图 1-6 无滤波电容的LED 电路及其电流波形

如图1-6 所示：在LED 输出端没有滤波电容，那么流过LED 的电流将不再是一个纯正的直流,而是包含一个有规律的电流/脉冲成分。

基本的降压转换器产生的LED 电流是由一个直流和一个三角波组成的，它使得一个精确的电流控制更难。然而，如果降压转换器工作在临界传导模式，一个简单的峰值-零电流控制方案可以被采用。这种概念如图 1-7 所示：

图 1-7 峰值-零电流控制模式

反激(flyback) 转换器:功率小于100W 的反激(flyback)转换器拓扑结构应用广泛，因此也包含LED 照明所用的方案。在flyback 转换器第二级边上的存储电容可以被去掉从而LED 直接由第二级线圈(winding)来驱动[18]。

9

图 1-8 隔离反激式LED 驱动电路

电流模式控制工作在一个恒定的开关频率fs, N 沟道FET 一直保持在开状态 (ON-sate)直到第一级电流I1(t)超过一个可以调整的参考电流值:

Imax?Ip?Iref?UrefRs

作为结果,一个恒定功率提供给第二级上,然后到LED 串:

12P0??Ip?L?fs?U0?I0

2通过这个电路LED 串被一锯齿波型电流Io(t)驱动,如图1-8 所示。在一个确定的工作范围内,LED 上的平均电流不受输入电压Uin 的影响,但是随着负载电压Uo(如:随着串联的LED 的数目)的变化而变化I0?P0/U0。这个拓扑结构要求器件数目最小,它提供电流隔离,通过调整变压器的线圈匝数比,其允许任何DC 电源电压和任意数目LED 的组合。

然而,它也有一些缺点:

-输出平均电流值取决于串联的LED 数目。

-变压器的漏感应系数Ls 要求一个缓冲/阻止(snubber)电路，造成额外损耗(如:在Uz)

-LED 链上的电流波形可能会引起电磁干扰(EMI)问题。

谐振式LED 驱动器：近年来，谐振式转换器拓扑结构是各种各样的功率电子研究活动的主题，旨在有高功率密度，低开关损耗和低电磁干扰贡献。因此，这些拓扑结构也是LED应用所关心的。截至目前，只有很少关于谐振式LED 驱动器的发表论文。因此，谐振式LED 驱动器概念的研究将会有更多详细的论述[19]。图 1-9 是一谐振式LED 驱动器，它非常适合LED 驱动，因为它实现了无电流检测的电压到电流的转换。

10

图 1-9 谐振式LED 驱动器

本文结合也已成熟的LED驱动芯片，提出了一种适用于低电压，大功率的白光LED 驱动电路。

1.5 LED 驱动芯片的现状与发展

目前的LED光源是低电压（VF=2→3.6V）、大电流（IF=200→1500mA）工作的半导体器件，必须提供合适的直流电流才能正常发光。直流（DC）驱动DC LED光源发光的技术已经越来越成熟，由于我们日常照明使用的电源是高压交流电（AC100-220V），所以必须使用降压的技术来获得较低的电压，常用的是变压器或开关电源降压，然后将交流电（AC）变换成直流电（DC），再变换成直流恒流源才能促使LED光源发光。

因此直流驱动LED光源的系统应用方案必然是：变压器+整流或开关电源+恒流源（图1）。LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个电源模块，但是对于E27标准螺口的灯具来说空间十分有限，很难安置。无论是经由变压器+整流或是开关电源降压，系统都会有一定量的损耗，DC LED灯具在交流、直流电之间转换时约15～30%的电力被损耗，系统效率很难做到90%以上。如果能用交流电（AC）直接驱动LED光源发光，系统应用方案将大大简化，系统效率将很轻松地达到90%以上。

图1-10 直流驱动LED光源的系统应用方案

由此看来LED驱动IC在LED灯具中是至关重要的器件。目前国内照明LED 驱动 IC开发、生产厂家已有十多家。LED驱动IC的特性要求是电流输出的一致性与恒定性。目前国内照明LED 驱动 IC产品技术都还是采用传统的DC/DC降压、升压恒流的模式，和

11

由PWM控制器组成的恒流源电路，目前这二类LED驱动IC技术尚处在产品发展的初级阶段，特别是限于低压的晶圆片的生产工艺，影响日益需求量大的较高电压应用。随着照明应用领域的扩展LED驱动IC正在向中高级和高度集成、多芯片封装（CMC）技术方向发展。

LED光源应用的基本技术要素是必须满足它的VF（正向电压）和IF（正向电流）需求，VF是为LED光源建立一个正常的工作状态，IF是促使LED光源发光，其亮度与电流大小成正比；顺应照明LED驱动IC技术的发展，LED驱动IC的输入电压（Vin）范围将更宽广（DC5C-45V），输出恒流精度更高（1%）；鉴于越来越多的LED灯具选用多颗大功率LED串联应用技术，要求新一代LED驱动IC输出耐压提高到60V-100V，这就需要用高压工艺来生产LED驱动IC的晶圆片；LED驱动IC输出耐压提高为它在汽车电子、汽车灯具、高光照明等高电压要求的市场打开新的市场门路。

对新一代LED驱动IC的设计必须打破传统的DC/DC拓扑结构设计理念，如采用恒功率、不采用磁滞控制的降压型而采用定频定电流控制、解决使用卤素灯电子变压器所产生的灯源闪烁和多灯并联不亮问题等等；还必须解决LED驱动IC在多种应用电路中能过EMC、安规、CE、UL等认证；应用电路力求简洁、使用元器件少也是客户降低成本所梦寐以求，和市场竞争所必须的；隔离与非隔离的应用历来是商家在安全与效率之争焦点；提高PWM控制器的占空比等等。0.5W-3W的LED光源与LED 驱动 IC集成在一个CMC封装内的新一代芯片已经小批量生产，显示LED 驱动 IC正在向高度集成化的多芯片CMC封装方向发展；可用交流电（AC）直接驱动发光的新一代、特殊拓扑结构AC LED光源生产技术的日趋成熟，将开创LED照明技术的又一新纪元。

1.6 大功率LED恒流驱动

LED有着和传统光源不一样的电源驱动要求。先来看看一个各种LED工作的特种曲线。如图一所示，LED在加上电压以后，当电压越过一临界值后，就开始流出电流，发出光，LED开始工作。不同颜色的LED，其临界电压不一样，这就是我们前面所提到的禁带宽度相一致的。比如，红光的波长较长，能量低，其对应的LED临界电压也比较低，蓝光的波长较短，能量高，其领结电压也高。这一电压，就是LED一个及其重要的参数，正向电压：VF，forward voltage。我们还注意到，这些电压都比较低，只有几伏，如红外光的1.1V左右，最高的蓝光也只不到3V，即使到比较大的电流如30-40mA,其电压值也只在3.5V左右。这个电压和我们的日常使用电压是要一定距离的，因此要对电源电压进行变换才能满足LED驱动要求。另外一个重要的现象是：一旦电

12