高性能LED路燈驅動器設計方案

摘要：在闡述LED 路燈應用需求的同時， 提出了一個為100個高功率LED供電的可行性驅動器解決方案。該解決方案采用模塊化結構， 可為設計者提供很大的靈活性， 而且擁有較寬的輸入電壓范圍， 能夠滿足各種設計的需要。

　　0 引言

　　手電筒、MR - 16燈泡的升級換代、應急燈以及幾乎任何低功率白光照明應用都已經(jīng)在采用LED技術。

　　接下來路燈可能是LED 技術大規(guī)模應用的下一個領域。與手電筒和低功率應用實例相比， LED路燈應用也意味著更大的挑戰(zhàn)。

　　1 設計要求

　　LED路燈照明不會一蹴而就， 因為尚有重大的技術難題需要攻克。除了個別情況（如太陽能電池）， 路燈的輸入采用交流電源（通常被稱作“離線” ） , 大多是120 V或230 V 交流電。就熒光燈燈管和高壓放電燈而言， 它們可選的離線運行鎮(zhèn)流器范圍較廣。但因為發(fā)光元件的數(shù)目很少， 這種電路很簡單。很少有熒光燈有四條以上的燈管， 而高壓放電燈采用的元件至少超過一個。然而LED 則大不相同， 即使包括“大功率” LED在內， 大多數(shù)的功率只有0. 5W ~ 5W。盡管有一些例外的情況， 但對于路燈來說， 通常都需要采用100個或更多1W 的LED 才能發(fā)出其所需的數(shù)千流明的光。

　　LED 是電流驅動器件， 以350 mA 驅動的1W 白光LED通常具有3. 0 V ~ 4. 0 V 的正向電壓VF。LED是動態(tài)電阻非常小的PN結二極管。給二極管施加超過VF三倍的電壓會導致電流量不受控制。如果將LED 直接連接到離線交流電壓， 它會發(fā)出很亮的光然后很快失效。“驅動器”這個術語， 被用來形容將離線電壓轉換為受控直流電流的功率調節(jié)電路。手電筒在被用壞之前很可能早已丟失。而路燈的應用需求顯然與之不同， 因此， 長期的可靠性和產(chǎn)品使用壽命是路燈的主要考慮因素。LED 已被宣傳為持續(xù)時間最長的商業(yè)光源， 但如果燈可以持續(xù)使用數(shù)萬小時，則與之匹配的驅動器也必須能夠堅持使用相同長的時間。這意味著要更加留心電力驅動器的各個方面，包括從系統(tǒng)架構到每個電路元件的選擇。

　　2 直流總線電壓

　　驅動100個LED 的方法之一是采用單個串聯(lián)鏈，如圖1所示。這可以確保經(jīng)過每個LED 的電流相同。

　　此外由于光線輸出與電流成正比， 所以這是保證每個器件發(fā)出相同光輸出的最佳方法。然而問題在于直流電壓很容易達到400 V。這樣高的電壓可能是致命的， 而且還需要較大且昂貴的元件。

圖1 所有100個LED串聯(lián)

　　驅動100個LED 的另一種方法是采用較低的直流電壓。眾所周知， 成本高的拓撲（如逆向轉換器）可以構成良好的AC - DC 級（ 通常稱作？？ 離線轉換器 ）， 因為它們可以將步降功能與電流隔離和功率因數(shù)校正PFC 組合起來。直流總線電壓通常為60 V 或低于60 V, 這一方面是因為在電信應用中要48 V, 另一方面也是因為安全條例的規(guī)定（例如IEC 對安全超低電壓的定義）。48 V 配電電壓比數(shù)字電路的邏輯電壓高， 比整流的離線電壓低， 所以它通常被稱作中間直流總線。

　　3 DC- DC LED驅動器的拓撲

　?。?1）當V IN > Vo時采用降壓， 輸出電容器為可選件， 見圖2（ a） ;（ 2）當V IN Vo時采用升壓， 輸出電容器為必需件， 見圖2（ b） ;（ 3）當V IN 和V o重疊時采用降升壓， 有許多拓撲， 見圖2（ c）。

圖2 非隔離轉換器的三種主要類型