現xian階jie段duan節jie能neng已yi經jing成cheng為wei一yi種zhong硬ying性xing的de要yao求qiu，不bu是shi一yi種zhong選xuan擇ze，而er其qi中zhong一yi部bu分fen需xu要yao采cai用yong環huan保bao綠lv色se的de方fang式shi去qu實shi現xian節jie能neng。對dui於yu照zhao明ming來lai說shuo，我wo們men可ke以yi很hen容rong易yi的de設she想xiang全quan球qiu照zhao明ming提ti高gao10%的效率後所帶來的影響
，但是提高100%呢？

很多因素使得LED成為令人關注的高性能現代電子技術。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品的應用。此外，LED快速的開關特(te)性(xing)在(zai)機(ji)動(dong)車(che)尾(wei)燈(deng)的(de)應(ying)用(yong)上(shang)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)完(wan)美(mei)的(de)體(ti)現(xian)。尤(you)其(qi)是(shi)刹(sha)車(che)燈(deng)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)
，它(ta)可(ke)以(yi)給(gei)駕(jia)駛(shi)者(zhe)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)反(fan)映(ying)時(shi)間(jian)，提(ti)高(gao)駕(jia)車(che)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。由(you)於(yu)LED不含有鉛和汞，在背光應用上，紅綠藍三原色LED滿足了ROHS 標準。由於具有較寬的色域，LED照明使全光譜光源變得容易。LED的de獨du特te之zhi處chu是shi它ta的de壽shou命ming很hen長chang，這zhe一yi特te性xing使shi得de它ta可ke以yi應ying用yong到dao對dui長chang期qi的de穩wen定ding性xing能neng有you較jiao高gao要yao求qiu的de地di方fang，例li如ru交jiao通tong燈deng。視shi覺jiao處chu理li係xi統tong需xu要yao聚ju焦jiao，閃shan光guang，和he單dan色se光guang源yuan——LED 非常適合應用這種場合。LED 由you於yu它ta簡jian單dan易yi實shi現xian，光guang動dong態tai調tiao諧xie特te性xing好hao，在zai臥wo室shi裏li

，當dang你ni要yao放fang鬆song時shi，你ni可ke以yi將jiang它ta設she置zhi成cheng綠lv光guang，當dang要yao看kan鬥dou牛niu節jie目mu的de時shi候hou
，可ke以yi設she置zhi成cheng紅hong光guang。

LED照明係統是一個電光轉換係統
，其電光轉換過程從供電部分開始，依次包括原始電源（“動力源泉”）、電源管理與變換、傳感與控製、驅動器、熱管理、LED及其混光、散射和光學提取等部分。其中，由原始電源（如電池）和控製與驅動電路組成的LED供電係統是LED工作的必要條件。LED的供電係統從廣義上講就是LED的“電源”。

電子元件技術網推出本期LED電源設計大講台，共5講
，從最基本的LED基礎知識入手，依次介紹LED驅動電源設計基本原則及三種驅動方式
；最後列舉設計實例技巧。

對於出入LED照明行業的年輕工程師而言
，這一係列的文章能夠提供給他們係統的LED基礎知識及驅動電路架構的設計知識。本次LED電源設計大講台的內容豐富，就像一本LED照明設計的教科書，深入淺出是這本書的特點。對於資深的LED照明電源設計工程師，同樣可以學習
、參考、借鑒！

第一講《LED主要參數與特性》
LED本質是電流驅動器件，也就是說，它的光強度隨著正向電流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 ，也會影響顏色的變化。於是，為了達到所需要光的顏色和亮度，有必要采用恒流驅動 LED。一個簡單的LED驅動的框架可以由一個電壓源和一個限流電阻組成。這種方法最適合於窄輸入電源，小電流的應用，這時候的 LED的正向壓降略低於輸入電壓。但是當輸入電壓變化或者LED的正向壓降升高時
，電流就會變化
，因此光的強度和顏色就會改變。

LED是利用化合物材料製成PN結的光電器件。它具備PN結結型器件的電學特性：I-V特性、C-V特性和光學特性：光譜響應特性

、發光光強指向特性
、時間特性以及熱學特性。第一講我們關注LED的物理結構，發光範圍，效率，發光二極管驅動和應用。

第二講《照明用LED驅動電源設計基礎》

驅動 LED 麵臨著不少挑戰

，如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個體、不同批次、不同供應商的LED正向電壓也會有差異
；另外
，LED 的“色點”也會隨著電流及溫度的變化而漂移。

另外，應用中通常會使用多顆 LED，這就涉及到多顆 LED 的排列方式問題。各種排列方式中
， 首選驅動串聯的單串 LED， 因為這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。當然，用戶也可以采用並聯
、串聯-並聯組合及交叉連接等其它排列方式，用於需要“相互匹配的”LED 正向電壓的應用，並獲得其它優勢。如在交叉連接中，如果其中某個 LED 因故障開路，電路中僅有 1 個 LED 的驅動電流會加倍
，從而盡量減少對整個電路的影響。

LED 的排列方式及LED 光源的規範決定著基本的驅動器要求。LED 驅動器的主要功能就是在一定的工作條件範圍下限製流過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行電氣隔離。第二講論述了LED 照明設計需要考慮的因素。

第三講《利用降壓結構實現LED驅動》

隨著LED的廣泛應用，在很多地方線性電源這種簡單的結構已經不能滿足需求。一般情況下
，當用電阻的方式設定LED所需的正向電流的時候，這種簡單的驅動方式可以連續的由電源向負載提供能量。由於LED的電流與電阻上的相同，所以電阻上產生的功耗會隨輸入電壓的增加而增加。例如，一個用線性電源驅動的LED，效率為70%，用5V線性電源提供1A電流給一個典型的白光InGaN LED(VF=3.5V)。在相同的工作條件下，當輸入電壓上升到12V時，它的效率將會降到30%。在如此低效率的情況下是無法應用的。

而(er)基(ji)於(yu)降(jiang)壓(ya)的(de)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)與(yu)很(hen)多(duo)環(huan)路(lu)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)很(hen)好(hao)的(de)匹(pi)配(pei)，而(er)且(qie)不(bu)用(yong)考(kao)慮(lv)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)限(xian)製(zhi)
，滯(zhi)回(hui)控(kong)製(zhi)適(shi)合(he)在(zai)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)比(bi)較(jiao)快(kuai)和(he)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)比(bi)較(jiao)小(xiao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)應(ying)用(yong)。這(zhe)種(zhong)特(te)性(xing)剛(gang)好(hao)滿(man)足(zu)LED對電源的要求。

降壓LED驅qu動dong的de很hen多duo特te點dian使shi其qi變bian得de很hen有you吸xi引yin力li。它ta可ke以yi很hen容rong易yi設she置zhi成cheng電dian流liu源yuan
，也ye可ke以yi實shi現xian最zui少shao的de外wai圍wei元yuan器qi件jian，器qi件jian少shao可ke以yi使shi得de設she計ji變bian得de簡jian單dan，提ti高gao驅qu動dong的de穩wen定ding性xing
，也ye可ke以yi減jian少shao成cheng本ben。降jiang壓ya結jie構gou的deLED適(shi)合(he)很(hen)多(duo)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)使(shi)其(qi)應(ying)用(yong)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)比(bi)較(jiao)高(gao)。它(ta)輸(shu)出(chu)可(ke)以(yi)省(sheng)略(lve)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)
，也(ye)可(ke)以(yi)與(yu)其(qi)他(ta)不(bu)同(tong)的(de)調(tiao)光(guang)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)很(hen)好(hao)的(de)匹(pi)配(pei)，這(zhe)些(xie)特(te)點(dian)可(ke)以(yi)允(yun)許(xu)它(ta)在(zai)高(gao)速(su)調(tiao)光(guang)和(he)寬(kuan)範(fan)圍(wei)調(tiao)光(guang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)應(ying)用(yong)。在(zai)應(ying)用(yong)允(yun)許(xu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，所(suo)有(you)的(de)這(zhe)些(xie)特(te)點(dian)使(shi)得(de)降(jiang)壓(ya)LED驅動的拓撲結構有了很多的選擇。
什麼樣的應用條件不允許使用這種結構呢
？例如家用或商用的照明需要上千流明，設計一種方法來驅動一個LED串。LED串上的總的正向壓降等於其中每個LED正向壓降之和。在一些情況下
，係統的輸入電壓範圍可能比一串LED的正向壓降低，或者有的時候高有的時候低。這些情況下有可能會需要升壓結構，也有可能會需要降-升壓開關調整器。

第四講《利用Boost和Buck-Boost實現LED驅動》

LED光源生產商和設計者經常會提到固態發光的應用最明顯的優勢就像是“樹上掛得很低的水果”。例如花園路徑照明或者MR16杯燈常常隻需要一些甚至隻要一個LED。對於低壓來說，最通用的電壓是12 VDC、24 VDC和12 VAC。這些應用常常要用到一個Buck調節器。雖然如前所述，Buck是首選，但是在LED照明應用中，隨著LED數量的增加，Boost調(tiao)節(jie)器(qi)也(ye)得(de)到(dao)了(le)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)。設(she)計(ji)者(zhe)們(men)不(bu)再(zai)滿(man)足(zu)於(yu)手(shou)電(dian)筒(tong)或(huo)者(zhe)單(dan)個(ge)杯(bei)燈(deng)應(ying)用(yong)，而(er)把(ba)目(mu)光(guang)投(tou)到(dao)大(da)尺(chi)寸(cun)通(tong)用(yong)照(zhao)明(ming)和(he)達(da)到(dao)幾(ji)千(qian)流(liu)明(ming)的(de)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)。例(li)如(ru)街(jie)燈(deng)、公寓和商業照明、體育場照明和建築內外裝飾照明。

由於Boost和Buck-boost調節器的高度複雜性及其外圍電路
、低效（特別是Buck-boost）和控製拓撲的選擇不足，致使它們都不是轉換LED驅動的首選。但是它們都是LED越來越多的照明應用必不可少的。某些係統結構可以用buck或者甚至是線性以調節器為基礎的LED驅動來替代。比如類似於街燈的大型光源需要一百甚至更多的1W＋ LED。一般來說，針對通用照明的LED從低功耗走向高功耗，並且在其中間舞台，比如汽車前燈和小型光部件，boost和buck-boost調節器代表了常電流驅動的最佳選擇。

第五講《使用PWM調光》

不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調節器來驅動LED，它們的共同思路都是用驅動電路來控製光的輸出。一些應用隻是簡單地來實現“開”和“關”地功能
，但是更多地應用需求是要從0到100%調節光的亮度，而且經常要有很高的精度。設計者主要有兩個選擇：線性調節LED電流（模擬調光）
，或者使用開關電路以相對於人眼識別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值（數字調光）。使用脈衝寬度調製（PWM）來設置周期和占空度可能是最簡單的實現數字調光的方法，並且Buck調節器拓撲往往能夠提供一個最好的性能。

LED光源的單純控製需要設計的初始階段就要非常小心。光源越複雜，就越要用PWM調光。這就需要係統設計者謹慎思考LED驅動拓撲。Buck調節器為PWM調光提供了很多優勢。如果調光頻率必須很高或者信號轉換率必須很快，或者二者都需要
，那麼Buck調節器就是最好的選擇。

大講台的最後一講整理了一些設計實例技巧《LED照明電源電路設計問答精粹》，希望能夠對LED電源設計工程師的設計工作有所幫助！