多路LED驱动电源技术关键技术解析

LED 灯作为一种新型节能和无污染光源，由于其特有的发光照明特性，在现代照明应用中发挥着革命性的作用。作为LED 照明产业链中最为核心的部件之一，LED 驱动电源的驱动控制技术所存在的可靠性低、成本高等典型问题一直制约着LED 照明的发展。对于多路LED 驱动电源技术的开发与可靠性研究是当前业界的一个重要课题。

1、LED 驱动现状分析

国内外通用LED 照明的一个显著特点是，光源通常由数量较大的多颗LED 芯片构成，LED自身的特性决定了LED适合恒流驱动，这一点已得到国内外专家学者的共识。LED驱动方式主要是单路恒压输出（光源内置恒流源）、单路恒流输出、单路恒压源配置多路DC／ DC 恒流输出等方案。

1．1单输出恒流驱动

将LED光源作为单组负载由单输出电源进行驱动是最简单的LED驱动控制方式。构成LED 光源的多颗LED 有多种连接方式。下图1所示的是所有的LED负载串联的连接方式，单输出电源为恒流源特性驱动LED 灯。由于光源串联，因此不存在均流问题，但当LED串联数量较大时，光源电压将增高，过高的光源电压要求灯具整体符合安全标准的绝缘成本增高，灯具散热器和绝缘要求越高，热阻也越大，散热效果变差对LED 灯寿命会产生影响。

作为改进，如下图2所示的LED灯为网格状排列结构，这种结构可避免光源的电压过高，当并联LED数量较大时，单颗灯开路，对整个LED灯的影响较小，但这种单颗LED直接并联的方式，LED的电流均衡性差，造成LED光源可靠性降低；同时其中一个LED 短路，与之并联的LED 都将熄灭。

如下图3 所示的结构，LED串联后再相互并联，在没有LED失效的情况下，该结构均流特性好于图2所示的网格状结构，但如果部分LED发生短路故障时，会造成多串LED 间严重的电流不均衡。

以上分析可见，单输出恒流驱动，应用中有一定的局限性，尤其是LED 光源并联的联接方式对光源的使用寿命和可靠性将产生较大影响。

1．2多输出恒流驱动

如下图4 所示的电路结构，每组LED 负载由独立恒流源特性的驱动控制方式是一种较理想的方案，这一方面解决了多路输出间的电流不均衡问题，另一方面也克服了前述单输出恒流驱动的缺点，但该方案的驱动效率相对较低。

目前较普遍采用的LED 多路驱动方案如下图5所示，在单输出恒压源的输出端口，配置若干级非隔离DC／ DC 变换器，每路LED负载由单独的DC／DC变换器实现恒流驱动控制。该方案存在的缺点是，DC／ DC 变换器电路较为复杂，成本相对偏高，可靠性偏低；每增加一级DC／ DC 变换器，驱动效率相应降低，且易伴生电磁干扰（EMI）；不同类型光源的每路LED 负载的电压、电流及功率存在差异，通用DC／ DC 变换器的设计很难标准化，给产业化带来很大不便。

研究认为，LED 在利用电容实现多路恒流驱动的情况下，同时参与电路谐振，改变变换器特性，更容易实现LED 整体的稳定性和可靠性，同时在成本上可以得到大幅度的降低。提出三种新技术方案：

2．1 两级变换实现LED 多路驱动

如下图6 所示主电路采用了两级变换实现对LED的多路驱动，电路包含高频脉冲交流源、阻抗网络Z1 和高频变压器T0、高频谐振电容Cb1、双路整流滤波电路和LED 负载。阻抗网络Z1 的输入为高频脉冲交流源，输出接高频变压器T0原边，变压器副边的一端串联谐振电容Cb1，另一端并联两路整流滤波电路；二极管D1、D4 和二极管D2、D3 分别组成的两个独立的半波整流电路，以及滤波电容Co1、Co2 相应组成两路整流滤波电路；滤波电容Co1 和Co2 分别并联在两路LED 负载两端，两路独立的半波整流电路分别给两路LED 负载提供电源。谐振电容Cb1 一方面与阻抗网络Z1 组成了高频谐振网络，参与主电路谐振，另一方面，当两路LED 负载出现压降不平衡时，还可通过Cb1 来平衡两路LED 的压差，使两路LED 负载工作电流平均值相等。

如下图7 所示电路为高频谐振网络的实现方式。阻抗网络包括谐振电感Lr、Lm 和高频变压器原边谐振电容C0，谐振电感Lm 与高频变压器T0 原边并联，该并联环节与谐振电感Lr 和谐振电容C0 串联，Cb1 为变压器副边谐振电容。谐振电感Lr 和Lm 可以是外置的独立电感，Lr 也可以是高频变压器T0 的漏电感，而Lm 则也可以是T0 的励磁电感。由于谐振电容Cb1 参与主电路的谐振变换，改变了增益曲线，其等效折算到变压器原边的取值和原边谐振电容C0 可比，加快了变换器的响应速度，避免由于大容量电容引起在起机等动态条件下输出过冲。

2．2 新型正反激电路实现LED 多路驱动

前述技术方案中，高频脉冲