LED 的排列方式以及 LED 光源的规范,共同决定了基本的驱动器要求。LED 驱动器的主要功能,就是在一定的工作条件范围内限制流过 LED 的电流,而无论输入电压及输出电压如何变化,最常用的做法是采用变压器来实现电气隔离。本文主要论述 LED 照明设计时需要重点考虑的各种因素。
一、LED 驱动器通用要求
驱动 LED 面临着不小的挑战:例如 LED 的正向电压会随温度、电流的变化而变化,不同个体、不同批次、不同供应商的 LED 正向电压也会有差异;此外 LED 的“色点”也会随着电流及温度的变化而漂移。
应用中通常会使用多颗 LED,这就牵涉到多颗 LED 的排列方式问题:在各种排列方式中,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”,都能提供极佳的电流匹配性能。
当然,用户也可以采用并联、串联-并联组合以及交叉连接等其他排列方式,用于需要“相互匹配”的 LED 正向电压的应用,并获得其他优势——例如在交叉连接中,如果某个 LED 因故障开路,电路中仅有一个 LED 的驱动电流会加倍,从而把对整个电路的影响降到最低。
LED 排列方式及 LED 光源的规范决定着基本驱动器要求:LED 驱动器的主要功能是在一定工作条件范围内限制流过 LED 的电流,而无论输入输出如何变化。LED 驱动器基本的工作电路如图 1 所示,其中所谓的“隔离”表示交流线路电压与 LED(即输入与输出)之间没有物理上的电气连接,最常用的是采用变压器进行电气隔离;而“非隔离”则没有采用高频变压器进行电气隔离。

图 1 LED 驱动器基本工作电路
值得一提的是,在 LED 照明设计中,AC-DC 电源转换与恒流驱动这两部分电路可以采用不同的配置:
(1)整体式(integral)配置:两者融合在一起,均位于照明灯具内,其优势包括优化能效、简化安装等;
(2)分布式(distributed)配置:两者单独存在,这种配置简化了安全方面的考虑,并增加了灵活性。
LED 驱动器根据不同的应用要求,可以采用恒定电压(CV)输出工作,即输出为一定电流范围下被钳位的电压;也可以采用恒定电流(CC)输出工作,输出设计为能严格限定电流;还可能采用恒流恒压(CCCV)输出工作,即提供恒定输出功率,因此作为负载的 LED 的正向电压会决定其电流。
二、LED 照明设计需要考虑的因素
总的来看,LED 照明设计需要考虑以下几方面的因素:
(1)输出功率:涉及 LED 正向电压范围、电流及 LED 排列方式等;
(2)电源:AC-DC 电源、DC-DC 电源、直接采用 AC 电源驱动;
(3)功能要求:调光要求、调光方式(模拟、数字或多级)、照明控制;
(4)其他要求:能效、功率因数、尺寸、成本、故障处理(保护特性)、需遵从的标准及可靠性等;
(5)更多考虑因素:机械连接、安装、维修/替换、寿命周期、物流等。

图 2 LED 照明驱动系统示意