LED照明设计全揭秘之驱动的选择与设计技巧

文章来源:恒光电器

发布时间:2013-10-31

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LED驱动器通用要求

LED 的排列方式及led光源的规范决定着基本的驱动器要求。LED 驱动器的主要功能就是在一定的工作条件范围下限制流过LED 的电流， 而无论输入及输出电压如何变化。led驱动器基本的工作电路示意图如图1所示，其中所谓的“隔离”表示交流线路电压与LED(即输入与输出)之间没有物理上的电气连接，最常用的是采用变压器来电气隔离，而“非隔离”则没有采用高频变压器来电气隔离。

值得一提的是，在LED 照明设计中，AC-DC 电源转换与恒流驱动这两部分电路可以采用不同配置：

(1)整体式(integral)配置，即两者融合在一起，均位于照明灯具内，这种配置的优势包括优化能效及简化安装等；

(2)分布式(distributed)配置，照明产品，即两者单独存在，恒光电器，这种配置简化安全考虑，并增加灵活性。

如何选择LED驱动方式

如今在市场上典型的LED驱动器包括两类，即线性驱动器和开关驱动器；大概的适用范围见图2.如电流大于500mA的大电流应用采用开关稳压器，因为线性驱动器限于自身结构原因，无法提供这样大的电流；而在电流低于 200mA的低电流应用中，通常采用线性稳压器或分离稳压器;而在200至500mA的中等电流应 用中，既可以采用线性稳压器，也可以采用开关稳压器。

开关稳压器的能效高，且提供极佳的亮度控制。线性稳压器结构比较简单，易于设计，提供稳流及过流保护，且没有电磁兼容性(EMC)问题。

在低电流LED应用中，电阻型驱动器尽管成本较低且结构简单，设计，但这种驱动器在低电压条件下，正向电流较低，会导致LED亮度不足，且在负载突降等瞬态条件下，LED可能受损；并且电阻是耗能元件，整个方案的能效较低，见图3。

例如在采用DC-DC电源的led照明应用中，可以采用的LED驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等，基本的应用示意图见图4。

电阻型驱动方式中，调整与LED 串联的电流检测电阻即可控制LED 的正向电流，这种驱动方式易于设计、成本低，且没有电磁兼容(EMC)问题，劣势是依赖于电压、需要筛选(binning) LED，且能效较低。

线性稳压器同样易于设计且没有EMC 问题，还支持电流稳流及过流保护(fold back)，且提供外部电流设定点，不足在于功率耗散问题，及输入电压要始终高于正向电压，且能效不高。开关稳压器通过PWM 控制模块不断控制开关(FET)的开和关，进而控制电流的流动。

开关稳压器具有更高的能效，与电压无关，且能控制亮度，不足则是成本相对较高，复杂度也更高，且存在电磁干扰(EMI)问题。LED DC-DC 开关稳压器常见的拓扑结构包括降压(Buck)、升压(Boost)、降压-升压(Buck-Boost)或单端初级电感转换器(SEPic)等不同类型。

其中，所有工作条件下最低输入电压都大于LED 串最大电压时采用降压结构，如采用24 Vdc 驱动6 颗串联的LED;与之相反，所有工作条件下最大输入电压都小于最低输出电压时采用升压结构，如采用12 Vdc 驱动 6 颗串联的LED；而输入电压与输出电压范围有交迭时可以采用降压-升压或SEPIC 结构，如采用12 Vdc 或12 Vac 驱动 4 颗串联的LED,但这种结构的成本及能效最不理想。

LED驱动器标准

LED 驱动器本身也在不断演进，LED照明企业， 着重于进一步提高能效、 增加功能及功率密度。 美国“能源之星”的固态照明规范提出的是照明器具级的能效限制，涉及包括功率因数在内的特定产品要求。而欧盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)标准针对采用直流或交流供电的LED模块的要求包括：

最大安全特低电压(SELV)工作输出电压≤25 Vrms (35.3 Vdc)

不同故障条件下“恰当”/安全的工作

故障时不冒烟或易燃

此外，ANSI C82.xxx LED 驱动器规范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵从UL、CSA 等标准，如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012.此外，LED 照明设计还涉及到产品寿命周期及可靠性问题。

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