LED照明電源電路拓補結構的演進過程

　　摘要：本文歷數(shù)了LED照明電源技術的發(fā)展過程，介紹了LED驅(qū)動技術三個發(fā)展階段的主流電路結構，以及這些電路的特點、固有缺陷和被淘汰的原因。然后展示了現(xiàn)在的電路設計者們?yōu)榱烁倪MLED驅(qū)動電源性能而提出的新電路方案，并提出了一種性價比更高的LED 驅(qū)動電源拓補，說明了該結構的優(yōu)勢和實現(xiàn)的可能性。最后，總結LED 驅(qū)動電源技術的發(fā)展趨勢，得出了高品質(zhì)的兩級PFC技術將是未來市場主流的結論。

　　引言

　　2007年以后，由于白光LED的光效提高到了130lm/W^[1]，LED照明大規(guī)模商用成為可能，照明專用的LED驅(qū)動電源正式成為電源領域的新成員。

　　早期的LED電源并沒有今天這樣種類繁多、用途各異的驅(qū)動IC，最早的LED電源工程師們借用DC-DC的控制IC，以改變反饋采樣點(電壓采樣變?yōu)殡娏鞑蓸?的方式將恒壓輸出改為恒流輸出，制作出了最初的LED照明電源。由于LED驅(qū)動和傳統(tǒng)DC-DC驅(qū)動性能要求(耐壓、電流能力)的差異性，這些IC在許多性能上都是保守設計，而一些保護功能對LED卻并不合適，因而形成了電路資源的浪費，性價比較低。

　　1 LED專用IC的出現(xiàn)

　　在這之后，一些IC設計公司發(fā)現(xiàn)了其中的商機，設計出了第一批LED專用的控制IC，其中最有名的就是HV99XX系列的LED開關電源IC。這些IC方案擁有更少的外圍器件，更靈活，更易設計而且具有LED電源需要的各種保護電路(包括輸出開、短路保護，過溫保護和過流保護等)，對LED照明具有很強的針對性和適用性。LED 專用控制IC產(chǎn)品一經(jīng)問世，就淘汰了絕大多數(shù)DC-DC控制IC。這些方案是現(xiàn)代LED 驅(qū)動IC的藍本，考慮到成本和性能，后來的設計者們在此基礎上做了許多改進設計和折中設計。作為最早期的LED 照明控制IC，這些方案活躍了3～5年，甚至現(xiàn)在，仍有一些LED電源采用這些IC方案。

　　2 低成本、低性能的惡性競爭階段

　　隨后幾年，LED照明電源市場出現(xiàn)了低價、低性能的惡性競爭的局面。其中阻容降壓方案(如圖1-a)和恒流二極管方案(如圖1-b)，由于其極低的成本，被大部分廠商(包括一些上市公司)所采用。這兩種方案均不含控制IC，而是由少量的分立器件構成，在電路原理上就存在可靠性風險，因此引發(fā)了業(yè)內(nèi)巨大的爭議和市場混亂。阻容降壓方案在電解電容老化后存在母線電壓過高的風險，長時間使用易燒燈。恒流二極管方案最大的風險是抗浪涌電壓能力差，開關機的浪涌電壓很容易擊穿耐壓小于500V的恒流二極管，而導致電源或LED燈燒毀。由于頻繁出現(xiàn)炸機，并因此引發(fā)了多次重大的返修事件，加之其它開關電源方案成本的下降，這兩種方案逐漸被棄用，LED照明電源由此才慢慢步入正軌。