LED驅動電源拓撲結構選擇分析

LED驅動電源拓撲結構選擇分析
采用AC-DC電源的LED照明應用中，電源轉換的構建模塊包括二極管、開關(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用於執行各自功能，而脈寬調製(PWM)穩壓器用於控製電源轉換。電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC電源轉換包含反激、正激及半橋等拓撲結構，參見圖3，其中反激拓撲結構是功率小於30W的中低功率應用的標準選擇，而半橋結構則最適合於提供更高能效/功率密度。就隔離結構中的變壓器而言，其尺寸的大小與開關頻率有關，且多數隔離型LED驅動器基本上采用“電子”變壓器。

圖1：LLC半橋諧振拓撲結構
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，基本的應用示意圖參見圖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製LED的正向電流，這種驅動方式易於設計、成本低，且沒有電磁兼容(EMC)問題，劣勢是依賴於電壓、需要篩選(binning)LED，且能效較低。線性穩壓器同樣易於設計且沒有EMC問題，還支持電流穩流及過流保護(foldback)，且提供外部電流設定點，不足在於功率耗散問題，及輸入電壓要始終高於正向電壓，且能效不高。開關穩壓器通過PWM控製模塊不斷控製開關(FET)的開和關，進而控製電流的流動。

開關穩壓器具有更高的能效，與電壓無關，且能控製亮度，不足則是成本相對較高，複雜度也更高，且存在電磁幹擾(EMI)問題。LEDDC-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於LED串最大電壓時采用降壓結構，如采用24Vdc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於最低輸出電壓時采用升壓結構，如采用12Vdc驅動6顆串聯的LED；而輸入電壓與輸出電壓範圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC結構，如采用12Vdc或12Vac驅動4顆串聯的LED，但這種結構的成本及能效最不理想。
采用交流電源直接驅動LED的方式近年來也獲得了一定的發展，其應用示意圖參見圖5。這種結構中，LED串以相反方向排列，工作在半周期，且LED在線路電壓大於正向電壓時才導通。這種結構具有其優勢，如避免AC-DC轉換所帶來的功率損耗等。但是，這種結構中LED在低頻開關，故人眼可能會察覺到閃爍現象。此外，在這種設計中還需要加入LED保護措施，使其免受線路浪湧或瞬態的影響。