當LED驅動器需要切相調光(phasecutdimming)和功率因數校正等附加功能時，設計就會變得非常複雜。不帶功率因數校正功能的非調光LED驅動器一般包括一個離線開關電源，用其進行調節以實現恒流輸出。這與標準離線開關電源和在AC-DC適配器中通用的型號並無太大差異。這種設計可以采用標準的SMPS(開關電源)電路拓樸，如降壓、升壓或反激式轉換器等。

2009年12月3日，美國能源局(DOE)為一體化LED燈項目發布了"能源之星"規格的最終版，規定在美國應用的LED驅動器的功率因數必須優於0.7，而工業應用則預計要優於0.9。目前市場的許多產品尚不能滿足這樣的要求，因此未來需要用更先進的產品來進行替代。有兩種方式可以實現功率因數校正(PFC)

，每種都要求在電源轉換器的前端增加一些附加電路：簡單的低成本無源PFC

，以及更複雜的有源PFC。

在更深入研究這些方法之前
，需要強調的一點是為了獲得"能源之星"評級，LED驅動必須是可調光的。

一(yi)般(ban)而(er)言(yan)，這(zhe)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)其(qi)可(ke)調(tiao)性(xing)會(hui)源(yuan)於(yu)現(xian)有(you)的(de)基(ji)於(yu)切(qie)相(xiang)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)的(de)牆(qiang)式(shi)電(dian)子(zi)調(tiao)光(guang)器(qi)
，這(zhe)一(yi)原(yuan)理(li)最(zui)初(chu)是(shi)用(yong)來(lai)設(she)計(ji)純(chun)阻(zu)抗(kang)白(bai)熾(chi)燈(deng)。盡(jin)管(guan)其(qi)它(ta)調(tiao)光(guang)方(fang)法(fa)
，如(ru)線(xian)性(xing)0-10V調光或DALI也可能合乎要求，但是它們可能都僅限於高端工業類LED驅動器。

到目前為止
，切相調光器的應用相當廣泛，很顯然
，能夠有效調光的LED燈將具有極大的優勢。由於市場上還有許多基於三端雙向可控矽開關的低成本調光器，因此保證LED驅動器與所有類別相兼容是不現實的
，特別是許多調光器僅采用基本設計，性能十分有限。基於這樣的原因
，"能源之星"項目僅要求LED驅動器廠商在一個網頁中詳細說明哪些調光器可以與其產品相兼容。

在"能源之星"規格中
，值得注意的另外一個要求是LED的工作頻率必須大於150Hz
，以消除出現可見閃爍的可能性。這就意味著給LED供電的輸出電流中不能帶有任何大量的頻率是線性頻率(50Hz或60Hz)兩倍的紋波。

在如辦公室照明、公共建築和街區照明等離線應用中，越來越多的應用中采用LED照明，並且在未來幾年裏仍將保持這一趨勢。在這些應用中，大功率LED會取代線性或大功率CFL熒光燈、HID燈以及白熾燈。這些應用需要一個LED驅動器
，其典型功率範圍為25W至150W。在許多情況中，LED負載都由一個的高亮度白光LED陣列組成，通常采用多種形式的芯片封裝。用於驅動這些負載的DC電流通常至少為1安培。實際也有AC電流驅動的LED係統，但是一般認為DC係統可以為LED提供更理想的驅動條件。

在LED照(zhao)明(ming)設(she)備(bei)中(zhong)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)
，以(yi)防(fang)止(zhi)在(zai)可(ke)以(yi)接(jie)觸(chu)到(dao)的(de)地(di)方(fang)發(fa)生(sheng)觸(chu)電(dian)危(wei)險(xian)，這(zhe)種(zhong)危(wei)險(xian)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)都(dou)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)，除(chu)非(fei)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)絕(jue)緣(yuan)的(de)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)。這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)與(yu)日(ri)光(guang)燈(deng)照(zhao)明(ming)設(she)備(bei)等(deng)不(bu)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)絕(jue)緣(yuan)來(lai)實(shi)現(xian)安(an)全(quan)性(xing)的(de)產(chan)品(pin)不(bu)同(tong)
，LED芯片需要與金屬散熱器連接。為了實現良好的熱傳導性
，需要在LED芯片和散熱器之間形成熱障
，這樣就無需通過添加絕緣材料來滿足絕緣要求。因此，在LED驅動器內部形成絕緣就是最佳選擇，同時也說明了電源轉換器拓樸技術是可行的。

兩種可能方案分別是反激式轉換器或包括一個PFC級的多級轉換器，然後是絕緣和降壓級
，最後是後端電流調整級。兩種方案之中，反激式因其相對簡易且成本較低，應用比較廣泛。

反激式轉換器為許多應用提供了良好的解決方案(圖1)，然而，它卻具有如下的局限性：有限的功率因數校正能力;在寬輸入電壓範圍上效率有限;兩倍線頻(<150Hz))時的輸出紋波很難消除；需要通過附加電路進行調光。 [page]
盡管多級設計(圖2)的額外成本限製了其在高端產品中的應用，但這種設計卻可以克服其中的一些問題。在較寬的AC輸出電壓範圍內，其可以實現高功率因數和較低的總諧波失真(THD)
，從而使相同的LED驅動器可以利用110V、120V
、220V、240V或277V的主電源供電。
能(neng)夠(gou)在(zai)很(hen)寬(kuan)的(de)範(fan)圍(wei)上(shang)保(bao)持(chi)高(gao)效(xiao)率(lv)，而(er)不(bu)是(shi)使(shi)效(xiao)率(lv)在(zai)一(yi)個(ge)特(te)定(ding)線(xian)負(fu)載(zai)點(dian)上(shang)達(da)到(dao)峰(feng)值(zhi)，但(dan)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)卻(que)又(you)大(da)幅(fu)下(xia)降(jiang)。同(tong)時(shi)
，它(ta)也(ye)更(geng)易(yi)於(yu)降(jiang)低(di)150Hz下的紋波輸出
，多級係統使其自身能夠更加高效的采用不同的調光方式。

本文其餘部分將深入探討寬電壓輸入範圍
、絕緣、可調光、穩壓DC輸出多級LED驅動設計原則，主要針對25W至150W範圍的應用。該實例中的多級LED驅動器將分為三個部分：前端
，功率因數校正(PFC)部分;絕緣和步降部分;後端，電流調製部分。

前端部分包括一個升壓轉換器
，配置采用一個功率因數校正做預調節
，在輸出端提供一個高壓DC總線，在電壓或負載的各種變化範圍上
，將其穩定到一個固定的電壓。由於穩壓控製回路響應很慢，使得ACxianpinlvdexuduozhouqidouhuishoudaofuzaibianhuadeyingxiang，tazhixishouleyigejibendezhengxianxianshurudianliu。zhegedianludianxingyibangongzuozailinjiedaotongmoshi
，fouzejiubeirenweishizhuanhuanmoshi。zaizhezhongmoshizhong，PWM關(guan)斷(duan)周(zhou)期(qi)和(he)由(you)此(ci)形(xing)成(cheng)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)是(shi)可(ke)變(bian)的(de)
，所(suo)以(yi)
，當(dang)存(cun)儲(chu)在(zai)升(sheng)壓(ya)電(dian)感(gan)器(qi)中(zhong)的(de)所(suo)有(you)能(neng)量(liang)傳(chuan)輸(shu)到(dao)輸(shu)出(chu)端(duan)時(shi)，新(xin)的(de)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)才(cai)開(kai)始(shi)。這(zhe)種(zhong)共(gong)振(zhen)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，而(er)且(qie)由(you)於(yu)它(ta)的(de)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)最(zui)小(xiao)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)了(le)高(gao)效(xiao)率(lv)。在(zai)指(zhi)定(ding)的(de)功(gong)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)是(shi)最(zui)佳(jia)方(fang)式(shi)。

中間級將高壓DC總線電壓(典型值在475V左右)轉換成為適用於驅動LED負載的低壓輸出。基於安全方麵的考慮
，LED負載通常采用低壓驅動，因此驅動電路通常最小值為1安培。這裏所推薦的絕緣和降壓級配置是一種諧振半橋，包括一對用相互反相的信號驅動開關MOSFET。高頻降壓變壓器初級繞阻的一端接到這兩個開關管的的中點，而另一端與DC總zong線xian至zhi地di回hui路lu的de電dian容rong分fen頻pin網wang絡luo相xiang連lian接jie。通tong過guo這zhe種zhong方fang式shi，變bian壓ya器qi初chu級ji可ke以yi看kan到dao一yi個ge正zheng負fu電dian壓ya振zhen幅fu相xiang等deng的de方fang波bo。二er次ci繞rao阻zu將jiang采cai用yong中zhong心xin抽chou頭tou，這zhe樣yang兩liang個ge二er極ji管guan整zheng流liu器qi即ji可ke用yong於yu將jiang輸shu出chu電dian流liu轉zhuan換huan到daoDC。其中輸出電流高到可以用MOSFET取代整流二極管，從而作為同步整流係統的方式運行。在采用3安培電流的典型應用中，在30度的環境溫度下，同步MOSFET的表麵溫度比采用相同封裝的肖特基二極管的溫度更低。

我們可以看出，隨著電流要求的增長，同步整流的熱優勢就變得更為顯著。最後

，還需要一個平滑電容，以產生絕緣的低紋波DC電壓。這個電容的容值為數十法拉的級別
，因此要采用陶瓷電容器。

為了使半橋級效率更高，在設計中，應該使其工作在諧振模式，其中MOSFET在零電壓(ZVS)條件下開關。要實現這一點就必須保證一個MOSFET關斷而另一個MOSFET開啟之間有一個短時延，並且在這段時延電壓從一個軌整流換向到另一條軌的中間點。這是因為電感器中能量的釋放並通過MOSFET中的體二極管進行傳導。變壓器的初級設計中，有必要保持足夠的漏電感，從而可以存儲更多的能量
，從而可以進行能量交換。

這zhe樣yang
，變bian壓ya器qi的de設she計ji就jiu會hui變bian得de更geng加jia複fu雜za，而er避bi免mian這zhe些xie問wen題ti的de一yi個ge簡jian單dan方fang法fa就jiu是shi采cai用yong一yi個ge標biao準zhun的de高gao頻pin變bian壓ya器qi設she計ji，無wu需xu為wei其qi設she計ji增zeng加jia額e外wai的de漏lou電dian感gan，僅jin僅jin需xu要yao增zeng加jia一yi個ge與yu初chu級ji電dian感gan平ping行xing的de另ling外wai一yi個ge電dian感gan來lai促cu進jin能neng量liang交jiao換huan。這zhe個ge額e外wai的de電dian感gan也ye可ke以yi用yong於yu幫bang助zhu基ji於yu三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong開kai關guan的de調tiao光guang器qi進jin行xing調tiao光guang操cao作zuo
，並bing為wei調tiao整zheng提ti供gong了le額e外wai的de成cheng本ben和he空kong間jian。我wo們men還hai將jiang對dui此ci做zuo進jin一yi步bu的de探tan討tao。這zhe樣yang的de電dian感gan器qi可ke以yi采cai用yong開kai氣qi隙xi磁ci芯xin或huo開kai口kou磁ci芯xin來lai增zeng加jia儲chu能neng。

LED驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)後(hou)端(duan)級(ji)包(bao)括(kuo)帶(dai)有(you)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)流(liu)調(tiao)製(zhi)電(dian)路(lu)。這(zhe)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)線(xian)性(xing)調(tiao)製(zhi)電(dian)路(lu)來(lai)實(shi)現(xian)，但(dan)僅(jin)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)還(hai)不(bu)夠(gou)，它(ta)隻(zhi)適(shi)用(yong)於(yu)低(di)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)，不(bu)可(ke)用(yong)於(yu)多(duo)級(ji)係(xi)統(tong)。備(bei)選(xuan)方(fang)案(an)是(shi)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi)電(dian)路(lu)
，利(li)用(yong)電(dian)流(liu)反(fan)饋(kui)來(lai)限(xian)製(zhi)每(mei)個(ge)超(chao)過(guo)目(mu)標(biao)LED驅動電流的輸出電流。這樣可以補償在溫度和器件容差帶來的總的LED正向電壓的變化，同時也限製了短路或其它故障情況下的電流
，保護驅動器不受損傷。

在多個輸出級都與由前一級供電的單獨的隔離DCdianyaxianglianjieshi，yekeyicaiyongduojitongdaodefangshi。yinweizaizheyangdeshejizhong，yigetongdaochuxianshuchuduanlubuhuifangaiqitatongdaodezhengchangyunxing。erqie
，zhehaiyunxujiangjigetongdaodetiaozhidianliutigonggeibutongdeLED陣列，並且省去了對於連接平行LED陣列的需要。眾所周知，如果LED不能在相近的溫度條件下有相似的正向壓降
，那麼並行連接LED將會出現問題
，這時采用帶有多個獨立輸出的驅動器的優勢就顯而易見了。
[page]
TRIAC調光器的缺點

xianyoudedaduoshutiaoguangqiyibankecaiyongqianyanqiexiangfangshigongzuo
，caiyongyigefeichangjiandandejiyusanduanshuangxiangkekongguikaiguandedianlu。zhexietiaoguangqizuichushejizhishiyuzuoweidianzufuzaidebaichidengyiqishiyong。
三(san)端(duan)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)是(shi)一(yi)個(ge)半(ban)導(dao)體(ti)開(kai)關(guan)，它(ta)隻(zhi)有(you)當(dang)給(gei)其(qi)第(di)三(san)個(ge)門(men)極(ji)加(jia)脈(mai)衝(chong)使(shi)其(qi)觸(chu)發(fa)之(zhi)後(hou)，其(qi)兩(liang)個(ge)主(zhu)要(yao)端(duan)子(zi)之(zhi)間(jian)可(ke)以(yi)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)方(fang)向(xiang)傳(chuan)導(dao)電(dian)流(liu)。這(zhe)個(ge)脈(mai)衝(chong)可(ke)以(yi)具(ju)有(you)任(ren)意(yi)一(yi)個(ge)極(ji)性(xing)，因(yin)此(ci)易(yi)於(yu)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)基(ji)本(ben)的(de)RC計時電路進行創建。其工作原理包括：

在AC線xian周zhou期qi的de一yi個ge點dian上shang觸chu發fa三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan，這zhe樣yang它ta將jiang一yi直zhi導dao通tong到dao周zhou期qi的de結jie束shu，周zhou期qi結jie束shu時shi線xian性xing電dian壓ya降jiang為wei零ling，接jie著zhe流liu經jing三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan電dian流liu也ye將jiang為wei零ling，三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan會hui再zai次ci關guan閉bi。三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan器qi件jian具ju有you最zui小xiao的de額e定ding保bao持chi電dian流liu
，低di於yu這zhe個ge電dian流liu，開kai關guan將jiang關guan閉bi。調tiao節jie電dian路lu中zhong的de電dian位wei器qi控kong製zhi調tiao節jie器qi電dian路lu中zhong三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan的de開kai通tong點dian，並bing且qie通tong過guo實shi現xian調tiao光guang改gai變bian整zheng體ti的de平ping均junAC電流。

然而，即使它們包括一個功率因數校正前端

，LEDzhuanhuanqiheqitadianyuanhuodianzizhenliuqiyebuhuichengweitiaoguangqidechundianzufuzai。dangtiaoguangshuipingbeijiangdishi，tiaoguangqizhongdesanduanshuangxiangkekongguikaiguankenenghuibuguilvbeijifahuocuoguokaiguanzhouqi。yingxiangzhezhongxingnengdeyinsufeichangfuza
，youyuwomenyijingzhaodaoleyigejiandandejiejuefangan，keyizaiduojixitongzhongzuidachengdudekefuzhezhongwenti，yincizaizhelimeiyoubiyaojinxingshenrufenxi。

無需將降壓變壓器的初級側中的整流換向電感器返回到電容分壓器的中點，電流即可以通過一個DC分隔電容器流回到線輸入。這就在ACxianxunhuanjieshuqian
，tigongleshaoliangdeewaidianliu，zhexiedianliujiangshisanduanshuangxiangkekongguikaiguanchuyukaiqizhuangtai，bingshiqizaisuoyaoqiudetiaoguangfanweineiyunxing。zheyijiejuefangantongguoliyongnaxiejiangbeilangfeidedianliu，tongguojiyusanduanshuangxiangkekongguikaiguandetiaoguangqibangzhutiaoguang。(圖3)
利用這種方式調光是切實可行的，因為隨著調光級別的降低，前端級的輸出總線電壓也在降低。這就使得次級電壓也下降
，由於LED負載有固定的總壓降，電壓中的一個微小變化也將引起電流以及光輸出的巨大變化。

通過這種方式，實現了LED的線性調光，由此滿足了更為複雜的PWM調光電路的要求並避免了可能的專利侵權。盡管調光器兼容性需要損失一定的效率，但多級配置仍是更高性能LED驅動器設計的絕佳選擇。

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