LED 驱动电路及多路均流技术探讨[1]

　　0 引言

　　与传统的白炽灯和日光灯相比，LED 具有环保、节能、寿命长、抗震动冲击等特性，因此在全球能源短缺的背景下，LED 已成为照明行业的一个研究热点。由于LED 驱动电源的品质会直接影响LED照明产品的可靠性，而LED 驱动电源又是目前整个LED 照明系统中故障率最高的环节，因此伴随LED应用领域的不断扩大，开发安全、可靠、高效、体积小、寿命长的LED 驱动电源成为必然的趋势。

　　1 LED 驱动电路

　　LED 的光强度与其正向电流的大小成正比。LED 两端一个较小的电压变化会造成流过LED 的电流的较大的变化，从而引起光强度的显著变化。所以对于LED 通常使用恒流控制以保持发光强度的恒定。

　　1. 1 LED 恒流驱动电路拓扑

　　对于不同功率等级的LED 电路，应选择不同的驱动电路拓扑以达到性能和成本之间的平衡。

　　1. 1. 1 小功率LED 照明系统一般不要求进行功率因数校正，因此可采取简单的拓扑，如初级端调节( Primary Side Regulation，PSR) 或Buck 拓扑等。其中PSR 技术可将LED 驱动器的成本降至最低。如图1所示，该电路只需采集变压器初级的电流信息即可精确控制次级端的LED 电流，不仅消除了输出电流检测损耗，同时省去所有次级反馈电路，降低了成本，提高了效率。

　　图1 采用PSR 控制技术的反激变换器

　　1. 1. 2 对于中功率的LED 照明应用，一般要求进行功率因数校正，因此一般采用单级PFC 或者使用准谐振( Quasi-Resonance，QR) 技术的反激变换器等。单级式LED 驱动电路具有结构简单、元件少、成本较低等优点，但是输出纹波较大，在对性能要求不高的中功率LED 照明系统中应用时具有优势。准谐振技术的基本原理就是利用MOSFET 两端的电容( 寄生电容或外接电容) 与变压器原边漏感产生的谐振来驱动负载，通过实时检测开关器件两端的谷底电压来控制开关管的近似零电压开通，从而减小MOSFET的开关损耗，提高变换器的效率，同时降低EMI 噪声，如图2 所示。

　　图2 采用QR 技术的反激变换

　　1. 1. 3 大功率LED 照明系统一般采用两级式的PFC 或LLC 拓扑。两级式PFC 由于有单独的一级PFC，性能更优异，但是成本比较高; 而采用LLC 谐振变换的LED 驱动电路( 如图3 所示) 具有诸多的优点，如开关工作频率高，开关损耗小，允许的输入电压范围宽，效率高，重量轻，体积小，EMI 噪声小，开关应力小等。

　　图3 基于LLC 变换器的LED 驱动电路

　　1. 2 去电解电容LED 驱动电路方案

　　LED 照明多采用市电供电，但LED 需要直流驱动，因此电路中需要一个整流模块。通常为了得到满足规定的PF 值，还需要加入PFC 电路。因为输入功率是脉动的，输出功率是恒定的，必须要有一个大容值的电解电容来平衡输入输出两端的瞬时功率差。电解电容的存在使得LED 驱动电路的寿命降低。如果简单地把电解电容去掉，会使输出电流有很大的脉动，电路的PF 也会较低; 如果使用电磁储能来替代电容储能会使得电路体积庞大，因此研究其他去电解电容LED 驱动电路方案十分必要。

　　1. 2. 1 基于较小脉动电流可以用来驱动LED 的考虑，在去掉电解电容的同时在输出侧增加LC 滤波电路，同时在输入电流中注入3、5 次谐波电流，既可使功率因数达到要求，又能减小LED 电流的峰值平均之比。但这种方法由于输出电流含有2 倍于电网频率的交流电流，会带来LED 闪烁，长时间在闪烁光源下工作会加重眼睛负担甚至造成眼睛损伤。

　　1. 2. 2 另一种方案如图4 所示，该电路的设计思路是控制流过双向Buck-Boost 辅助回路的电流ib等于i0中2 倍于电网频率的交流成分，从而间接地控制流过LED 的电流保持恒定，避免LED 闪烁。但是这种方案由于需添加多个额外器件故效率较低。

　　图4 利用辅助电路的无电解电容LED 驱动电路

　　1. 2. 3 文献中是采用峰值与平均值之比小于1. 4 的正弦电流或方波电流来驱动LED，通过正弦电流发生电路或者方波电流发生电路产生基准信号，从而获得所需电流信号用以直接驱动LED，并且输入侧可以获得很高的功率因数，但是控制方法复杂。

　　无电解电容的LED 驱动方案目前仍然有许多的不足，例如系统控制较复杂，无法取得很高的功率因数，系统启动慢，还有对雷击敏感等，目前仅用于中小功率LED 照明系统中。对于其更广泛的应用有待进一步的研究。