LED照明的电源拓扑结构分析[1]

　　随着LED的生产成本下降，其使用愈发普遍，所涵盖的应用范围从手持终端设备到车载，再到建筑照明。LED的高可靠性(使用寿命超过50,000个小时)、较高的效率(>120流明/瓦)以及近乎瞬时的响应能力使其成为极具吸引力的光源。与白炽灯泡200mS的响应时间相比，LED会在短短5ns响应时间内发光。因此，目前它们已在汽车行业的刹车灯中得到广泛采用。

　　驱动LED

　　驱动LED并非没有挑战。可调的亮度需要用恒定电流来驱动LED,并且无论输入电压如何都必须要保持该电流的恒定。这与仅仅将白炽灯泡连接到电池来为其供电相比更具有挑战性。

　　LED具有类似于二极管的正向V-I特性。在低于LED开启阈值(白光LED的开启电压阈值大约为3.5V)时，通经该LED的电流非常小。在高于该阈值时，电流会以正向电压形式成指数倍递增。这就允许将LED定型为带有一个串联电阻的电压源，其中带有一则警示说明：本模型仅在单一的工作DC电流下才有效。如果LED中的DC电流发生改变，那么该模型的电阻也应随即改变，以反映新的工作电流。在大的正向电流下，LED中的功率耗散会使设备发热，此举将改变正向压降和动态阻抗。在确定LED阻抗时充分考虑散热环境是非常重要的。

　　当通过降压稳压器驱动LED时，LED常常会根据所选的输出滤波器排列来传导电感的AC纹波电流和DC电流。这不仅会提高LED中电流的RMS振幅，而且还会增大其功耗。这样就可提高结温并对LED的使用寿命产生重要影响。如果我们设定一个70%的光输出限制作为LED的使用寿命，那么LED的寿命就会从74摄氏度度下的15,000小时延长到63摄氏度度下的40,000小时。LED的功率损耗由LED电阻乘以RMS电流的平方再加上平均电流乘以正向压降来确定。

　　由于结温可通过平均功耗来确定，因此即使是较大的纹波电流对功耗产生的影响也不大。例如，在降压转换器中，等于DC输出电流(Ipk-pk=Iout)的峰至峰纹波电流会增加不超过10%的总功率损耗。如果远远超过上面的损耗水平，那么就需要降低来自电源的AC纹波电流以便使结温和工作寿命保持不变。一条非常有用的经验法则是结温每降低10摄氏度，半导体寿命就会提高两倍。实际上，由于电感器的抑制作用，因此大多数设计就趋向于更低的纹波电流。此外，LED中的峰值电流不应超过厂商所规定的最大安全工作电流额定值。

　　拓扑选择

　　表1中所显示的信息有助于为LED驱动器选择最佳的开关拓扑。除这些拓扑之外，您还可使用简易的限流电阻器或线性稳压器来驱动LED,但是此类方法通常会浪费过多功率。所有相关的设计参数包括输入电压范围、驱动的LED数量、LED电流、隔离、EMI抑制以及效率。大多数的LED驱动电路都属于下列拓扑类型：降压型、升压型、降压-升压型、SEPIC和反激式拓扑。