LED驱动电源的拓扑结构

采用AC-DC电源 的LED照明 应用中,电源转换的构建模块包括二极管、开关 管(FET)、电感 及电容及电阻等分立元件 用于执行各自功能,而脉宽调制(PWM)稳压器用于控制电源转换。电路中通常加入了变压器的隔离型AC-DC电源转换包含反激、正激及半桥等拓扑结构,参见图1,其中反激拓扑结构是功率 小于30 W的中低功率应用的标准选择,而半桥结构则最适合于提供更高能效/功率密度。就隔离结构中的变压器而言,其尺寸的大小与开关频率有关,且多数隔离型LED驱动 器基本上采用“电子”变压器。

图1：常见的隔离型拓扑结构。

采用DC-DC电源的LED照明应用中,可以采用的LED驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等,基本的应用示意图参见图2。电阻型驱动 方式中,调整与LED 串联的电流检测电阻即可控制LED的正向电流,这种驱动方式易于设计、成本低,且没有电磁兼容(EMC )问题,劣势是依赖于电压、需要筛选(binning) LED,且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有EMC问题,还支持电流稳流及过流保护(fold back),且提供外部电流设定点,不足在于功率耗散问题,及输入电压要始终高于正向电压,且能效不高。开关稳压器通过PWM控制模块不断控制开关(FET)的开和关,进而控制电流的流动。

图2：常见的DC-DC LED驱动方式。

开关稳压器具有更高的能效,与电压无关,且能控制亮度,不足则是成本相对较高,复杂度也更高,且存在电磁干扰(EMI )问题。LED DC-DC开关稳压器常见的拓扑结构包括降压(Buck)、升压(Boost)、降压-升压(Buck-Boost)或单端初级电感转换器(SEPIC )等不同类型。其中,所有工作条件下最低输入电压都大于LED串最大电压时采用降压结构,如采用24 Vdc驱动6颗串联的LED;与之相反,所有工作条件下最大输入电压都小于最低输出电压时采用升压结构,如采用12 Vdc驱动6颗串联的LED;而输入电压与输出电压范围有交迭时可以采用降压-升压或SEPIC结构,如采用12 Vdc或12 Vac驱动4颗串联的LED,但这种结构的成本及能效最不理想。

采用交流电源直接驱动LED的方式近年来也获得了一定的发展,其应用示意图参见图3。这种结构中,LED串以相反方向排列,工作在半周期,且LED在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势,如避免AC-DC转换所带来的功率损耗等。但是,这种结构中LED在低频开关,故人眼可能会察觉到闪烁现象。此外,在这种设计中还需要加入LED保护措施,使其免受线路浪涌或瞬态的影响。

图3：直接采用交流驱动LED的示意图。