LED照明設計基礎知識

發光二極管(LED)繼在中小尺寸屏幕的便攜產品背光等應用獲大量采用后，隨著它發光性能的進一步提升及成本的優化，近年來已邁入通用照明領域，如建筑物照明、街道照明、景觀照明、標識牌、信號燈、以及住宅內的照明等，應用可謂方興未艾。

另一方面，LED照明設計也給包括中國工程師在內的工程社群帶來了挑戰，這不僅因為LED照明的應用范圍非常廣泛，應用的功率等級、可以采用的驅動電源種類及電源拓撲結構等，也各不相同。工程師們迫切需要系統地學習及了解更多有關LED照明設計的基礎知識。有鑒于此，安森美半導體的產品應用總監Bernie Weir先生近期專門撰寫相關培訓資料，為工程師們傳授相關的設計基礎知識，內容涉及LED驅動器的通用要求、電源拓撲結構、功率因數校正、電源轉換能效和驅動器標準，以及可靠性和使用壽命等其它問題，方便他們更好地設計入門及提高，從而更好地服務于LED照明市場。限于篇幅，本文是該培訓資料的摘要介紹。

一、LED驅動器通用要求
驅動LED面臨著不少挑戰，如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個體、不同批次、不同供應商的LED正向電壓也會有差異；另外，LED的“色點”也會隨著電流及溫度的變化而漂移。

另外，應用中通常會使用多顆LED，這就涉及到多顆LED的排列方式問題。各種排列方式中，首選驅動串聯的單串LED，因為這種方式不論正向電壓如何變化、輸出電壓(Vout)如何“漂移”，均提供極佳的電流匹配性能。當然，用戶也可以采用并聯、串聯-并聯組合及交叉連接等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED正向電壓的應用，并獲得其它優勢。如在交叉連接中，如果其中某個LED因故障開路，電路中僅有1個LED的驅動電流會加倍，從而盡量減少對整個電路的影響。

圖1：常見的LED排列方式

LED的排列方式及LED光源的規范決定著基本的驅動器要求。LED驅動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流，而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動器基本的工作電路示意圖如圖2所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。