LED照明电源设计大讲台
现阶段节能已经成为一种硬性的要求，不是一种选择，而其中一部分需要采用环保绿色的方式去实现节能。对于照明来说，我们可以很容易的设想全球照明提高10%的效率后所带来的影响，但是提高100%呢？
很多因素使得LED成为令人关注的高性能现代电子技术。例如，更高的输出效率延长了电池寿命，这样非常适合便携产品的应用。此外，LED快速的开关特性在机动车尾灯的应用上可以得到完美的体现。尤其是刹车灯上的应用，它可以给驾驶者提供更多的反映时间，提高驾车的安全性。由于LED不含有铅和汞，在背光应用上，红绿蓝三原色LED满足了ROHS 标准。由于具有较宽的色域，LED照明使全光谱光源变得容易。LED的独特之处是它的寿命很长，这一特性使得它可以应用到对长期的稳定性能有较高要求的地方，例如交通灯。视觉处理系统需要聚焦，闪光，和单色光源——LED 非常适合应用这种场合。LED 由于它简单易实现，光动态调谐特性好，在卧室里，当你要放松时，你可以将它设置成绿光，当要看斗牛节目的时候，可以设置成红光。
LED照明系统是一个电光转换系统，其电光转换过程从供电部分开始，依次包括原始电源（“动力源泉”）、电源管理与变换、传感与控制、驱动器、热管理、LED及其混光、散射和光学提取等部分。其中，由原始电源（如电池）和控制与驱动电路组成的LED供电系统是LED工作的必要条件。LED的供电系统从广义上讲就是LED的“电源”。
电子元件技术网推出本期LED电源设计大讲台，共5讲，从最基本的LED基础知识入手，依次介绍LED驱动电源设计基本原则及三种驱动方式；最后列举设计实例技巧。
对于出入LED照明行业的年轻工程师而言，这一系列的文章能够提供给他们系统的LED基础知识及驱动电路架构的设计知识。本次LED电源设计大讲台的内容丰富，就像一本LED照明设计的教科书，深入浅出是这本书的特点。对于资深的LED照明电源设计工程师，同样可以学习、参考、借鉴！
第一讲《LED主要参数与特性》
LED本质是电流驱动器件，也就是说，它的光强度随着正向电流IF的变化而变化。光的颜色同样也是由正向电流来决定，LED正向电压VF ，也会影响颜色的变化。于是，为了达到所需要光的颜色和亮度，有必要采用恒流驱动 LED。一个简单的LED驱动的框架可以由一个电压源和一个限流电阻组成。这种方法最适合于窄输入电源，小电流的应用，这时候的 LED的正向压降略低于输入电压。但是当输入电压变化或者LED的正向压降升高时，电流就会变化，因此光的强度和颜色就会改变。
LED是利用化合物材料制成PN结的光电器件。它具备PN结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。第一讲我们关注LED的物理结构，发光范围，效率，发光二极管驱动和应用。
第二讲《照明用LED驱动电源设计基础》
驱动 LED 面临着不少挑战，如正向电压会随着温度、电流的变化而变化，而不同个体、不同批次、不同供应商的LED正向电压也会有差异；另外，LED 的“色点”也会随着电流及温度的变化而漂移。
另外，应用中通常会使用多颗 LED，这就涉及到多颗 LED 的排列方式问题。各种排列方式中， 首选驱动串联的单串 LED， 因为这种方式不论正向电压如何变化、 输出电压(Vout)如何“漂移”，均提供极佳的电流匹配性能。当然，用户也可以采用并联、串联-并联组合及交叉连接等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向电压的应用，并获得其它优势。如在交叉连接中，如果其中某个 LED 因故障开路，电路中仅有 1 个 LED 的驱动电流会加倍，从而尽量减少对整个电路的影响。
LED 的排列方式及LED 光源的规范决定着基本的驱动器要求。LED 驱动器的主要功能就是在一定的工作条件范围下限制流过LED 的电流， 而无论输入及输出电压如何变化。最常用的是采用变压器来进行电气隔离。第二讲论述了LED 照明设计需要考虑的因素。
第三讲《利用降压结构实现LED驱动》
随着LED的广泛应用，在很多地方线性电源这种简单的结构已经不能满足需求。一般情况下，当用电阻的方式设定LED所需的正向电流的时候，这种简单的驱动方式可以连续的由电源向负载提供能量。由于LED的电流与电阻上的相同，所以电阻上产生的功耗会随输入电压的增加而增加。例如，一个用线性电源驱动的LED，效率为70%，用5V线性电源提供1A电流给一个典型的白光InGaN LED(VF=3.5V)。在相同的工作条件下，当输入电压上升到12V时，它的效率将会降到30%。在如此低效率的情况下是无法应用的。
而基于降压的结构可以与很多环路控制结构很好的匹配，而且不用考虑稳定性的限制，滞回控制适合在开关频率变化比较快和输入范围比较小的情况下应用。这种特性刚好满足LED对电源的要求。
降压LED驱动的很多特点使其变得很有吸引力。它可以很容易设置成电流源，也可以实现最少的外围元器件，器件少可以使得设计变得简单，提高驱动的稳定性，也可以减少成本。降压结构的LED适合很多种控制方式使其应用的灵活性比较高。它输出可以省略输出电容，也可以与其他不同的调光方式进行很好的匹配，这些特点可以允许它在高速调光和宽范围调光的情况下应用。在应用允许的情况下，所有的这些特点使得降压LED驱动的拓扑结构有了很多的选择。
什么样的应用条件不允许使用这种结构呢？例如家用或商用的照明需要上千流明，设计一种方法来驱动一个LED串。LED串上的总的正向压降等于其中每个LED正向压降之和。在一些情况下，系统的输入电压范围可能比一串LED的正向压降低，或者有的时候高有的时候低。这些情况下有可能会需要升压结构，也有可能会需要降-升压开关调整器。
第四讲《利用Boost和Buck-Boost实现LED驱动》
LED光源生产商和设计者经常会提到固态发光的应用最明显的优势就像是“树上挂得很低的水果”。例如花园路径照明或者MR16杯灯常常只需要一些甚至只要一个LED。对于低压来说，最通用的电压是12 VDC、24 VDC和12 VAC。这些应用常常要用到一个Buck调节器。虽然如前所述，Buck是首选，但是在LED照明应用中，随着LED数量的增加，Boost调节器也得到了越来越多的应用。设计者们不再满足于手电筒或者单个杯灯应用，而把目光投到大尺寸通用照明和达到几千流明的照明系统。例如街灯、公寓和商业照明、体育场照明和建筑内外装饰照明。
由于Boost和Buck-boost调节器的高度复杂性及其外围电路、低效（特别是Buck-boost）和控制拓扑的选择不足，致使它们都不是转换LED驱动的首选。但是它们都是LED越来越多的照明应用必不可少的。某些系统结构可以用buck或者甚至是线性以调节器为基础的LED驱动来替代。比如类似于街灯的大型光源需要一百甚至更多的1W＋ LED。一般来说，针对通用照明的LED从低功耗走向高功耗，并且在其中间舞台，比如汽车前灯和小型光部件，boost和buck-boost调节器代表了常电流驱动的最佳选择。
第五讲《使用PWM调光》
不管你用Buck, Boost, Buck-Boost还是线性调节器来驱动LED，它们的共同思路都是用驱动电路来控制光的输出。一些应用只是简单地来实现“开”和“关”地功能，但是更多地应用需求是要从0到100%调节光的亮度，而且经常要有很高的精度。设计者主要有两个选择：线性调节LED电流（模拟调光），或者使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。使用脉冲宽度调制（PWM）来设置周期和占空度可能是最简单的实现数字调光的方法，并且Buck调节器拓扑往往能够提供一个最好的性能。
LED光源的单纯控制需要设计的初始阶段就要非常小心。光源越复杂，就越要用PWM调光。这就需要系统设计者谨慎思考LED驱动拓扑。Buck调节器为PWM调光提供了很多优势。如果调光频率必须很高或者信号转换率必须很快，或者二者都需要，那么Buck调节器就是最好的选择。
大讲台的最后一讲整理了一些设计实例技巧《LED照明电源电路设计问答精粹》，希望能够对LED电源设计工程师的设计工作有所帮助！
关键字：LED 照明电源 设计 节能 参数 LED 驱动 降压结构 PWM调光 Boost Buck 本文链接：http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80002950
