LED照明設計全揭秘之驅動的選擇與設計技巧

文章來源:恒光電器

發布時間:2013-10-31

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LED驅動器通用要求

LED 的排列方式及led光源的規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1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，這種配置的優勢包括優化能效及簡化安裝等；

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

如何選擇LED驅動方式

如今在市場上典型的LED驅動器包括兩類，即線性驅動器和開關驅動器；大概的適用范圍見圖2.如電流大于500mA的大電流應用采用開關穩壓器，因為線性驅動器限于自身結構原因，無法提供這樣大的電流；而在電流低于 200mA的低電流應用中，通常采用線性穩壓器或分離穩壓器;而在200至500mA的中等電流應 用中，既可以采用線性穩壓器，也可以采用開關穩壓器。

開關穩壓器的能效高，且提供極佳的亮度控制。線性穩壓器結構比較簡單，易于設計，提供穩流及過流保護，且沒有電磁兼容性(EMC)問題。

在低電流LED應用中，電阻型驅動器盡管成本較低且結構簡單，設計，但這種驅動器在低電壓條件下，正向電流較低，會導致LED亮度不足，且在負載突降等瞬態條件下，LED可能受損；并且電阻是耗能元件，整個方案的能效較低，見圖3。

例如在采用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、線性穩壓器及開關穩壓器等，基本的應用示意圖見圖4。

電阻型驅動方式中，調整與LED 串聯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。

線性穩壓器同樣易于設計且沒有EMC 問題，還支持電流穩流及過流保護(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。

開關穩壓器具有更高的能效，與電壓無關，且能控制亮度，不足則是成本相對較高，復雜度也更高，且存在電磁干擾(EMI)問題。LED DC-DC 開關穩壓器常見的拓撲結構包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(SEPic)等不同類型。

其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED 串最大電壓時采用降壓結構，如采用24 Vdc 驅動6 顆串聯的LED;與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時采用升壓結構，如采用12 Vdc 驅動 6 顆串聯的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC 結構，如采用12 Vdc 或12 Vac 驅動 4 顆串聯的LED,但這種結構的成本及能效最不理想。

LED驅動器標準

LED 驅動器本身也在不斷演進，LED照明企業， 著重于進一步提高能效、 增加功能及功率密度。 美國“能源之星”的固態照明規范提出的是照明器具級的能效限制，涉及包括功率因數在內的特定產品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)標準針對采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括：

最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓≤25 Vrms (35.3 Vdc)

不同故障條件下“恰當”/安全的工作

故障時不冒煙或易燃

此外，ANSI C82.xxx LED 驅動器規范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從UL、CSA 等標準，如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012.此外，LED 照明設計還涉及到產品壽命周期及可靠性問題。

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