LED驱动电源的拓扑结构

采用ac-dc电源的led照明应用中,电源转换的构建模块包括二极管、开关(fet)、电感及电容及电阻等分立元件用于执行各自功能,而脉宽调制(pwm)稳压器用于控制电源转换。电路中通常加入了变压器的隔离型ac-dc电源转换包含反激、正激及半桥等拓扑结构,参见图1,其中反激拓扑结构是功率小于30 w的中低功率应用的标准选择,而半桥结构则最适合于提供更高能效/功率密度。就隔离结构中的变压器而言,其尺寸的大小与开关频率有关,且多数隔离型led驱动器基本上采用“电子”变压器。
图1 常见的隔离型拓扑结构
采用dc-dc电源的led照明应用中,可以采用的led驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等,基本的应用示意图参见图2。电阻型驱动方式中,调整与led串联的电流检测电阻即可控制led的正向电流,这种驱动方式易于设计、成本低,且没有电磁兼容(emc)问题,劣势是依赖于电压、需要筛选(binning) led,且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有emc问题,还支持电流稳流及过流保护(fold back),且提供外部电流设定点,不足在于功率耗散问题,及输入电压要始终高于正向电压,且能效不高。开关稳压器通过pwm控制模块不断控制开关(fet)的开和关,进而控制电流的流动。
图2 常见的dc-dc led驱动方式
开关稳压器具有更高的能效,与电压无关,且能控制亮度,不足则是成本相对较高,复杂度也更高,且存在电磁干扰(emi)问题。led dc-dc开关稳压器常见的拓扑结构包括降压(buck)、升压(boost)、降压-升压(buck-boost)或单端初级电感转换器(sepic)等不同类型。其中,所有工作条件下最低输入电压都大于led串最大电压时采用降压结构,如采用24 vdc驱动6颗串联的led;与之相反,所有工作条件下最大输入电压都小于最低输出电压时采用升压结构,如采用12 vdc驱动6颗串联的led;而输入电压与输出电压范围有交迭时可以采用降压-升压或sepic结构,如采用12 vdc或12 vac驱动4颗串联的led,但这种结构的成本及能效最不理想。
采用交流电源直接驱动led的方式近年来也获得了一定的发展。这种结构中,led串以相反方向排列,工作在半周期,且led在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势,如避免ac-dc转换所带来的功率损耗等。但是,这种结构中led在低频开关,故人眼可能会察觉到闪烁现象。此外,在这种设计中还需要加入led保护措施,使其免受线路浪涌或瞬态的影响。
图3 直接采用交流驱动led的示意图