ED的排列方式及LED光源的規范決定著(zhù)基本的驅動(dòng)器要求。LED驅動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過(guò)LED的電流，而無(wú)論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動(dòng)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(xiàn)路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒(méi)有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來(lái)電氣隔離，而“非隔離”則沒(méi)有采用高頻變壓器來(lái)電氣隔離。
圖1：LED驅動(dòng)器基本的工作電路示意圖
值得一提的，在LED照明設計中，AC-DC電源轉換與恒流驅動(dòng)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(yōu)勢包括優(yōu)化能效及簡(jiǎn)化安裝等；
(2)分布式(distributed)配置，即兩者單獨存在，這種配置簡(jiǎn)化安全考慮，并增加靈活性。
如何選擇LED驅動(dòng)方式
如今在市場(chǎng)上典型的LED驅動(dòng)器包括兩類(lèi)，即線(xiàn)性驅動(dòng)器和開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器；大概的適用范圍見(jiàn)圖2.如電流大于500mA的大電流應用采用開(kāi)關(guān)穩壓器，因為線(xiàn)性驅動(dòng)器限于自身結構原因，無(wú)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(xiàn)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(xiàn)性穩壓器，也可以采用開(kāi)關(guān)穩壓器。
圖2 LED驅動(dòng)器分類(lèi)
開(kāi)關(guān)穩壓器的能效高，且提供極佳的亮度控制。線(xiàn)性穩壓器結構比較簡(jiǎn)單，易于設計，提供穩流及過(guò)流保護，且沒(méi)有電磁兼容性(EMC)問(wèn)題。
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在低電流LED應用中，電阻型驅動(dòng)器盡管成本較低且結構簡(jiǎn)單，但這種驅動(dòng)器在低電壓條件下，正向電流較低，會(huì )導致LED亮度不足，且在負載突降等瞬態(tài)條件下，LED可能受損；并且電阻是耗能元件，整個(gè)方案的能效較低，見(jiàn)圖3。
圖3 電阻型與線(xiàn)型LED驅動(dòng)器對比
例如在采用DC-DC電源的LED照明應用中，可以采用的LED驅動(dòng)方式有電阻型、線(xiàn)性穩壓器及開(kāi)關(guān)穩壓器等，基本的應用示意圖見(jiàn)圖4。
圖4 常見(jiàn)的DC-DC LED驅動(dòng)器設計
電阻型驅動(dòng)方式中，調整與LED串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流，這種驅動(dòng)方式易于設計、成本低，且沒(méi)有電磁兼容(EMC)問(wèn)題，劣勢是依賴(lài)于電壓、需要篩選(binning)LED，且能效較低。
線(xiàn)性穩壓器同樣易于設計且沒(méi)有EMC問(wèn)題，還支持電流穩流及過(guò)流保護(foldback)，且提供外部電流設定點(diǎn)，不足在于功率耗散問(wèn)題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開(kāi)關(guān)穩壓器通過(guò)PWM控制模塊不斷控制開(kāi)關(guān)(FET)的開(kāi)和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。
開(kāi)關(guān)穩壓器具有更高的能效，與電壓無(wú)關(guān)，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(wèn)題。LEDDC-DC開(kāi)關(guān)穩壓器常見(jiàn)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(lèi)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(shí)采用降壓結構，如采用24Vdc驅動(dòng)6顆串聯(lián)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(shí)采用升壓結構，如采用12Vdc驅動(dòng)6顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時(shí)可以采用降壓-升壓或SEPIC結構，如采用12Vdc或12Vac驅動(dòng)4顆串聯(lián)的LED，但這種結構的成本及能效最不理想。
LED驅動(dòng)器標準
LED驅動(dòng)器本身也在不斷演進(jìn)，著(zhù)重于進(jìn)一步提高能效、增加功能及功率密度。美國“能源之星”的固態(tài)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(chǎn)品要求。而歐盟的IEC61347-2-13(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≤25Vrms(35.3Vdc)；
不同故障條件下“恰當”/安全的工作；
故障時(shí)不冒煙或易燃。
此外，ANSIC82.xxxLED驅動(dòng)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(Class2)、UL60950、UL1012.此外，LED照明設計還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問(wèn)題。
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LED驅動(dòng)設計5大技巧要領(lǐng)
1、芯片發(fā)熱
這主要針對內置電源調制器的高壓驅動(dòng)芯片。假如芯片消耗的電流為2mA，300V的電壓加在芯片上面，芯片的功耗為0.6W，當然會(huì )引起芯片的發(fā)熱。驅動(dòng)芯片的最大電流來(lái)自于驅動(dòng)功率mos管的消耗，簡(jiǎn)單的計算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益，實(shí)際I=2cvf，其中c為功率MOS管的cgs電容，v為功率管導通時(shí)的gate電壓，所以為了降低芯片的功耗，必須想辦法降低c、v和f.如果c、v和f不能改變，那么請想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入額外的功耗。再簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就是考慮更好的散熱吧。
2、功率管發(fā)熱
功率管的功耗分成兩部分，開(kāi)關(guān)損耗和導通損耗。要注意，大多數場(chǎng)合特別是LED市電驅動(dòng)應用，開(kāi)關(guān)損害要遠大于導通損耗。開(kāi)關(guān)損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅動(dòng)能力和工作頻率有關(guān)，所以要解決功率管的發(fā)熱可以從以下幾個(gè)方面解決：
A、不能片面根據導通電阻大小來(lái)選擇MOS功率管，因為內阻越小，cgs和cgd電容越大。如1N60的cgs為250pF左右，2N60的cgs為350pF左右，5N60的cgs為1200pF左右，差別太大了，選擇功率管時(shí)，夠用就可以了。
B、剩下的就是頻率和芯片驅動(dòng)能力了，這里只談頻率的影響。頻率與導通損耗也成正比，所以功率管發(fā)熱時(shí)，首先要想想是不是頻率選擇的有點(diǎn)高。想辦法降低頻率吧！不過(guò)要注意，當頻率降低時(shí)，為了得到相同的負載能力，峰值電流必然要變大或者電感也變大，這都有可能導致電感進(jìn)入飽和區域。如果電感飽和電流夠大，可以考慮將CCM(連續電流模式)改變成DCM(非連續電流模式)，這樣就需要增加一個(gè)負載電容了。
3、工作頻率降頻
這個(gè)也是用戶(hù)在調試過(guò)程中比較常見(jiàn)的現象，降頻主要由兩個(gè)方面導致。輸入電壓和負載電壓的比例小、系統干擾大。對于前者，注意不要將負載電壓設置的太高，雖然負載電壓高，效率會(huì )高點(diǎn)。
對于后者，可以嘗試以下幾個(gè)方面：
a、將最小電流設置的再小點(diǎn)；
b、布線(xiàn)干凈點(diǎn)，特別是sense這個(gè)關(guān)鍵路徑；
c、將電感選擇的小點(diǎn)或者選用閉合磁路的電感；
d、加RC低通濾波吧，這個(gè)影響有點(diǎn)不好，C的一致性不好，偏差有點(diǎn)大，不過(guò)對于照明來(lái)說(shuō)應該夠了。無(wú)論如何降頻沒(méi)有好處，只有壞處，所以一定要解決。
4、電感或者變壓器的選擇
很多用戶(hù)反應，相同的驅動(dòng)電路，用a生產(chǎn)的電感沒(méi)有問(wèn)題，用b生產(chǎn)的電感電流就變小了。遇到這種情況，要看看電感電流波形。有的工程師沒(méi)有注意到這個(gè)現象，直接調節sense電阻或者工作頻率達到需要的電流，這樣做可能會(huì )嚴重影響LED的使用壽命。所以說(shuō)，在設計前，合理的計算是必須的，如果理論計算的參數和調試參數差的有點(diǎn)遠，要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。變壓器飽和時(shí)，L會(huì )變小，導致傳輸delay引起的峰值電流增量急劇上升，那么LED的峰值電流也跟著(zhù)增加。在平均電流不變的前提下，只能看著(zhù)光衰了。
5、LED電流大小
我們都知道LEDripple過(guò)大的話(huà)，LED壽命會(huì )受到影響。對于LEDripple過(guò)高影響有多大，一些LED廠(chǎng)表示30%以?xún)榷伎梢越邮?，不過(guò)后來(lái)沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗證。建議還是盡量控制小點(diǎn)。如果散熱解決的不好的話(huà)，LED一定要降額使用。也希望有專(zhuān)家能給個(gè)具體指標，要不然影響LED的推廣。
針對本文，相信你會(huì )覺(jué)得LED驅動(dòng)設計并不難，一定要做到心中有數，只要做到調試前計算，調試時(shí)測量，調試后老化，相信我們都可以輕松搞LED了。
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