原创 LED灯具驱动技术发展趋势分析（下）

常见LED光源驱动IC

目前常见LED光源驱动IC都是从通用电源IC借用过来的，真正为LED光源设计的驱动IC还很少，很多公司都在设计中，预计到2010年中可能会有不少可应市。目前LED光源驱动的低成本而不安全的方案是用阻容降压的方法来实现的，如先前的圣诞灯饰；低成本的驱动还可以用CCR和LDO，它们的驱动电流都不大，CCR只能驱动0.5W以下的LED，如0.06W的草帽灯，LDO用稳压的方法可驱动1W的LED，但对LED光源的寿命不利；DC/DC→恒流源可能是目前已知的最理想方案之一了。

常见LED光源驱动IC及其功能表：

DC/DC恒流源驱动IC

DC/DC恒流源驱动IC是直接为LED光源提供恒定直流电源的。使用最多的是用DC/DC-Buck来做降压型恒流源，降压型恒流源好比从大水库取水，因此恒流特性稳定、供应能力强。用DC/DC-Boost来做升压型的恒流源，好比从水渠往上提水，输出电压可高于输入电压，如要求输出电流较大时需要扩流。

LED光源往往是串、并联应用来扩大灯具的亮度，由于LED光源具有一定的离散性，因此多个串联应用比并联应用来得更合理，可降低对LED光源一致性要求。用DC/DC-Buck来做降压型恒流源，多个LED光源串联以后需要的总电压不能高于DC/DC-Buck的输入电压，如能低2V是最理想的，此时恒流源的效率可大于90%。为此新一代的DC/DC-Buck恒流源IC的一些主要指标会有质的提高，Vin=5-70V，甚至Vin=5-100V，这样的芯片可达到汽车电子应用的基本条件，输出电压也可满足串接近20-30个LED光源的要求。提高Vin的电压关键是集成电路的制造工艺。输出恒流精度也是值得关注的重要指标，它关系到恒流驱动电源在大批量工业化生产时产品的一致性，如因DC/DC-Buck恒流源IC输出的恒流精度不同而产生恒流驱动电源输出电流的不一致性，将影响成批生产的LED灯具亮度的差异，因此对新一代DC/DC-Buck恒流源IC的恒流输出精度要求为2%-1%。过流、过压、过温、开路保护是这类IC所必须具备的。开关频率抖动技术可有效地降低应用电路的EMI，因此会越来越多地被采用。内置的MOSFET还是不宜太大，一是顾及芯片的成本，二是考虑芯片本身在工作时的热量散发，一般单颗芯片的输出电流在2A以下。此外由于工作时有750mA到1500mA电流通过，如在一个类似1.4X1.1mm的硅片管芯上，要长时间通过这些电流，必然有功耗，必然会发热，芯片本身的物理散热结构也是至关重要，驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热。如将管芯（Die）直接绑定在铜板上，并有一Pin直接延伸到封装外，便于直接焊接在PCB板的铜箔上迅速导热散发。

DC/DC恒流源驱动IC的功能高度集成是使应用电路简化的关键所在，如BP1360/1在应用时周边只需要五个元器件，大大节省了应用成本。

图2 应用电路简洁的BP1360

AC/DC恒流源驱动IC

直接在灯头上使用AC电源的照明灯具十分需要应用电路简洁、使用成本低的AC/DC恒流源驱动IC。目前使用的驱动IC大多是从开关电源转用过来的反激式恒流驱动方案，采用隔离降压原理。分成初级侧反馈控制和次级侧反馈控制二类应用，次级侧反馈控制系统精度可达2%，但整个应用电路需要元器件约二十多个；初级侧反馈控制系统精度一般可达5-3%，整个电路需要的元器件最少方案仅7-8个。LED灯具生产厂家是十分注重成本的。

目前AC/DC恒流源驱动IC正从反激式拓扑结构转向高效率谐振半桥（LLC） + PFC拓扑结构，以充分发挥零电压开关拓扑结构(ZVS)的优势，和满足LED灯具对PFC（功率因素较正）日益提高的要求，并要求在较低的功率等级(如<50 W)时能提高效率>90%。宽电压输入、短路和过功率保护、开路保护、较低的总谐波失真(THD)是基本的要求。

图 3 AC/DC恒流源驱动IC正从反激式拓扑结构转向高效率谐振半桥LLC

另一种AC/DC恒流源驱动IC发展思路是由功率因数校正((PFC)和脉宽调控(PWM)两种平均电流模式控制器组成新的驱动IC，其中PFC级采用的开关充电式乘法器技术，可以获得较高的功率因数与较低的总谐波失真(THD)；而PWM可以选择采用电流模式控制或是电压模式控制。PFC调控为上升沿调制，而PWM则采用下降沿调制，因为采用不同触发的调制可以降低PFC输出电容上的纹波电压。增加可编程的两段式PFC输出功能，可以提高低压输入和轻载时的系统效率。增加多种保护功能，包括PWM与PFC的软启动、PFC过压/欠压、逐周期电流限制、PFC输入欠压等，确保电源后级LED光源不受损坏。PFC部份工作在连续电流模式，可以帮助降低升压电感电流的变化率，适用于较大功率的应用。增益调节器可以为电源提供较高的功率因数与较低的总谐波失真，是PFC级的核心，可以针对不同的输入电压、频率，有效值电压和PFC输出电压对电流环做出响应.。增益调节器的功能是产生控制信号给PFC级，控制其占空比使输出电压维持稳定；VRMS平方的倒数可以为高压和低压提供恒定功率。

AC/DC恒流源驱动IC应用与可控硅调光器配合也是顺应现有应用，对于宾客业和家居照明有相当大量的需求，也是正在发展的一个分枝，新的开发要适应隔离型交流/直流电离线式 100VAC / 230VAC应用 ，适用于前切相调光器、后切相调光器，要有可从 2% 提高到 100%宽调光范围，采用谐振控制，以便获取 85% 的高效率，满足谐波要求，无调光器时功率因数达 0.9。

对AC/DC恒流驱动源来说，传导和幅射是关系到LED灯具产品能否过CE和UL认证的十分重要参数，因此必须在230 VAC输入条件下按EN55015 B标准的测试传导EMI结果。

集成电路价格遵循金字塔的市场法则

集成电路产品从诞生之日起就进入不断降价的自然规律，正是由于降价才将生存的空间不断扩大。LED光源、驱动IC也都是集成电路，自然也遵循这个自然规律，这也就是LED照明能在短短几年迅速做大的根本所在。集成电路产品每降一次价，它的市场就扩大好几倍。LED照明是进入人居空间的海量产品，销售价格越走越低是必然的，集成电路的主要原料--硅在自然界就是处处可见，海量而低廉。

参考资料：

《背光及照明用LED驱动IC技术市场分析》 颜重光 2008-03

《LED灯具低压驱动技术》 颜重光 2008-09

《发展迅速的AC直接驱动LED光源技术》 颜重光 2008-12

《使用LED台灯方案设计思考》 颜重光 2009-08

Fairchild、Onsemi、PI技术资料