國內外通用LED 照明的一個顯著特點是
，光源通常由數量較大的多顆LED 芯片構成，LED自身的特性決定了LED適合恒流驅動，這一點已得到國內外專家學者的共識。LED驅動方式主要是單路恒壓輸出(光源內置恒流源)、單路恒流輸出、單路恒壓源配置多路DC/ DC 恒流輸出等方案。

 

1.1　單輸出恒流驅動

 

將LED光源作為單組負載由單輸出電源進行驅動是最簡單的LED驅動控製方式。構成LED 光源的多顆LED 有多種連接方式。下圖1所示的是所有的LED負載串聯的連接方式，單輸出電源為恒流源特性驅動LED 燈。由於光源串聯，因此不存在均流問題，但當LEDchuanlianshuliangjiaodashi，guangyuandianyajiangzenggao，guogaodeguangyuandianyayaoqiudengjuzhengtifuheanquanbiaozhundejueyuanchengbenzenggao，dengjusanreqihejueyuanyaoqiuyuegao，rezuyeyueda，sanrexiaoguobianchaduiLED 燈壽命會產生影響。

 

 

作為改進
，如下圖2所示的LED燈為網格狀排列結構，這種結構可避免光源的電壓過高，當並聯LED數量較大時，單顆燈開路，對整個LED燈的影響較小，但這種單顆LED直接並聯的方式，LED的電流均衡性差，造成LED光源可靠性降低；同時其中一個LED 短路，與之並聯的LED 都將熄滅。

 

 

如下圖3 所示的結構，LED串聯後再相互並聯
，在沒有LED失效的情況下，該結構均流特性好於圖2所示的網格狀結構
，但如果部分LED發生短路故障時
，會造成多串LED 間嚴重的電流不均衡。

 

 

以上分析可見，單輸出恒流驅動，應用中有一定的局限性，尤其是LED 光源並聯的聯接方式對光源的使用壽命和可靠性將產生較大影響。

 

1.2　多輸出恒流驅動

 

如下圖4 所示的電路結構
，每組LED 負(fu)載(zai)由(you)獨(du)立(li)恒(heng)流(liu)源(yuan)特(te)性(xing)的(de)驅(qu)動(dong)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)是(shi)一(yi)種(zhong)較(jiao)理(li)想(xiang)的(de)方(fang)案(an)
，這(zhe)一(yi)方(fang)麵(mian)解(jie)決(jue)了(le)多(duo)路(lu)輸(shu)出(chu)間(jian)的(de)電(dian)流(liu)不(bu)均(jun)衡(heng)問(wen)題(ti)
，另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)也(ye)克(ke)服(fu)了(le)前(qian)述(shu)單(dan)輸(shu)出(chu)恒(heng)流(liu)驅(qu)動(dong)的(de)缺(que)點(dian)，但(dan)該(gai)方(fang)案(an)的(de)驅(qu)動(dong)效(xiao)率(lv)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)。

 

 

目前較普遍采用的LED 多路驅動方案如下圖5所示，在單輸出恒壓源的輸出端口，配置若幹級非隔離DC/ DC 變換器
，每路LED負載由單獨的DC/DC變換器實現恒流驅動控製。該方案存在的缺點是，DC/ DC 變換器電路較為複雜，成本相對偏高，可靠性偏低；每增加一級DC/ DC 變換器
，驅動效率相應降低，且易伴生電磁幹擾(EMI)；不同類型光源的每路LED 負載的電壓、電流及功率存在差異，通用DC/ DC 變換器的設計很難標準化，給產業化帶來很大不便。

 

 

 

研究認為，LED 在利用電容實現多路恒流驅動的情況下，同時參與電路諧振，改變變換器特性，更容易實現LED 整體的穩定性和可靠性，同時在成本上可以得到大幅度的降低。提出三種新技術方案：

 

2.1 兩級變換實現LED 多路驅動

 

如下圖6 所示主電路采用了兩級變換實現對LED的多路驅動
，電路包含高頻脈衝交流源
、阻抗網絡Z1 和高頻變壓器T0、高頻諧振電容Cb1、雙路整流濾波電路和LED 負載。阻抗網絡Z1 的輸入為高頻脈衝交流源，輸出接高頻變壓器T0原邊
，變壓器副邊的一端串聯諧振電容Cb1，另一端並聯兩路整流濾波電路；二極管D1
、D4 和二極管D2、D3 分別組成的兩個獨立的半波整流電路，以及濾波電容Co1、Co2 相應組成兩路整流濾波電路；濾波電容Co1 和Co2 分別並聯在兩路LED 負載兩端，兩路獨立的半波整流電路分別給兩路LED 負載提供電源。諧振電容Cb1 一方麵與阻抗網絡Z1 組成了高頻諧振網絡
，參與主電路諧振
，另一方麵，當兩路LED 負載出現壓降不平衡時

，還可通過Cb1 來平衡兩路LED 的壓差，使兩路LED 負載工作電流平均值相等。

 

 

如下圖7 所示電路為高頻諧振網絡的實現方式。阻抗網絡包括諧振電感Lr、Lm 和高頻變壓器原邊諧振電容C0，諧振電感Lm 與高頻變壓器T0 原邊並聯
，該並聯環節與諧振電感Lr 和諧振電容C0 串聯，Cb1 為變壓器副邊諧振電容。諧振電感Lr 和Lm 可以是外置的獨立電感，Lr 也可以是高頻變壓器T0 的漏電感，而Lm 則也可以是T0 的勵磁電感。由於諧振電容Cb1 參與主電路的諧振變換，改變了增益曲線，其等效折算到變壓器原邊的取值和原邊諧振電容C0 可比，加快了變換器的響應速度，避免由於大容量電容引起在起機等動態條件下輸出過衝。

 

 

2.2 新型正反激電路實現LED 多路驅動

 

前述技術方案中
，高頻脈衝交流源必須是正負對稱的方波電壓脈衝，以保證諧振電容Cb1 在zai兩liang路lu負fu載zai不bu平ping衡heng時shi起qi到dao較jiao好hao的de均jun流liu作zuo用yong，這zhe樣yang要yao求qiu前qian級ji電dian路lu必bi須xu是shi雙shuang開kai關guan管guan的de橋qiao式shi電dian路lu。作zuo為wei技ji術shu的de進jin一yi步bu突tu破po
，開kai發fa了le一yi種zhong新xin型xing的de正zheng反fan激ji電dian路lu多duo路lu輸shu出chu驅qu動dong拓tuo撲pu
，如ru圖tu8 所示，變壓器原邊采用了單開關管S1
，在變壓器副邊的一個整流回路中串聯高頻電感L1。當原邊開關管S1 導通時
，變壓器Ta1 儲能
，副邊通過電容Cb1，二極管D3，電感L1
，負載A1，二極管D2 構成電流回路
，變壓器工作在正激狀態；當原邊開關管S1 關斷時，變壓器Ta1 釋放能量，副邊通過二極管D1，負載A2
，二極管D4，電容Cb1 構成另一個電流回路，變壓器工作在反激狀態。在正激回路中，諧振電容Cb1

、高頻電感L1 諧振，從而使得二極管D2

、D3 工作在零電流開關狀態，減小二極管的反向恢複損耗
，提高效率。當兩路負載出現壓降不平衡時，電容Cb1 仍然能起到平衡負載電流的作用。

 

 

2.3 PFC 電路備份

 

在中大功率應用場合
，作為前級有源PFC 電路，BOOST升壓電路是最常用的拓撲。

 

由於PFC 電路通過整流電路直接與電網相連
，因此電網裏的浪湧或是雷擊等因素容易造成PFC 電路故障。當PFC 電路故障時，容易造成後級負載不能正常工作，可分為以下兩種情況：第一種情況，後級負載因PFC 電路的故障而斷電造成不能工作
；第二種情況，雖PFC 電路故障但仍能提供電流通路時，由於PFC 電(dian)路(lu)故(gu)障(zhang)使(shi)得(de)其(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)不(bu)再(zai)穩(wen)定(ding)，而(er)是(shi)跟(gen)隨(sui)電(dian)網(wang)的(de)波(bo)動(dong)而(er)變(bian)化(hua)，造(zao)成(cheng)負(fu)載(zai)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)過(guo)大(da)，造(zao)成(cheng)負(fu)載(zai)的(de)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)差(cha)
，比(bi)如(ru)效(xiao)率(lv)降(jiang)低(di)。

 

如何保證PFC 電路損壞後，還能保證後級電路正常工作
，是該技術解決的主要問題。如下圖9
，在PFC電路的輸出串聯一個PFC備份電路，當PFC電路正常工作時
，PFC 電路用來實現功率因數校正功能，PFC 備份電路僅用於提供電流通路；當PFC 電路故障時，PFC 電路僅用於提供電流通路，PFC 備份電路用來穩定輸出電壓。這樣PFC 電路和PFC 備份電路可以有條件地交替工作，保證驅動係統的可靠性。

 

 

 

從LED 照明的可靠性及成本來看，多路驅動的模塊化LED 燈具將成為未來LED 照明的趨勢。目前國內外各研究機構和生產企業進行多路LED驅動電源技術開發，主要是基於新型正反激組合變換器LED 驅qu動dong電dian源yuan研yan究jiu，采cai用yong電dian壓ya型xing變bian頻pin控kong製zhi，三san級ji變bian換huan器qi電dian路lu均jun工gong作zuo在zai臨lin界jie模mo式shi，此ci技ji術shu可ke以yi提ti高gao驅qu動dong電dian源yuan的de可ke靠kao性xing，但dan是shi電dian路lu複fu雜za，成cheng本ben較jiao高gao。本ben研yan究jiu項xiang目mu關guan鍵jian技ji術shu主zhu要yao創chuang新xin點dian在zai於yu：

 

(1)突破傳統三級變換實現LED 的多路驅動思路，采用兩級變換實現對LED 的多路驅動。利用諧振電容參與主電路的諧振變換特性
，改善了變換器的動態響應速度
，減小變換器起機等動態條件下對LED fuzaidechongjidianliu，tigaoqudongdekekaoxing。tongshiliyongxiezhendianrongshixianduiduolushuchufuzaidianliudejunheng
，shixianleduolushuchujiangaojingdudejunliutexing

，juyouchengbendi、體積小
、效xiao率lv高gao等deng特te點dian。新xin型xing的de電dian路lu拓tuo撲pu，解jie決jue了le多duo路lu驅qu動dong電dian路lu開kai路lu及ji短duan路lu保bao護hu問wen題ti
，任ren何he一yi路lu損sun壞huai保bao證zheng其qi它ta路lu輸shu出chu正zheng常chang，最zui大da限xian度du保bao證zheng了le電dian路lu的de可ke靠kao性xing。同tong時shi保bao護hu電dian路lu對duiLED 負載沒有任何衝擊電流，進一步提高電路的可靠性
，降低成本。

 

(2)tichuxinxingdedankaiguanzhengfanjiduolushuchudianlu
，zhudianluyuanbianzhiyouyigekaiguanguanjikeyishixianbianyaqifubianduolushuchudejunliukongzhi，jinyibujiangdiledianluchengben；由於主變壓器實現雙向利用
，減小變壓器體積，提高效率
；副fu邊bian的de均jun流liu電dian容rong不bu僅jin實shi現xian了le多duo路lu輸shu出chu的de均jun流liu控kong製zhi
，同tong時shi和he均jun流liu電dian感gan形xing成cheng諧xie振zhen回hui路lu，從cong而er實shi現xian副fu邊bian整zheng流liu二er極ji管guan的de零ling電dian流liu開kai關guan狀zhuang態tai，降jiang低di二er極ji管guan反fan向xiang恢hui複fu損sun耗hao
，減jian少shao電dian磁ci幹gan擾rao，進jin一yi步bu提ti高gao效xiao率lv。

 

(3)提出PFC 電路的備份思路，前級PFC 電路做了PFC 備份電路，有效解決了現有技術中當PFC 電路故障時易造成後繼電路不能正常工作的問題，且保證了後級負載的工作性能不會受PFC電路故障的影響
，進一步保證驅動係統的可靠性。

 

 

本文研究的多路LED 驅動電源關鍵技術，采用兩級變換實現LED 多路驅動，通過單開關正反激多路輸出電路，隻用一個開關管實現多輸出均流，采用PFC 電路備份，已完成專利申請

，產品主要技術指標：1.多路輸出效率：>0. 92(室溫下)


；2.多路輸出均流度：≤5%(室溫下)；3.功率因數：>0. 98(室溫下，在輸入電壓為110Vac 時) 4.防水等級：IP67
； 5.環境溫度：-30 ~70℃。

 

本文轉載自電源研發精英圈公眾號。