实例解析高功率LED照明设计

电流控制是LED驱动器关键

在任何情况下，都不能将单个LED与110伏特或220伏特交流(AC)电压直接连接；这只能带来瞬间的灿烂且具危险性。直流(DC)电源有电池、太阳能电池及燃料电池等多种形式，但对于一般照明，AC线路电压为最普遍的输入电压。LED照明系统的电路须能够输入较高AC电压，并输出较低电压的DC电流。在不同的国家，潮湿、干燥、密闭或敞开环境，电子规范都有所不同。总体而言，很少有允许输出电压超过60伏特DC的应用。将LED用于一般照明的研究才刚刚起步，标准和规范仍很模糊且时有修改，而利用现有的脱机电源生成中转DC总线电压是安全的选择，该电源具有电绝缘和功率因子校正功能，并且符合相应的安全规范。输出电压一般为12伏特、24伏特和48伏特，在过去3、4年中，各种直流对直流(DC-DC)转换器IC已投入市场，这些IC可馈入通用DC电压并向串联的LED输出恒电流。

DC-DC转换器能精确驱动LED

有些制造商提供完整的AC输入、DC电流输出驱动器模块，虽然符合绝缘和功率因素校正(PFC)要求，但能驱动的LED数量和类型有限。DC-DC转换器能精确地驱动LED，因为它们的输出电流恒定，符合LED的需求。要实现LED不同配置所需的灵活性，固态照明设计人员必须知道哪些DC-DC转换器IC可以使用及如何选择最适合应用的组件。

首先，IC必须能处理所选择的输入电压，并且能在很大的输出电压范围内输出所需的电流。由n个LED串联起来的系统，需要的总输出电压为：VO=nxVF+VSNS。在该数列中，「VSNS」表示通过一个串联电流传感组件(通常为电阻)的电压降。

对于VIN-MIN大于VO-MAX的系统，可使用降压稳压器。降压稳压器是以交换式转换器为基础之LED驱动器的首选产品，因为它们结构简单、组件数量少、适合恒电流输出及广泛的控制IC选择。对于VO-MIN大于VIN-MAX的系统，应使用升压稳压器。虽然升压稳压器不太适用于LED驱动，但它们采用一个单独的传感器和两个电源开关。与降压稳压器相同的是，它们的效率很高，并且在控制IC的选择方面是除降压稳压器之外的第二选择。

最后，如果VIN和VO的范围重叠，则需要降压-升压稳压器。这种类型的稳压器应该是电子驱动设计所能采取的最后方法，但由于制程和温度的原因，输入电压范围和误差与LED的VF误差相结合，通常使照明设计人员不得不做出此困难的选择。降压--升压稳压器倾向于使用更多组件，效率不高，而且比降压稳压器或升压稳压器更难设计。

此外，降压稳压器和升压稳压器各自采用一个基本拓扑，而降压--升压稳压器则采用单个电感反向拓扑(InvertingTopology)、SEPIC拓扑、Cuk拓扑及反驰式(Flyback)拓扑(耦合电感)等。选择拓扑实例如下：

采用降压稳压器

以采用六个白色(InGaN)LED的小型LED灯为例。驱动电流为1安培±10%，这是3瓦LED的标准电流。所有六个LED将采用串联配置，查看LED数据表之后得出以下正向电压数据：VF-MIN=3.0V，VF-TYP=3.7V，VF-MAX=5.0V。

该LED可进行分批而缩小VF的范围，但会增加成本，尤其是如果使用的LED已根据光通量和/或色温进行分批。如果采用整个VF范围，输出电压的范围可以是18～30伏特，这样的灯具可销往全球，并且必须在85～265伏特AC的通用AC输入电压范围内运作；购买标隔离线电源，它会提供一个中转总线电压(IntermediateBusVoltage)VBUS。这里需要的是拥有标准输出电压的脱机电源，因为它具有最广泛的产品可以选择，也具最低成本，因此可选的VBUS为12伏特、24伏特或48伏特，每个电压都有±5%的误差。48伏特是最理想的选择，因为它将提供效率最高但价格却最低的LED驱动拓扑--降压驱动器。

此外，脱机转换将比12伏特或24伏特选择更有效，因为将AC电压逐步降低为48伏特时，输出电流会更低，转换速率也会更慢。图5为降压LED驱动器的实例。

图5降压LED驱动器