流和濾波后得到了適合我們需要的低壓直流電，開(kāi)關(guān)電源同時(shí)采用反饋控制，不斷比較輸入和輸出，可以取得更干凈輸出的效果。別看開(kāi)關(guān)電源的原理貌似非常簡(jiǎn)單，但其對器件如開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度、導通電阻等有著(zhù)很高的要求。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源更加小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入愈加廣闊的應用領(lǐng)域 [2]。

　　開(kāi)關(guān)電源的發(fā)明是工業(yè)界的一件大事，直接催生了個(gè)人PC機走入千家萬(wàn)戶(hù)。關(guān)于蘋(píng)果公司“喬幫主”的《喬布斯傳》中生動(dòng)的寫(xiě)道：“喬布斯專(zhuān)門(mén)去了雅達利公司咨詢(xún)他曾經(jīng)的上司奧爾康，看有什么辦法能夠令電腦在不采用風(fēng)扇的情況下供電。奧爾康向喬布斯介紹了羅德·霍爾特，一個(gè)聰明的家伙?；魻柼卦O計了Apple II的電源部分，他并沒(méi)有使用傳統的線(xiàn)性電源，而是制造了一個(gè)示波器等儀器上使用的開(kāi)關(guān)電源。這種電源通斷電的次數能夠從60次提高到上千次，從而降低了Apple II電源的發(fā)熱量。喬布斯認為，羅德應該名垂青史，這種電源設計是革命性的發(fā)明?！盵3]開(kāi)關(guān)電源的出現不僅使個(gè)人PC大大減小了體積，也使成千上萬(wàn)種電子產(chǎn)品變得相當“迷你”，帶動(dòng)了個(gè)人消費電子產(chǎn)品的大發(fā)展，才有了今天我們方便快捷的生活。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品目前已“膨脹”為一個(gè)龐大的家族，“子女們”廣泛“服役”于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設備、LED照明、通訊設備、電力設備、醫療設備、液晶顯示器、LED燈具、通訊設備、電腦機箱、數碼產(chǎn)品等領(lǐng)域。

　　二、LED驅動(dòng)的特點(diǎn)及未來(lái)發(fā)展方向

　　LED驅動(dòng)作為開(kāi)關(guān)電源家族中的成員，根據其負載特性和應用場(chǎng)景，有著(zhù)與眾不同的特點(diǎn)。筆者將對其的要求總結為“八高二低”。

　　1.體積小(低)：LED燈頭要適應傳統燈具的安裝空間，LED驅動(dòng)一般安裝在燈頭里，因此體積要小;

　　2.可靠性高：驅動(dòng)是LED燈的源頭活水，可靠性要求高是一定的;

　　3.成本低：LED照明普及的一大障礙是成本，在LED芯片成本還未降到人們心理預期前，LED驅動(dòng)的成本要經(jīng)受層層的精打細算和“盤(pán)剝”;

　　4.效率高：高光效的LED燈怎么也得找個(gè)“門(mén)當戶(hù)對”的驅動(dòng);

　　5.防水性好(高)：戶(hù)外的LED照明應用如路燈要經(jīng)受雨雪的考驗;

　　6.振動(dòng)特性好(高)：戶(hù)外的LED照明應用如路燈要經(jīng)受大風(fēng)惡劣天氣的考驗;

　　7.壽命長(cháng)(高)：號稱(chēng)壽命達10萬(wàn)小時(shí)的LED燈不能有壽命短板;