LED（Light Emitting Diode）即發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED 的心臟是一個半導體的晶片，當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量。能完成數十種不同的工作，并且在各種設備中都能找到它們的身影。例如它們可以組成電子鐘表 表盤上的數字，從遙控器 傳輸信息，為手表表盤照明并在設備開啟時向您發出提示。 如果將它們集結在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點亮交通信號燈。

　　是由超導發光晶體產生超高強度的燈光，它發出的熱量很少，不像白熾燈那樣浪費太多熱量，不像熒光燈那樣因消耗高能量而 產生有毒氣體，也不像霓虹燈那樣要求高電壓而容易損壞。LED 已被全球公認為新一代的環保型高科技光源

　　光源產品具有LED顯示、體積小、重量輕、易攜帶、電池供電、性能價格比高等特點，直觀快速，是一種使用極其簡單方便的測試工具，產品經過防震防潮處理，可以在野外惡劣環境下長時間工作。

。 LED 具有高光效能，比傳統霓虹燈節省電能 80%以上，工作安 全可靠。LED 改變了白熾燈鎢絲發光與節能燈三基色粉發光的原理， 而采用電場發光。LED 光源具有壽命長，光效高，無輻射與低功耗等特點。

　　LED照明將會取代主流的白熾照明和其他照明技術，占據市場主導位置。但從舊技術到新技術的轉換還需要多年時間。在此期間，LED燈設計師所面臨的挑戰是如何確保新設計與原本為白熾照明開發的現有控制器和布線架構實現兼容和可靠工作。本文所介紹的是可同時適用于低功率和高功率LED照明系統的解決方案，它久經考驗，非常成熟。

　　LED燈泡的構造

　　一個LED燈包含一個到十幾個甚至更多的LED芯片，它們通常串聯在一起。每個芯片的發光亮度由通過其中的電流大小決定。由于采用串聯連接方式，燈泡內每個LED芯片會自動通過相同的電流，但每個芯片上的電壓各不相同。LED的正向電壓降通常為3.4V，但會在2.8V到4.2V之間變化。可以對LED進行分類以限制電壓變動幅度，但這會增加成本，并且正向電壓降仍會隨溫度和使用時間發生變化。要想提供一致的光輸出，LED燈必須由嚴格規定的高效恒流電源驅動。作為白熾燈的替代品LED燈，該電源必須集成在燈殼內。

　　典型集成LED燈包括驅動電路、LED集束以及可同時為驅動器和LED芯片提供機械保護和散熱的外殼。

　　LED驅動器的要求非常嚴格。它必須是高效節能的，必須滿足嚴格的EMI和功率因數規格，并能安全地耐受各種故障條件。其中最為困難的要求之一是要有調光功能。由于LED燈的特性與專為白熾燈所設計的調光控制器之間存在不匹配，因此容易造成性能不佳。問題可能表現為啟動速度慢、閃爍、光照不均勻、或在調整光亮度時出現閃爍。此外，還存在各個單元性能不一致以及LED燈發出可聞噪聲等問題。這些負面情況通常是由誤觸發或過早關斷控制器以及LED電流控制不當等因素共同造成的。

　　調光控制器

　　照明控制器以線路調光或PWM調光的方式進行工作。最簡單的線路調光方式是前沿可控硅可控硅

控制器。這是目前最常用的照明控制方式，但不幸的是，使用可控硅控制器對LED燈進行調光時會產生大量問題。更先進的線路調光器是電子前沿或后沿調光器。PWM調光器則用于專業照明系統。

　　使用前沿可控硅調光器時，調光控制是通過改變可控硅導通每個半周期的相位角來實現的。燈泡的輸入功率與調光信號的相位角成一定的函數關系，相位角的變化范圍介于接近0°到180°之間。

　　可控硅的重要參數之一是維持電流(IH)。這是可控硅在不使用柵極驅動的情況下保持導通所必須維持的最小負載。為維持可控硅的穩定工作，該電流不能為零，IH的典型值介于8mA到40mA。因此，白熾燈的相位角調光器通常有一個規定的最小負載，230V額定交流電壓下通常為40W。這是為了確保流經內部可控硅的電流始終高于所規定的維持電流閾值。由于LED照明的功耗非常低，維持電流將成為一個問題。

　　另一個潛在問題是浪涌電流。可控硅導通時，高浪涌電流會流入LED燈。最差情況就是相位角達到90°，而此時AC輸入電壓達到峰值。對白熾燈來說，浪涌電流不會構成問題。但在LED燈中，驅動器的輸入級阻抗和線路電容會造成振蕩。發生振蕩時，可控硅電流將立即降到維持電流以下，使可控硅停止導通。

　　要想解決這些問題，就必須修改LED驅動器的規格和設計。

　　非隔離式可調光LED驅動器

　　圖1所示為可用于替換白熾燈的LED燈的非隔離式可調光LED驅動器的基本應用電路圖。下面將介紹驅動器的功能，以便闡明該驅動器在成為可控硅調光器的負載時將會出現的問題。

圖1 非隔離式可調光LED驅動器的基本應用電路圖

　　該控制器是Power Integrations(PI)推出的LinkSwitch-PL器件。它在一個單片IC上集成了高壓功率MOSFET開關開關

和電源控制器。該器件提供單級功率因數校正(PFC)和LED電流控制。該電路可用作非連續模式、可變頻率、可變導通時間反激式轉換器轉換器

　　轉換器從原理上可分為協議轉換器、接口轉換器兩大類。從應用上又可以分光纖轉換器、光電轉換器、視頻轉換器等等。例如視頻轉換器就是一種連接電腦和電視的設備，它可以把電腦上的內容轉換并顯示在電視機上，讓人們可以在電視上學電腦，上網，玩游戲，做商業演示，看股票等等。 [全文]

　　整流后的交流電源輸入由集成的725V功率MOSFET

　　“MOSFET”是英文metal-oxide- semiconductor field effect transistor的縮寫，意即“金屬氧化物半導體場效應晶體管”，功率MOSFET即為以金屬層M的柵極隔著氧化層O利用電場的效應來控制半導體S的場效應晶體管。除少數應用于音頻功率放大器，工作于線性范圍，大多數用作開關和驅動器，工作于開關狀態，耐壓從幾十伏到上千伏，工作電流可達幾安培到幾十安培。功率MOSFET都是增強型MOSFET，它具有優良的開關特性。

　　通過高頻變壓器

　　變壓器（Transformer）是利用互感原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。變壓器是變換電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。它由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。

進行開關。次級繞組上產生的電壓在變成LED負載之前會被整流和平滑。LED負載電流還流經檢測電阻電阻

　　電阻，物質對電流的阻礙作用就叫該物質的電阻。電阻小的物質稱為電導體，簡稱導體。電阻大的物質稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。

RSENSE。RSENSE上產生的電壓(典型值為290mV)會通過RF出現在反饋(FB)引腳，從而提供精確的恒流反饋控制。DES和RES為LinkSwitch-PL供電，DZOV和ROV在LED開路時提供過壓保護。

　　本設計中的輸出電流與電源變壓器

的特性無關。電感變化對恒流特性無任何影響。因此，這能使恒流特性具有非常嚴格的容差，這在單級轉換器中非常突出。

　　在執行調光控制時，LinkSwitch-PL器件會同時檢測輸入電壓過零點和可控硅調光器的導通角。輸入電壓過零點的檢測是通過漏極節點內部完成的。控制電路會處理此數據并設定需要的反饋電壓，從而設定LED負載電流。

　　浪涌電流

　　如圖1所示，驅動器對可控硅控制器構成高阻抗、大電容負載。此外，還將有電容和電感所構成的輸入EMI濾波電路。在每個半周期，都會產生浪涌電流，從而造成振蕩(如上所述)。

　　要想實現無故障的調光工作，驅動器必須能夠限制振蕩并防止可控硅電流降到維持電流值以下。圖2所示為具備此功能的驅動器的完整電路圖。

圖 2 用于A19白熾燈替換燈的5W、15V可控硅調光LED驅動器的電路圖

　　圖2中的電路提供350mA的單路恒流輸出和15V的LED串電壓。使用標準交流電源可控硅調光器可將輸出電流減小1%(3mA)，并且不會造成LED負載不穩定或閃爍。該驅動器可同時兼容低成本的可控硅調光器和更復雜的電子前沿及后沿調光器。

　　該驅動器的功能增加了輸入EMI濾波和三個可控硅調光所特有的元件：一個無源衰減電路、一個有源衰減電路和一個泄放電路。

　　輸入EMI濾波可確保符合IEC環形波和EN55015傳導EMI規定。然而，關鍵點在于LinkSwitch-PL控制器集成了內置的頻率抖動特性。該特性可分散開關頻率和降低EMI峰值，使EMI濾波電路的尺寸遠低于正常要求。這有助于大幅減小對可控硅帶來的電感性負載，從而降低發生振蕩的可能性。

　　電阻R20構成無源衰減電路。有源衰減電路在每個交流半周期通過輸入整流管連接串聯電阻(R7和R8)，在剩下的交流周期則通過并聯可控硅整流器整流器

(Q3)繞過該電阻。電阻R3、R4和C3決定Q3導通前的延遲時間，然后將衰減電阻R7和R8短路。無源衰減電路和有源衰減電路可在每個半周期可控硅導通時，共同限制峰值浪涌電流。

　　電阻R10、R11和C6形成泄放電路，確保初始輸入電流量可以滿足可控硅的維持電流要求，特別是在導通角較小的情況下。對于非調光應用，則可以省去無源衰減電路、有源衰減電路以及泄放電路。

　　隔離式LED驅動器

　　圖2中的驅動器針對低功率、電氣非隔離式集成LED替換燈專門優化過。PI針對要求電氣隔離的更高功率LED照明系統，推出了LinkSwitch-PH控制器。圖3所示(詳見本刊網站)為使用LinkSwitch-PH的隔離式LED驅動器的電路圖。

圖 3 14W可控硅調光的高功率因數LED驅動器的電路圖

　　該電路能夠在90VAC至265VAC的輸入電壓范圍內對28V的額定LED串電壓提供0.5A驅動電流，其特性包括超寬調光范圍、無閃爍工作(即使使用低成本的交流輸入可控硅調光器)以及快速平滑的導通。

　　它所使用的拓撲結構是運行于連續導通模式下的隔離反激式結構。輸出電流調節完全從初級側檢測，因此無需使用次級反饋元件。單級內部控制器調整高壓功率MOSFET的占空比，以保持輸入電流為正弦交流電，從而確保高功率因數和低諧波電流。

　　該電路的功能與圖2中的電路大體相似，最明顯的差異是該電路采用了電氣隔離，沒有使用與負載串聯的檢測電阻。反饋控制通過變壓器上的偏置繞組提供。反饋控制具有兩項功能：經由旁路(BP)輸入對LinkSwitch-PH供電，經由反饋(FB)輸入提供電流反饋。LinkSwitch-PH提供的另一個重要輸入是電壓監測(V)。該引腳與外部輸入電壓峰值檢測器接口相連，后者由D1、C3、R1、R2和R3構成。外加電流用于控制輸入欠壓(UV)和過壓(OV)的停止邏輯，并提供前饋信號以控制輸出電流和遠程開/關功能。該電路集成了衰減電路和泄放電路，以確保可控硅工作。

　　在任何LED照明裝置中，驅動器的性能都決定著最終用戶的照明體驗，包括啟動時間、調光、無閃爍工作和各單元之間的一致性。14 W驅動器可同時在115 VAC和230 VAC下兼容各種調光器并兼容盡可能寬的調光范圍。因此，衰減電路和泄放電路會起到相對積極的作用，但這會讓效率下降。即使如此，該電路的效率仍能在115 VAC下≥85%，在230 VAC下≥87%。如果不需要調光功能，可省去衰減電路和泄放電路，可取得更高的效率。

　　由上述設計我們看到，新技術的功耗低到只是舊技術的十分之一，在會降低效率(即增加功耗)的情況下，是否真的有必要與所有舊的可控硅控制器實現兼容？當使用一個最低負載規格為40W的1000W可控硅控制器提供驅動時，我們能否讓一個5W LED燈正確工作呢？是的，這是可以做到的，也許應該盡快做到。但我們必須謹記，完整照明解決方案的最終目標是實現最大效率和最低生命周期成本。