高性能LED路灯驱动器设计方案

摘要：在阐述LED 路灯应用需求的同时， 提出了一个为100个高功率LED供电的可行性驱动器解决方案。该解决方案采用模块化结构， 可为设计者提供很大的灵活性， 而且拥有较宽的输入电压范围， 能够满足各种设计的需要。

　　0 引言

　　手电筒、MR - 16灯泡的升级换代、应急灯以及几乎任何低功率白光照明应用都已经在采用LED技术。

　　接下来路灯可能是LED 技术大规模应用的下一个领域。与手电筒和低功率应用实例相比， LED路灯应用也意味着更大的挑战。

　　1 设计要求

　　LED路灯照明不会一蹴而就， 因为尚有重大的技术难题需要攻克。除了个别情况（如太阳能电池）， 路灯的输入采用交流电源（通常被称作“离线” ） , 大多是120 V或230 V 交流电。就荧光灯灯管和高压放电灯而言， 它们可选的离线运行镇流器范围较广。但因为发光元件的数目很少， 这种电路很简单。很少有荧光灯有四条以上的灯管， 而高压放电灯采用的元件至少超过一个。然而LED 则大不相同， 即使包括“大功率” LED在内， 大多数的功率只有0. 5W ~ 5W。尽管有一些例外的情况， 但对于路灯来说， 通常都需要采用100个或更多1W 的LED 才能发出其所需的数千流明的光。

　　LED 是电流驱动器件， 以350 mA 驱动的1W 白光LED通常具有3. 0 V ~ 4. 0 V 的正向电压VF。LED是动态电阻非常小的PN结二极管。给二极管施加超过VF三倍的电压会导致电流量不受控制。如果将LED 直接连接到离线交流电压， 它会发出很亮的光然后很快失效。“驱动器”这个术语， 被用来形容将离线电压转换为受控直流电流的功率调节电路。手电筒在被用坏之前很可能早已丢失。而路灯的应用需求显然与之不同， 因此， 长期的可靠性和产品使用寿命是路灯的主要考虑因素。LED 已被宣传为持续时间最长的商业光源， 但如果灯可以持续使用数万小时，则与之匹配的驱动器也必须能够坚持使用相同长的时间。这意味着要更加留心电力驱动器的各个方面，包括从系统架构到每个电路元件的选择。

　　2 直流总线电压

　　驱动100个LED 的方法之一是采用单个串联链，如图1所示。这可以确保经过每个LED 的电流相同。

　　此外由于光线输出与电流成正比， 所以这是保证每个器件发出相同光输出的最佳方法。然而问题在于直流电压很容易达到400 V。这样高的电压可能是致命的， 而且还需要较大且昂贵的元件。

图1 所有100个LED串联

　　驱动100个LED 的另一种方法是采用较低的直流电压。众所周知， 成本高的拓扑（如逆向转换器）可以构成良好的AC - DC 级（ 通常称作？？ 离线转换器 ）， 因为它们可以将步降功能与电流隔离和功率因数校正PFC 组合起来。直流总线电压通常为60 V 或低于60 V, 这一方面是因为在电信应用中要48 V, 另一方面也是因为安全条例的规定（例如IEC 对安全超低电压的定义）。48 V 配电电压比数字电路的逻辑电压高， 比整流的离线电压低， 所以它通常被称作中间直流总线。

　　3 DC- DC LED驱动器的拓扑

　　（ 1）当V IN > Vo时采用降压， 输出电容器为可选件， 见图2（ a） ;（ 2）当V IN Vo时采用升压， 输出电容器为必需件， 见图2（ b） ;（ 3）当V IN 和V o重叠时采用降升压， 有许多拓扑， 见图2（ c）。

图2 非隔离转换器的三种主要类型