現(xiàn)階段節(jié)能已經(jīng)成為一種硬性的要求，不是一種選擇，而其中一部分需要采用環(huán)保綠色的方式去實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對(duì)于照明來說，我們可以很容易的設(shè)想全球照明提高10%的效率后所帶來的影響，但是提高100%呢？

很多因素使得LED成為令人關(guān)注的高性能現(xiàn)代電子技術(shù)。例如，更高的輸出效率延長了電池壽命，這樣非常適合便攜產(chǎn)品的應(yīng)用。此外，LED快速的開關(guān)特性在機(jī)動(dòng)車尾燈的應(yīng)用上可以得到完美的體現(xiàn)。尤其是剎車燈上的應(yīng)用，它可以給駕駛者提供更多的反映時(shí)間，提高駕車的安全性。由于LED不含有鉛和汞，在背光應(yīng)用上，紅綠藍(lán)三原色LED滿足了ROHS 標(biāo)準(zhǔn)。由于具有較寬的色域，LED照明使全光譜光源變得容易。LED的獨(dú)特之處是它的壽命很長，這一特性使得它可以應(yīng)用到對(duì)長期的穩(wěn)定性能有較高要求的地方，例如交通燈。視覺處理系統(tǒng)需要聚焦，閃光，和單色光源——LED 非常適合應(yīng)用這種場(chǎng)合。LED 由于它簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，光動(dòng)態(tài)調(diào)諧特性好，在臥室里，當(dāng)你要放松時(shí)，你可以將它設(shè)置成綠光，當(dāng)要看斗牛節(jié)目的時(shí)候，可以設(shè)置成紅光。

LED照明系統(tǒng)是一個(gè)電光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其電光轉(zhuǎn)換過程從供電部分開始，依次包括原始電源（“動(dòng)力源泉”）、電源管理與變換、傳感與控制、驅(qū)動(dòng)器、熱管理、LED及其混光、散射和光學(xué)提取等部分。其中，由原始電源（如電池）和控制與驅(qū)動(dòng)電路組成的LED供電系統(tǒng)是LED工作的必要條件。LED的供電系統(tǒng)從廣義上講就是LED的“電源”。

電子元件技術(shù)網(wǎng)推出本期LED電源設(shè)計(jì)大講臺(tái)，共5講，從最基本的LED基礎(chǔ)知識(shí)入手，依次介紹LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)基本原則及三種驅(qū)動(dòng)方式；最后列舉設(shè)計(jì)實(shí)例技巧。

對(duì)于出入LED照明行業(yè)的年輕工程師而言，這一系列的文章能夠提供給他們系統(tǒng)的LED基礎(chǔ)知識(shí)及驅(qū)動(dòng)電路架構(gòu)的設(shè)計(jì)知識(shí)。本次LED電源設(shè)計(jì)大講臺(tái)的內(nèi)容豐富，就像一本LED照明設(shè)計(jì)的教科書，深入淺出是這本書的特點(diǎn)。對(duì)于資深的LED照明電源設(shè)計(jì)工程師，同樣可以學(xué)習(xí)、參考、借鑒！

第一講《LED主要參數(shù)與特性》
LED本質(zhì)是電流驅(qū)動(dòng)器件，也就是說，它的光強(qiáng)度隨著正向電流IF的變化而變化。光的顏色同樣也是由正向電流來決定，LED正向電壓VF ，也會(huì)影響顏色的變化。于是，為了達(dá)到所需要光的顏色和亮度，有必要采用恒流驅(qū)動(dòng) LED。一個(gè)簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)的框架可以由一個(gè)電壓源和一個(gè)限流電阻組成。這種方法最適合于窄輸入電源，小電流的應(yīng)用，這時(shí)候的 LED的正向壓降略低于輸入電壓。但是當(dāng)輸入電壓變化或者LED的正向壓降升高時(shí)，電流就會(huì)變化，因此光的強(qiáng)度和顏色就會(huì)改變。

LED是利用化合物材料制成PN結(jié)的光電器件。它具備PN結(jié)結(jié)型器件的電學(xué)特性：I-V特性、C-V特性和光學(xué)特性：光譜響應(yīng)特性、發(fā)光光強(qiáng)指向特性、時(shí)間特性以及熱學(xué)特性。第一講我們關(guān)注LED的物理結(jié)構(gòu)，發(fā)光范圍，效率，發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用。

第二講《照明用LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》

驅(qū)動(dòng) LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會(huì)隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個(gè)體、不同批次、不同供應(yīng)商的LED正向電壓也會(huì)有差異；另外，LED 的“色點(diǎn)”也會(huì)隨著電流及溫度的變化而漂移。

另外，應(yīng)用中通常會(huì)使用多顆 LED，這就涉及到多顆 LED 的排列方式問題。各種排列方式中， 首選驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的單串 LED， 因?yàn)檫@種方式不論正向電壓如何變化、 輸出電壓(Vout)如何“漂移”，均提供極佳的電流匹配性能。當(dāng)然，用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向電壓的應(yīng)用，并獲得其它優(yōu)勢(shì)。如在交叉連接中，如果其中某個(gè) LED 因故障開路，電路中僅有 1 個(gè) LED 的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)加倍，從而盡量減少對(duì)整個(gè)電路的影響。

LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED 的電流， 而無論輸入及輸出電壓如何變化。最常用的是采用變壓器來進(jìn)行電氣隔離。第二講論述了LED 照明設(shè)計(jì)需要考慮的因素。

第三講《利用降壓結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)》

隨著LED的廣泛應(yīng)用，在很多地方線性電源這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足需求。一般情況下，當(dāng)用電阻的方式設(shè)定LED所需的正向電流的時(shí)候，這種簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式可以連續(xù)的由電源向負(fù)載提供能量。由于LED的電流與電阻上的相同，所以電阻上產(chǎn)生的功耗會(huì)隨輸入電壓的增加而增加。例如，一個(gè)用線性電源驅(qū)動(dòng)的LED，效率為70%，用5V線性電源提供1A電流給一個(gè)典型的白光InGaN LED(VF=3.5V)。在相同的工作條件下，當(dāng)輸入電壓上升到12V時(shí)，它的效率將會(huì)降到30%。在如此低效率的情況下是無法應(yīng)用的。

而基于降壓的結(jié)構(gòu)可以與很多環(huán)路控制結(jié)構(gòu)很好的匹配，而且不用考慮穩(wěn)定性的限制，滯回控制適合在開關(guān)頻率變化比較快和輸入范圍比較小的情況下應(yīng)用。這種特性剛好滿足LED對(duì)電源的要求。

降壓LED驅(qū)動(dòng)的很多特點(diǎn)使其變得很有吸引力。它可以很容易設(shè)置成電流源，也可以實(shí)現(xiàn)最少的外圍元器件，器件少可以使得設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，提高驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性，也可以減少成本。降壓結(jié)構(gòu)的LED適合很多種控制方式使其應(yīng)用的靈活性比較高。它輸出可以省略輸出電容，也可以與其他不同的調(diào)光方式進(jìn)行很好的匹配，這些特點(diǎn)可以允許它在高速調(diào)光和寬范圍調(diào)光的情況下應(yīng)用。在應(yīng)用允許的情況下，所有的這些特點(diǎn)使得降壓LED驅(qū)動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有了很多的選擇。
什么樣的應(yīng)用條件不允許使用這種結(jié)構(gòu)呢？例如家用或商用的照明需要上千流明，設(shè)計(jì)一種方法來驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED串。LED串上的總的正向壓降等于其中每個(gè)LED正向壓降之和。在一些情況下，系統(tǒng)的輸入電壓范圍可能比一串LED的正向壓降低，或者有的時(shí)候高有的時(shí)候低。這些情況下有可能會(huì)需要升壓結(jié)構(gòu)，也有可能會(huì)需要降-升壓開關(guān)調(diào)整器。

第四講《利用Boost和Buck-Boost實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)》

LED光源生產(chǎn)商和設(shè)計(jì)者經(jīng)常會(huì)提到固態(tài)發(fā)光的應(yīng)用最明顯的優(yōu)勢(shì)就像是“樹上掛得很低的水果”。例如花園路徑照明或者M(jìn)R16杯燈常常只需要一些甚至只要一個(gè)LED。對(duì)于低壓來說，最通用的電壓是12 VDC、24 VDC和12 VAC。這些應(yīng)用常常要用到一個(gè)Buck調(diào)節(jié)器。雖然如前所述，Buck是首選，但是在LED照明應(yīng)用中，隨著LED數(shù)量的增加，Boost調(diào)節(jié)器也得到了越來越多的應(yīng)用。設(shè)計(jì)者們不再滿足于手電筒或者單個(gè)杯燈應(yīng)用，而把目光投到大尺寸通用照明和達(dá)到幾千流明的照明系統(tǒng)。例如街燈、公寓和商業(yè)照明、體育場(chǎng)照明和建筑內(nèi)外裝飾照明。

由于Boost和Buck-boost調(diào)節(jié)器的高度復(fù)雜性及其外圍電路、低效（特別是Buck-boost）和控制拓?fù)涞倪x擇不足，致使它們都不是轉(zhuǎn)換LED驅(qū)動(dòng)的首選。但是它們都是LED越來越多的照明應(yīng)用必不可少的。某些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以用buck或者甚至是線性以調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)的LED驅(qū)動(dòng)來替代。比如類似于街燈的大型光源需要一百甚至更多的1W＋ LED。一般來說，針對(duì)通用照明的LED從低功耗走向高功耗，并且在其中間舞臺(tái)，比如汽車前燈和小型光部件，boost和buck-boost調(diào)節(jié)器代表了常電流驅(qū)動(dòng)的最佳選擇。

第五講《使用PWM調(diào)光》

不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來驅(qū)動(dòng)LED，它們的共同思路都是用驅(qū)動(dòng)電路來控制光的輸出。一些應(yīng)用只是簡(jiǎn)單地來實(shí)現(xiàn)“開”和“關(guān)”地功能，但是更多地應(yīng)用需求是要從0到100%調(diào)節(jié)光的亮度，而且經(jīng)常要有很高的精度。設(shè)計(jì)者主要有兩個(gè)選擇：線性調(diào)節(jié)LED電流（模擬調(diào)光），或者使用開關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值（數(shù)字調(diào)光）。使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來設(shè)置周期和占空度可能是最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法，并且Buck調(diào)節(jié)器拓?fù)渫軌蛱峁┮粋€(gè)最好的性能。

LED光源的單純控制需要設(shè)計(jì)的初始階段就要非常小心。光源越復(fù)雜，就越要用PWM調(diào)光。這就需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者謹(jǐn)慎思考LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)?。Buck調(diào)節(jié)器為PWM調(diào)光提供了很多優(yōu)勢(shì)。如果調(diào)光頻率必須很高或者信號(hào)轉(zhuǎn)換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調(diào)節(jié)器就是最好的選擇。

大講臺(tái)的最后一講整理了一些設(shè)計(jì)實(shí)例技巧《LED照明電源電路設(shè)計(jì)問答精粹》，希望能夠?qū)ED電源設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)工作有所幫助！