通用照明市場常用的光源包括白熾燈、緊湊型熒光燈(CFL)、線性熒光燈、高強度氣體放電燈(HID)以及新興的高亮度發光二極管(HB LED)等。隨著人們綠色環保意識的提高，通用照明市場也成為業界致力提高能效的重要目標。

就能效(總輸出流明與輸入功率比，lm/W)而言，不同的通用照明光源中，白熾燈的能效相對較低，標準60 W白熾燈能效范圍介于10至13 lm/W之間(總輸出為600至800 lm)，而CFL的典型能效達55至60 lm/W(由于光損耗，55 lm/W的CFL燈具的凈能效僅在28至50 lm/W之間)。其它的光源，如金屬鹵素HID燈能效約在80 lm/W，但在燈光投射路徑上會有大量的損耗。

圖1：通用照明光源的發展趨勢

相比較而言，LED擁有著越來越高的能效，業界近期宣稱的最強的白光LED研發能力達到了132至136 lm/W，色溫達(4,500-6,000K)。實際上，LED的低壓、小體積、定向光、固態器件、長工作壽命等優勢，對于通用照明特別具有吸引力。

LED通用照明系統面臨的要求及挑戰

對于LED在通用照明中的應用，需要從系統的角度來分析其要求。總的來看，LED通用照明系統涉及到LED光源(緊湊高效，提供寬廣范圍的色彩和輸出功率)、電源轉換(將交流墻式插座、電池、太陽能電池的電源高效地轉換至安全的低壓直流電源)、控制和驅動(采用電子電路對LED進行穩壓和控制)、熱管理(結點溫度控制非常重要，需要分析散熱，從而實現更長的工作壽命)及光學器件等。

要開發高能效的LED通用照明解決方案，這幾方面的要求都非常重要。其中，本文主要討論LED的控制和驅動，同時也會在下文的太陽能供電街燈照明示例中結合討論高效的電源轉換問題。

對于LED驅動而言，它面臨的主要挑戰就在于LED的非線性。這主要體現在LED的正向電壓會隨著電流和溫度而變化，不同LED器件的正向電壓會有差異，LED“色點”會隨著電流和溫度而漂移，而且LED必須在規范要求的范圍內工作從而實現可靠工作。而LED驅動器的主要作用，就是在工作條件范圍內限制電流，而無論輸入條件和正向電壓如何變化。

對于LED驅動電路而言，除了進行恒流穩流，還面臨著其它一些關鍵要求。例如，如果需要LED調光，通常采用的是脈寬調制(PWM)調光技術;而用于LED調光的典型PWM頻率是1至3 kHz。此外，LED驅動電路的功率處理能力必須充足，且功能強固，可以承受多種故障條件，并且要易于實現。

通用照明電源轉換及LED驅動示例

根據具體應用的不同，LED可能會采用不同的電源來供電，如交流線路、太陽能板、12 V汽車電池、直流電源或低壓交流系統，甚至是基于堿和鎳的電池或鋰離子電池等。

1) 采用寬輸入范圍的直流-直流(DC-DC)電源為LED供電

許多高亮度LED應用工作在高至40 VDC范圍的電源，如活動式照明、景觀和道路照明、汽車和交通照明、太陽能供電照明，以及陳列柜照明等。

以太陽能電池板供電為例，提高太陽能電池板的光電轉換能效(目前僅為約30%)非常重要。太陽能電池板的電壓-電流(V-I)特性曲線呈現非線性和可變性，要從中析取最大量的電能非常困難。這需要太陽能LED街燈的充電控制器及其它相關電子電路(一般采用微控制器來實現)盡可能地提高能效，從而發揮最大優勢。

圖2：安森美半導體CS51221控制器的太陽能板充電控制應用示意圖

最新支持最大峰值功率追蹤(MPPT)功能的控制器能對太陽能電池不斷變化的V/I特性曲線提供補償，優化太陽能電池的功率輸出，提高能效，并使蓄電池充電至優化電量。具體而言，當我們實際上無法改變負載時，MPPT功能使太陽能電池“認為”負載正在發生變化;通過這種方式，MPPT“欺騙”太陽能板輸出不同電壓和電流，從而允許更多電能輸入至蓄電池。

安森美半導體針對太陽能板電池充電控制應用，推出CS51221增強型電壓模式PWM控制器(見圖2)，支持最大峰值功率追蹤，輸入電壓為12至24 V，輸出為12 V@2 A，并提供可調節逐脈沖限流、輸入欠壓鎖定和輸出過壓鎖定等保護特性。這控制器提供輔助輸入端，用于遠程傳輸和監控;能夠適應功率高至90 W的太陽能板應用。

而在后續的LED驅動方面，可以選用安森美半導體的NCP3066驅動方案。。NCP3066是一款高亮度LED恒流降壓穩壓器，帶專用“啟用”引腳用于實現低待機能耗，具有平均電流感測功能(電流精度與LED正向電壓無關)，提供0.2 V電壓參考，適合小尺寸/低成本感測電阻。這器件不需要環路補償，易于設計。需要指出的是，NCP3066也可用作控制器，如可采用100 V外部N溝道FET來進行升壓。這器件支持4至30 W功率的不同應用，且提供不同MOSFET選擇。

除了太陽能供電街道照明應用外，在針對新興的高亮度、高視覺沖擊力LED建筑物照明的RGB LED像素控制應用中，還可以采用安森美半導體的三通道線性恒流LED驅動器CAT4103。CAT4103為高端、多色彩、“智能”LED建筑物照明應用而設計。它具有高速串行接口，能夠支持達25 MHz的數據率，提供完全緩沖的數據輸出，確保在分布式(長距離)、菊花鏈型照明系統中維持最高的數據完整性。

CAT4103支持每通道達175 mA的寬廣范圍LED恒流驅動，電流為60 mA時壓降電平至0.3 V ，確保在驅動長串LED時提供最高性能。這種驅動器每通道支持25 V的電壓電平，能夠以超過10瓦(W)的高亮度功率電平支持RGB像素。

圖3：安森美半導體CAT4103三通道線性恒流LED驅動器應用示意圖