白炽灯 卤钨灯 荧光灯 三基色 荧光灯 高压汞灯 15 25 70 93 50 100 100 70 80-98 45 2800 3000 全系列 全系列 3300-4300 1 2--5 10 12 6 24 10-100 instant <0.4 1 instant 0.6 1 0.73 55 高压钠灯 100-120 23/60/85 1950/2200/2500 1W-3W LED 38-120 85 全系列 表1-3 LED与其他照明方式性能相比较

总之，LED具有效率高、光线质量好、光色纯、稳定性高、能耗小、寿命长、可靠耐用、应用灵活、响应快、绿色环保等优点，其作为更理想的照明光源，必将取代现有的照明光源。

1.3 白光LED照明新光源的应用前景

普通的白炽灯和卤钨灯，其光效为12～24流明/瓦；荧光灯和HID灯的光效为50～120流明/瓦。对白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦，这一指标与卤钨灯相近。2005年时，LED的光效可达50流明/瓦，目前的白光LED的发光效率约为80流明/瓦，较传统高压钠灯可以节电50%～60%。随着LED效率的快速提升，半导体路灯在节能方面显示出了巨大的潜力。到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明/瓦。那时的白光LED的工作电流就可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实[15]。

普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间100000小时以上），几乎无需维护。我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。 LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地现有照明器件。

总之，LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。LED以其小巧高效、坚固省电、使用寿命长、易于和计算机匹配等强大优势，在

5

包括大屏幕显示、汽车尾灯、交通信号灯、LCD背光源等方面已大量使用，目前正朝着替代传统灯具向照明领域发展。固态照明光源：由多个超高亮度的红、蓝、绿色LED 制成的照明光源，不仅可以发出波长连续可调的各种色光，而且还可发出亮度高达上百坎德拉的白色光，成为照明光源。与传 统光源相比，固态光源具有发热量低、功耗小、寿命长、反应速度快、体积小、可平面封装、易开发轻薄短小产品等许多优点。 美国DOE（能源部）最近完成了针对SSL（固态照明）光源的新的能源之星规范，这样系统设计者可以对光源和装置用相同的比较数字。新规范不是着眼于HB LED 在元件级上的发光效率，而是整体的光源效率[16]。 目前，白光LED 仍处在初期发展阶段。但由于它的独特优点，这种固态照明光源已广泛用于手电照明、LCD 背光照明（汽车音响、仪表板、手机背光板）、交通 信号及指示板、室内照明、船舰、飞机、汽车内照明等，也用于诸如矿山、潜水、抢险军用装置的照明等特殊场合。一旦白光LED 光源的性能价格比可与白炽灯和 荧光灯相吻合时，其在民用照明方面的竞争力将无可估量。

1.4 LED 的控制拓扑讨论

最简单的LED 驱动电路就是串联一个合适的电阻，如图1-1。但是，由于在这种结构中，流过LED 的电流会随着电源电压Us、电阻Ri 的阻值、以及LED 自身温度等因素的变化而改变，故而这种结构是很不理想的恒流控制。并且，由于电阻元件的使用，其效率也不高[17]。

图 1-1 电阻串联LED 供电电路

为了避免串联电阻上的高损耗,功率LED 通常通过开关模式驱动，今天这种转换器可以被用来作各种各样的应用。然而,通常设计的DC-DC 转换器是用来稳定输出电压的，而LED 要求一个稳定的输出电流。通过加一个采样电阻Rs 与LED 串联, 电流可以通过流过采样电阻Rs 上的电压测量到，从而标准的开关电源的电路拓扑结构和控制方案可以被应用于LED 恒流控制。和标准的DC-DC 转换器相比, 测量到的电压必须非常小以避免额外损耗。因此,控制IC 和采样电阻都必须连接到地。即通常的电路拓扑结构如图

6

1-2、图1-3、图1-4 所示：

图 1-2 降压转换器

图 1-3 升压转换器

图 1-4 升压、降压转换器

只有在升压转换器中，开关晶体管也被连接到地了。对于降压和升压-降压转换器，N 沟道FET 的栅源端是悬空的,需要专门的电平移位驱动器。同样,也可以用P 沟道的

7

FET,但是它仅适合低的电源电压。 同样，LED 也可以通过隔离转化器（galvanic isolated converter）如前馈(forward),反激(flyback),推挽(push pull) 转换器等来驱动。在这种情况下，比较参考电压Uref 和采样电压Rs*Io。同时，误差放大器必须放在第二级, PWM 控制器放在第一级。 控制部分都是通过一个光耦合器(opto coupler)连接。从图1-5 的电路图上看，这种控制方式需要更高的电路设计要求。这个解决方案的另外一个问题就是大多数低成本的误差放大器包含一个内部的2.5V 参考电压(如 TL431)，然而它不符合LED 采样电阻上的低压降。原因在于为了尽可能的提高整个系统的效率，一般Rs的阻值需要取得最小。

图 1-5 谐振式LED 驱动电路

迄今为止的LED 驱动器,都源于标准的DC/DC 转换器.然而将来的LED 照明源将会被大数量生产，因此鉴于LED 的特征和某些应用要求可以对它们的驱动器进行最优化设计:

??大规模生产的LED 驱动器需要考虑成本因素，因此，器件数目必须要减少。 ??LED 的发光强度直接跟流过其的电流成正比。因此，通过有规律的脉冲电流忽略其所带来的通常很小的颜色偏移来驱动LED 的方法是可行的。

??LED 另外一个重要的特性就是它们的长寿命。因此, 电子LED 驱动器也必须设计成长寿命。必须考虑电路中所用到的各个器件的使用寿命。尽量避免使用稳定性不好的器件。

如果去掉输出端的滤波电容，则LED 上的电流成为了有规律的脉冲。根据LED 驱动器的不同拓扑结构和控制方案，流过LED 的电流会是类似方波、三角波或者是正弦波。

8