2009年12月3日，美國(guó)能源局(DOE)為一體化LED燈項(xiàng)目發(fā)布了“能源之星”規(guī)格的最終版，規(guī)定在美國(guó)應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)必須優(yōu)于0.7，而工業(yè)應(yīng)用則預(yù)計(jì)要優(yōu)于0.9。目前市場(chǎng)的許多產(chǎn)品尚不能滿(mǎn)足這樣的要求，因此未來(lái)需要用更先進(jìn)的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行替代。有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正(PFC)，每種都要求在電源轉(zhuǎn)換器的前端增加一些附加電路：簡(jiǎn)單的低成本無(wú)源PFC，以及更復(fù)雜的有源PFC。

在更深入研究這些方法之前，需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是為了獲得“能源之星”評(píng)級(jí)， LED驅(qū)動(dòng)必須是可調(diào)光的。

一般而言，這就意味著其可調(diào)性會(huì)源于現(xiàn)有的基于切相工作原理的墻式電子調(diào)光器，這一原理最初是用來(lái)設(shè)計(jì)純阻抗白熾燈。盡管其它調(diào)光方法，如線(xiàn)性0-10V調(diào)光或DALI也可能合乎要求，但是它們可能都僅限于高端工業(yè)類(lèi)LED驅(qū)動(dòng)器。

到目前為止，切相調(diào)光器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，很顯然，能夠有效調(diào)光的LED燈將具有極大的優(yōu)勢(shì)。由于市場(chǎng)上還有許多基于三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的低成本調(diào)光器，因此保證LED驅(qū)動(dòng)器與所有類(lèi)別相兼容是不現(xiàn)實(shí)的，特別是許多調(diào)光器僅采用基本設(shè)計(jì)，性能十分有限?；谶@樣的原因，“能源之星”項(xiàng)目?jī)H要求LED驅(qū)動(dòng)器廠(chǎng)商在一個(gè)網(wǎng)頁(yè)中詳細(xì)說(shuō)明哪些調(diào)光器可以與其產(chǎn)品相兼容。

在“能源之星” 規(guī)格中，值得注意的另外一個(gè)要求是LED的工作頻率必須大于150Hz，以消除出現(xiàn)可見(jiàn)閃爍的可能性。這就意味著給LED供電的輸出電流中不能帶有任何大量的頻率是線(xiàn)性頻率(50Hz或60Hz)兩倍的紋波。

在如辦公室照明、公共建筑和街區(qū)照明等離線(xiàn)應(yīng)用中，越來(lái)越多的應(yīng)用中采用LED照明，并且在未來(lái)幾年里仍將保持這一趨勢(shì)。在這些應(yīng)用中，大功率LED會(huì)取代線(xiàn)性或大功率CFL熒光燈、HID燈以及白熾燈。這些應(yīng)用需要一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器，其典型功率范圍為25W至150W。在許多情況中，LED負(fù)載都由一個(gè)的高亮度白光LED陣列組成，通常采用多種形式的芯片封裝。用于驅(qū)動(dòng)這些負(fù)載的DC電流通常至少為1安培。實(shí)際也有AC電流驅(qū)動(dòng)的LED系統(tǒng)，但是一般認(rèn)為DC系統(tǒng)可以為L(zhǎng)ED提供更理想的驅(qū)動(dòng)條件。

在LED照明設(shè)備中需要進(jìn)行電流隔離，以防止在可以接觸到的地方發(fā)生觸電危險(xiǎn)，這種危險(xiǎn)在大多數(shù)情況下都可能發(fā)生，除非采用一個(gè)絕緣的機(jī)械系統(tǒng)。這是由于與日光燈照明設(shè)備等不需要通過(guò)絕緣來(lái)實(shí)現(xiàn)安全性的產(chǎn)品不同，LED芯片需要與金屬散熱器連接。為了實(shí)現(xiàn)良好的熱傳導(dǎo)性，需要在LED芯片和散熱器之間形成熱障，這樣就無(wú)需通過(guò)添加絕緣材料來(lái)滿(mǎn)足絕緣要求。因此，在LED驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部形成絕緣就是最佳選擇，同時(shí)也說(shuō)明了電源轉(zhuǎn)換器拓樸技術(shù)是可行的。

盡管為通用照明應(yīng)用而設(shè)計(jì)的基本LED驅(qū)動(dòng)器相對(duì)簡(jiǎn)單，但是當(dāng)需要切相調(diào)光(phase cut dimming)和功率因數(shù)校正等附加功能時(shí)，這種設(shè)計(jì)就將會(huì)變得非常復(fù)雜。不帶功率因數(shù)校正功能的非調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器一般包括一個(gè)離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源，用其進(jìn)行調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)恒流輸出。這與標(biāo)準(zhǔn)離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源和在A(yíng)C-DC適配器中通用的型號(hào)并無(wú)太大差異。這種設(shè)計(jì)可以采用標(biāo)準(zhǔn)的SMPS(開(kāi)關(guān)電源)電路拓樸，如降壓、升壓或反激式轉(zhuǎn)換器等。

2009年12月3日，美國(guó)能源局(DOE)為一體化LED燈項(xiàng)目發(fā)布了“能源之星”規(guī)格的最終版，規(guī)定在美國(guó)應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)必須優(yōu)于0.7，而工業(yè)應(yīng)用則預(yù)計(jì)要優(yōu)于0.9。目前市場(chǎng)的許多產(chǎn)品尚不能滿(mǎn)足這樣的要求，因此未來(lái)需要用更先進(jìn)的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行替代。有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正(PFC)，每種都要求在電源轉(zhuǎn)換器的前端增加一些附加電路：簡(jiǎn)單的低成本無(wú)源PFC，以及更復(fù)雜的有源PFC。

在更深入研究這些方法之前，需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是為了獲得“能源之星”評(píng)級(jí)， LED驅(qū)動(dòng)必須是可調(diào)光的。

一般而言，這就意味著其可調(diào)性會(huì)源于現(xiàn)有的基于切相工作原理的墻式電子調(diào)光器，這一原理最初是用來(lái)設(shè)計(jì)純阻抗白熾燈。盡管其它調(diào)光方法，如線(xiàn)性0-10V調(diào)光或DALI也可能合乎要求，但是它們可能都僅限于高端工業(yè)類(lèi)LED驅(qū)動(dòng)器。

到目前為止，切相調(diào)光器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，很顯然，能夠有效調(diào)光的LED燈將具有極大的優(yōu)勢(shì)。由于市場(chǎng)上還有許多基于三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的低成本調(diào)光器，因此保證LED驅(qū)動(dòng)器與所有類(lèi)別相兼容是不現(xiàn)實(shí)的，特別是許多調(diào)光器僅采用基本設(shè)計(jì)，性能十分有限?；谶@樣的原因，“能源之星”項(xiàng)目?jī)H要求LED驅(qū)動(dòng)器廠(chǎng)商在一個(gè)網(wǎng)頁(yè)中詳細(xì)說(shuō)明哪些調(diào)光器可以與其產(chǎn)品相兼容。

在“能源之星” 規(guī)格中，值得注意的另外一個(gè)要求是LED的工作頻率必須大于150Hz，以消除出現(xiàn)可見(jiàn)閃爍的可能性。這就意味著給LED供電的輸出電流中不能帶有任何大量的頻率是線(xiàn)性頻率(50Hz或60Hz)兩倍的紋波。

在如辦公室照明、公共建筑和街區(qū)照明等離線(xiàn)應(yīng)用中，越來(lái)越多的應(yīng)用中采用LED照明，并且在未來(lái)幾年里仍將保持這一趨勢(shì)。在這些應(yīng)用中，大功率LED會(huì)取代線(xiàn)性或大功率CFL熒光燈、HID燈以及白熾燈。這些應(yīng)用需要一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器，其典型功率范圍為25W至150W。在許多情況中，LED負(fù)載都由一個(gè)的高亮度白光LED陣列組成，通常采用多種形式的芯片封裝。用于驅(qū)動(dòng)這些負(fù)載的DC電流通常至少為1安培。實(shí)際也有AC電流驅(qū)動(dòng)的LED系統(tǒng)，但是一般認(rèn)為DC系統(tǒng)可以為L(zhǎng)ED提供更理想的驅(qū)動(dòng)條件。

在LED照明設(shè)備中需要進(jìn)行電流隔離，以防止在可以接觸到的地方發(fā)生觸電危險(xiǎn)，這種危險(xiǎn)在大多數(shù)情況下都可能發(fā)生，除非采用一個(gè)絕緣的機(jī)械系統(tǒng)。這是由于與日光燈照明設(shè)備等不需要通過(guò)絕緣來(lái)實(shí)現(xiàn)安全性的產(chǎn)品不同，LED芯片需要與金屬散熱器連接。為了實(shí)現(xiàn)良好的熱傳導(dǎo)性，需要在LED芯片和散熱器之間形成熱障，這樣就無(wú)需通過(guò)添加絕緣材料來(lái)滿(mǎn)足絕緣要求。因此，在LED驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部形成絕緣就是最佳選擇，同時(shí)也說(shuō)明了電源轉(zhuǎn)換器拓樸技術(shù)是可行的。

兩種可能方案分別是反激式轉(zhuǎn)換器或包括一個(gè)PFC級(jí)的多級(jí)轉(zhuǎn)換器，然后是絕緣和降壓級(jí)，最后是后端電流調(diào)整級(jí)。兩種方案之中，反激式因其相對(duì)簡(jiǎn)易且成本較低，應(yīng)用比較廣泛。

反激式轉(zhuǎn)換器為許多應(yīng)用提供了良好的解決方案(圖1)，然而，它卻具有如下的局限性：有限的功率因數(shù)校正能力；在寬輸入電壓范圍上效率有限；兩倍線(xiàn)頻(150Hz))時(shí)的輸出紋波很難消除；需要通過(guò)附加電路進(jìn)行調(diào)光。

圖1：采用反激式轉(zhuǎn)換器的LED調(diào)光。

盡管多級(jí)設(shè)計(jì)(圖2)的額外成本限制了其在高端產(chǎn)品中的應(yīng)用，但這種設(shè)計(jì)卻可以克服其中的一些問(wèn)題。在較寬的AC輸出電壓范圍內(nèi)，其可以實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和較低的總諧波失真(THD)，從而使相同的LED驅(qū)動(dòng)器可以利用110V、120V、220V、240V或277V的主電源供電。

圖2：采用多級(jí)轉(zhuǎn)換器的LED調(diào)光。

能夠在很寬的范圍上保持高效率，而不是使效率在一個(gè)特定線(xiàn)負(fù)載點(diǎn)上達(dá)到峰值，但在不同的條件下卻又大幅下降。同時(shí)，它也更易于降低150Hz下的紋波輸出，多級(jí)系統(tǒng)使其自身能夠更加高效的采用不同的調(diào)光方式。

本文其余部分將深入探討寬電壓輸入范圍、絕緣、可調(diào)光、穩(wěn)壓DC輸出多級(jí)LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)原則，主要針對(duì)25W至150W范圍的應(yīng)用。該實(shí)例中的多級(jí)LED驅(qū)動(dòng)器將分為三個(gè)部分：前端，功率因數(shù)校正(PFC)部分；絕緣和步降部分；后端，電流調(diào)制部分。