高效率LED驱动电源设计
随着LED生产成本下降，越来越多应用开始采用这类组件，包括手持装置、汽车电子和建筑照明等。LED拥有高可靠性、良好效率和超快响应速度，所以很适合作为照明光源。虽然白炽灯泡的成本很低，更换费用却可能很昂贵。街灯就是很好的例子，更换一个故障灯泡往往需要出动多位人员和一辆卡车。也因为如此，尽管LED和白炽灯泡的效率大致相等，许多街灯却采用可靠性更高且更省电的LED。
白炽灯虽能发出连续光谱，却常用于交通号志等只需绿光、红光和黄光的场合。这类应用须在白炽灯外加装一个特定颜色的滤片，但它会造成六成的光能浪费。LED则能产生特定颜色的光，而且只要接通电源即可立即发亮，不像白炽灯需要200ms的反应时间，因此汽车产业早就将LED用于车灯。另外，DLP视讯应用也以LED作为光源，利用高速开关的LED取代原有机械组件。
LED的I-V特性
图1是典型InGaA1P LED的正向电压特性。LED电路模型可表示为一个电压源串联一个电阻，这个简单模型与实际测量结果很吻合。电压源为负温度系数，因此正向电压会随着接面温度升高而下降。InGaA1P LED(黄色与琥珀红)的温度系数在-3.0～-5.2mV／K之间，InGaN LED(蓝、绿和白色)则介于-3.6～-5.2mV／K之间。负温度系数是造成LED很难并联的原因之一，因为越热的组件会汲取越多的电流，越多的电流又会让它的温度进一步升高，最后就变成热失控。
图2是输出光强度(光通量)与操作电流的关系，可以看出输出光强度与二极管电流的关系很密切，只要改变正向电流就能调整LED的亮度。另外，这条曲线在电流较小时很像是一条直线，但其斜率在电流升高时会变得较小。这表示当电流较小时，只要二极管电流加倍就会让输出光强度加倍。电流较大时则非如此，此时电流加倍只会让输出光强度提高八成。这项特性对LED很重要，因为它是由交换式电源所驱动，所以可能会遇到很大的纹波电流。其实电源供应的成本在某种程度上就是由所允许的电流决定：纹波电流越大，电源供应的成本就越低，只不过LED的输出光强度也会受到影响。
图3是把三角纹波电流加到直流输出电流后，输出光强度减少的情形。由于纹波电流的频率在多数情形下都远超过人限所能分辨的80Hz，再加上人眼对光强度的反应又呈现指数关系，只要光强度减少不超过20％就不会被发现，因此就算LED电流的纹波很大，光强度也不会明显减弱。
纹波电流还会增加LED耗电量，造成接面温度上升，并对LED的使用寿命产生很大影响。图4显示LED输出光强度与时间及接面温度的关系。我们设定80％的输出光强度为LED的使用寿命，则从图4中可看出，当温度从74℃降至63℃时，LED使用寿命会从10000小时增加为25000小时。
图5是纹波电流造成LED功耗增加的情形。由于纹波频率比LED的热时间常数高，因此就算纹波电流很大(以及峰值功耗很大)也不会影响峰值接面温度——这个温度主要是由平均功耗决定。LED的大部份电压降就像是一个电压源，所以电流波形不会对功耗造成影响。然而电压降中仍会有某些电阻分量，这部份的功耗等于电阻值乘以均方根电流的平方。
从图5还能发现就算纹波电流很高，也不会对LED功耗造成太大影响。举例来说，当纹波电流达到输出电流的一半时，耗电量只会增加不到5％。但若纹波电流远远超出这个水平，设计人员就必须减少电源提供的直流电流，避免接面温度升高而影响组件寿命。一个简单的经验法则是：接面温度每降低10℃，半导体组件寿命就会延长一倍。另外，多数设计由于受到电感的限制，都会尽量降低纹波电流，因为大部分电感只能应付20％以下的Ipk／Iout纹波电流比。
典型应用
LED电流常由安定电阻或线性稳压器控制，但本文主要讨论交换式稳压器。LED驱动架构基本上可分为降压、升压和升降压等三种类型，实际架构则应由输入电压与输出电压的关系决定。
如果输出电压永远低干输入电压，则可采用图6所示的降压稳压器。在此电路里，输出滤波电感L1的平均电压是由功率开关的负载周期所控制。TPS5430内含的FET开关导通时会将输入电压连接到电感L1并产生电流，逆向电压保护二极管D2则会在开关截止时提供另一条电流路径。L1电感可以稳定LED电流，因为电路会透过电阻监控LED电流，然后比较电阻电压与控制组件内部的参考电压以判断电流大小：如果电流太小，就增加功率开关的负载周期来提高L1电感的平均电压，以便让LED电流升高。这个电路的工作效率很高，因为功率开关、逆向电压保护二极管和电流感测电阻的电压降都很小。
如果输出电压永远大于输入电压，图7所示的升压转换架构就是最佳选择。这个设计除了控制电路外，同样会使用内含功率开关的组件U1。功率开关导通时，电流会通过电感到地。开关截止时，U1接脚1的电压会上升直到DI导通，电感也会经由输出电容C3和多个串联的LED开始放电。多数应用会利用C3稳定LED电流，若没有该电容，LED电流会变成在零与电感电流之间交替切换的不连续电流，不仅会降低LED的亮度，还会产生更多热量而缩短LED寿命。此电路也和前面一样利用电阻感测LED电流，再根据结果调整负载周期。注意，此架构很大的缺点是没有提供短路保护，输出端短路会造成庞大电流通过电感与二极管，将导致电路故障或输入电压大幅下降。
如果输入电压的变动范围很大，有时高于输出电压，有时又低于输出电压，那么单纯的降压或升压架构就不适用。除此之外，升压应用还可能需要短路保护功能。在此状况下，设计人员应采用图8所示的升降压架构。这个电路与升压转换架构很类似，会在功率开关导通时建立电感电流，等到功率开关停止导通，电感电流就会通过输出电容和LED。这种设计与升压转换架构的区别在于输出电压不是正值，而是负电压。此架构还能在输出短路时将开关QI切断，所以可以避免升压架构发生的短路问题。此电路的另一特点是尽管输出为负电压，感测电路却不需执行电压位准转换——因为控制组件的地线连接到负输出端，并直接测量感测电阻R100两端的电压。图8中虽然只有1个LED，实际应用却可串联多颗。另外要注意的是，输入电压与输出电压的总和不能超过控制组件的最大电压额定值。
控制回路设计
LED电源供应的电流回路设计要比传统电源供应的电压回路简单。电流回路的复杂性是由输出滤波架构决定的。图9就是三种常见架构，分别是单纯的电感滤波器(A)、典型的电源供应滤波
器(B)和改良型滤波器设计(C)。
为每个功率级电路建立简单的P-Spice模型，以说明其控制特性的个别差异。其中降压转换功率FET与二极管的开关动作由一个10倍增益的压控电压源代表，LED由一个3Ω电阻串联6V电压源代表，LED与接地之间还有一个1Ω的电流感测电阻。模拟结果如图10所示。
电路A是相当稳定的一阶系统响应，其中，直流增益是由压控电压源、LED阻抗所构成的分压器以及电流感测电阻所决定，系统极点则由输出电感与电路阻抗决定。补偿电路设计也很简单，只要使用乙类放大器即可。
电路B由于包含输出电容，所以会有二阶响应。增加输出电容是因为某些应用在电磁干扰或散热因素的考虑下，不能容忍LED出现太大的纹波电流，因此需要输出电容来消除纹波电流。这个电路的直流增益与前面的电路相同，但它会在输出电感和电容所决定的频率点上产生一对复数极点。由于滤波电路的总相位移为180°，因此补偿电路设计必须谨慎以免系统不稳定。补偿电路设计与采用丙类放大器的传统电压模式电源供应很类似，但比电路A多出两颗零件和输出电容。
电路C则会重新安排输出电容的位置，使电路补偿更容易。LED两端的纹波电压与电路B很类似，只不过电感纹波电流会通过电流感测电阻R105，这在计算功耗时必须考虑。此电路的补偿设计几乎和电路A同样简单，直流增益也与前面两种电路相同。电路共有1个零点和2个极点，零点由电容和LED串联电阻产生。第一个极点由输出电容和电流感测电阻决定，第二个极点由电流感测电阻和输出电感决定。当频率很高时，此电路的响应与电路A相同。
调光
许多应用都需要LED调光功能，像是显示器亮度控制和建筑照明调整。LED调光方式有两种，一种是减少LED电流，另一种是让LED快速导通和截止。由于输出光强度不全与电流成正比，LED光谱在电流低于额定值时还常会移动，所以减少LED电流不是很有效率的做法。另外，人类的亮度感受还与光强度成指数关系，需大幅改变电流才能达到调光效果，这对电路设计造成很大影响，例如，电路容差(circuittolerante)就能让3％的满负载电流误差在10％负载时增为30％以上。
电流波形脉冲宽度调变(PWM)虽图11利用Q1对LED电流进行脉冲宽度调变然提供更精确的亮度调整，但响应速度要特别注意，如照明和显示器应用就必须让PWM速度超过100Hz，否则看起来会有闪烁的感觉。假设PWM频率为100Hz，那么10％的脉冲宽度就已进入毫秒范围，是故电源供应必须提供10kHz以上的带宽。图9中的A和C简单回路都能轻易达到此要求。图11是包含PWM调光功能的降压转换功率级电路，会不停接通和切断LED与电路的联机。这种架构让控制回路永远处于工作状态，故能提供非常快速的瞬时响应(见图12)。
结语
尽管LED应用日益流行，仍有许多电源管理问题需要解决。例如，LED在注重可靠性与安全性的汽车市场的应用虽已大幅成长，但汽车电路系统的电源环境其实相当严苛，所以保护电路设计必须能够承受60V以上的电压突降。
作者：Robert Kollman
【摘 要】LED具有高效、节能、环保、寿命长等特点，若能以LED照明取代目前低效率、高耗能的传统照明，无疑对缓解当前越来越紧迫的能源短缺和环境恶化问题起到举足轻重的作用。而如今随着LED 的快速发展，LED已经成为各种照明场合的主流照明光源，LED 驱动电源将逐渐成为 LED 灯的可靠性与寿命的决定性因素。本文设计了一种高效节能的驱动电源，经功能测试，LED 驱动电源工作效率在90%以上，功率因数为 0.955，非隔离式输出功率为91.3W，能效等级为1级，通过测试结果验证了本设计的可行性和可靠性。
【关键词】MCZ5205SE；LED；高效节能；驱动电源
LED是上世纪90年代发展起来的新一代冷光源，具有传统光源无可比拟的优势：节约能源、保护环境（不含汞等有害物质）、寿命长（10万小时）、减少维护费用、提供更好的灯光品质、改进灯光視觉效果和安全性。这些都使LED技术在众多基础设施建设中得到越来越多的应用[1]。
LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED是电流驱动的器件，其亮度与正向电流呈比例关系。LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是3伏左右的低电压驱动，它对驱动电源有较高要求。
市场对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，设计一款好的电源必须综合考虑这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就像人的心脏一样重要。
1 LED 灯的电源驱动原理
高效节能驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电源转换器，LED所需的电压为可以随负载正向电压值变化而改变电压的恒定输出电流源。本电路不管电网电压如何变动，驱动电源在80V―265V区间都能正常工作，同时在电路中加入的保护装置，大大延长了驱动电源的使用寿命[2]。LED是节能产品，驱动电源的效率控制在90%以上，电源的效率高，它的耗损功率非常小，在灯管内发热量就更小，也就降低了灯具的温升，对延缓LED的光衰有利，从而解决了光管散热难的问题。
高功率因数，功率因数是电网对负载的要求。如果功率因数太低，必定给电网电压带来较大波动，影响其它用户用电质量，虽然我国对用电量小的电器，没有强制性指标。但如果功率因数都低，必然会对电网产生较严重的污染，而这次设计的驱动电源的功率因数达到了0.9以上，基本解决了对电能使用效率的问题，减少了对电网的污染。
2 LED 灯的电源驱动器的设计
2.1 驱动电源系统整体架构
驱动电源能实现在输入交流电的情况下，输出稳定的直流电，并满足电磁兼容的要求[3]。在控制电路设计方面，向集中控制、标准模块化、系统可扩展性三方面发展。
驱动电路的结构框图（如图1）所示，输入的交流电先经过前级保护电路进行保护，然后经过EMI 滤波电路抑制自身和电源线产生的电磁污染，再通过全波整流滤波电路，得到较为平滑的电压分别输出到启动电路和LLC谐振变换器，通过变换器转换后输出平稳的直流电压给负载供电，同时启动电路的输出电压送入控制器，和输出电路通过光电耦合器件送来的PWM 电压信号进行比较，控制开关器件的导通和截止来控制变压器的能量传递。
2.2 控制电路的设计
本设计采用 MCZ5205SE LLC电流共振桥式转换器控制IC作为驱动电源的控制芯片，MCZ5205SE 控制芯片具备用于控制临界型PFC控制器与带有高耐压门驱动器的变频LLC桥型全波电流共振电源控制器，并具备各种保护功能。与普通的 PWM 控制器不同，它使用简单的开/关控制方式来稳定输出电压。控制器包括一个振荡器、时间检测器、反馈放大器、PFC监测、信号控制电路、软启动与检测电路、过电流检测电路、输入锁定电路、MOS门驱动电路、PFC过电流检测电路。
该驱动电源具有智能控制功能，能使LED的负载电流在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时，控制器可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。控制电路如图2所示。
2.3 EMI 滤波电路设计
光电产品对抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压和电网谐波串入的能力。为加强这方面的保护，在设计该产品时加入了抗浪涌保护，即采用 EMI 滤波电路，对从电网系统侵入各种浪涌电流导致LED的损坏的因素加以抑制，从而保护光电产品不被损坏。由于两种干扰是同时存在的，并且共模比差模更容易引起电磁干扰，所以EMI 滤波器主要还是抑制共模干扰信号。
2.4 LLC谐振变换器的设计
LLC谐振变换器主要由输入电源、开关网络、谐振网络、理想变压器、整流桥、滤波网络和负载组成。该电路结合了串联谐振变换器和并联变换器的优点，能在负载和输入电压变化很大的情况下实现输出电压的稳定调节，并能实现场效应管和二极管软开关的控制。
该电路的输入电压VI为205V，设计的输出电压最大值Vomax为32V，输出端整流二极管的正向导通电压Vd为0.9V，额定输出电流Inom为25A，变压器原副边的匝比N为3。
本文设计的高效节能驱动电源采用MCZ5205SE LLC电流共振桥式转换器，恒流效果好，输出电流稳定，体积小，成本低，且能避免LED灯的闪烁现象。该产品比市场上目前的驱动电源更小巧、更节能、更环保、更稳定。目前已完成该产品的制作，并已经投入市场使用。在使用的过程中，本产品工作稳定、散热性好、使用寿命长，故该产品具有较高的市场价值。
【参考文献】
[1]魏大为.大功率LED路灯驱动电源的设计[J].电工技术，2009（5）.
[2]沙占友.LED驱动电源设计入门[J].中国电力出版社：第一版，2012（1）.
[3]杨恒.LED照明驱动器设计步骤详解[M].北京：中国电力出版社，2009.
作者：周宇
摘要：随着绿色照明工程的实施和发展，半导体材料在人们的生活中应用越来越广泛，半导体材料制作的LED逐渐进入了人们的视野。长久以来，组成LED综合性应用的重要部分就是驱动电路，因此怎样设计出科学合理的LED驱动电路是电气工程师们亟待解决的问题。本文通过对LED原理进行深入仔细的探析，总结出LED进行驱动设计时必须要注意的问题。可以看出LED驱动的设计必须要解决电流输出和电源转化率等多方面的问题。本文意在抛砖引玉，使同行间相互探讨达到共同提高的目的，进而为我国以后的大功率LED路灯驱动电源设计起到一定的参考作用。
关键词：大功率 LED路灯 驱动电源 设计
引 言
所谓“绿色照明”是指通过可行的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品，改善提高人们的生活品质。完整的“绿色照明”内涵包括高效、节能、安全、环保等四项指标，不可或缺。作为“绿色照明”之一的半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，它具有高效、节能、安全、环保、寿命长、易维护等显著特点，被认为是最有可能进入普通照明领域的一种新型第四代“绿色”学源。2003年6月17日，我国正式启动“国家半导体照明工程”。随着“绿色照明”理念的提出和推广，以半导体材料制作的LED光源被逐渐的应用到了景观照明方面，与此同时大功率的LED路灯引起了人们的广泛关注。大功率LED路灯的工作原理是，通过直流低压对大功率LED组进行点亮，从而满足人们的照明需求。大功率LED路灯不仅具有亮度高和显色性好的优势，并且因为LED路灯的需要输入的电能是低压直流，所以对电能的要求少。随着太阳能光伏发电技术的不断成熟，由于大功率LED路灯对电能的要求少，使得太阳能LED路灯作为未来道路的照明方式成为可能。在目前的LED应用过程中，由于大功率LED所需要的必须是低压直流电源，所以普通的家用交流电无法满足大功率LED的要求，即使经过了普通降压和稳压的电源也必须通过重新改良过后才能用于为大功率LED驱动电能。本文通过对大功率LED的工作特性深入探析理解，并对目前常用的一些驱动电源进行简要分析，对高效的发挥出大功率LED的优势驱动电源必须具备的哪些条件提出了多个设计要素。
一、LED驱动电路研究的意义和价值
LED路灯是低得罟、大电流的驱动器件其发光的强度由流过LED的电流决定电流过强会引起LED的衰减电流过弱会(dian4 liu2 guo4 ruo4 hui4)影响LED的发光强度因此LED的驱动需要提供恒流电源以保证大功率LED使用的安全性同时达到理想的发光强度。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC(功率因素校正)和恒流问题还需有比较高的转换效率有较小的体积能长时间工作易散热低成本抗电磁干扰和过温、过流、短路、开路保护等。本文设计的PFC开关电源性能良好、可靠、经济实惠且效率高在LED路灯使用过程中取得满意的效果。
LED由于节能环保、寿命长、光电效率高、启动时间按短等众多优点，成为了照明领域关注的焦点，近年来发展迅速。由于LED独特的电气特性使得LED驱动电路也面临更大的挑战，LED驱动电路关系到整个LED照明系统性能的可靠性。因此为防止LED的损坏，这些都要求所设计系统能够精准控制LED输出电流。目前采用的稳压驱动电路，存在稳流能力较差的缺点，从而导致LED寿命大为缩短。
当前，直流输入LED驱动电源已经发展了较长的一段时间，电路已比较成熟，而用于市电输入照明的LED驱动电路，很多采用交流输入电容降压及工频变压器降压，电源体积过大，输出的电流稳定性差，性能很低。目前针对市电输入的降压驱动电路是当前LED驱动市场的难点和热点。LED照明时一种绿色照明，其驱动电源的输出功率较小，在此情况下实现电源的高效率是另一大难点。同时，由于LED的使用寿命理论上长达10 万小时，这要求驱动电源很高的可靠性。
二、设计方案
HV9910 应用恒定频率峰值电流控制的脉宽调制(PWM) 方法，采用了一个小电感和一个外部开关来最小化LED驱动器的损耗。不同于传统的PWM控制方法，该驱动器使用了一个简单的开/ 关控制来调整LED的电流，因而简化了控制电路的设计。
2.1 电路的特点
1)无需电解电容及变压器，这样增加了电源的使用寿命。如果LED驱动器理有电解电容，那寿命主要取决于电解电容，电解电容的使用寿命有一个大家公认的近似计算法则：即温度每下降10 度使用寿命增加一倍。比如说标称105 度2000 小时的电解电容，在65 度下使用寿命大约是32000 小时。
2)高效率。这款灵活简单的LED驱动器IC效率超过93%，可减少相关元件的数量，从而降低了系统成本。HV9910 可将调整过的85V至265Vac 或8V至450Vdc 电压源转换为一个恒流源，从而为串连或并联的高亮LED提供电源。
3)电路简单，仅需一个芯片HV9910 的实现就能实现所有的功能，没有用到变压器，提高了功率的效率，减少了空间，增加了系统的可靠性。
2.2 电磁兼容，高PFC、过EMI
采用高PFC 功能电路设计的室外LED 路灯电源，内置完善的EMC电路和高效防雷电路，符合安规和电磁兼容的要求。再用电压环反馈，限压恒流，效率高，恒流准，范围宽，实现了宽输入，稳压恒流输出，避免了LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED得亮度稳定。整机元件少，电路简单。
2.3 电源的PCB设计
本文在PCB 布局过程中，将易受干扰的元器件、输入与输出元件、具有较高的电位差的元器件或导线间距离尽可能加大，提高电路的抗干扰能力。
本文遵守以下原则进行PCB布线：
1)尽量避免相邻的线平行排列，平行走线的最大长度小于3cm，避免线间电容使电路发生反馈耦合和电磁振荡;
2)为避免高频回路对整个电路的影响，尽可能减小其面积，并使用较细的导线;
3)合理设计PCB导线的宽度，电源进线线宽1.5mm，开关电源输入线的相线与中线间距3.5mm，电源地与输出地间距、变压器的初级与次级间距均大于8mm;
三、可靠性设计
要在照明领域中大量使用大功率白光LED，只有保证大功率白光LED驱动电源安全可靠地工作，才能保证大功率白光LED的长寿命和发光亮度稳定。
3.1過压过流保护
在实际使用中，会出现负载短路或者空载的情况，会造成整个驱动电源的破坏，所以在驱动电源设计的时候，需要增加过压与过流保护。
3.2隔离保护
LED是低电压的产品，当驱动电源的开关损坏时，也不能有危及负载的高电压出现。所以要求电路的负载电路做到隔离保护。
3.3浪涌保护
在实际应用中，电网很不稳定，尤其是雷雨季节，会有浪涌电压存在，所以在驱动电源设计时，要考虑到整个产品的防雷，尽量避免在异常时造成永久性的破坏。
3.4散热设计在大功率LED应用中，LED能承受的电流与温度有一定的关系，所以在驱动电源设计时，需要考虑大功率白光LED的散热问题和驱动电源本身的散热问题。
四、本文小结
随着半导体照明产业化技术的发展，大功率LED的应用逐渐成熟，我们有理由相信在未来的社会发展中，大功率LED路灯会应用于建筑照明领域，由于“功率因数”的指标也逐渐受到LED行业的重视，所以在对大功率LED路灯的驱动电压进行设计时必须要考虑到该参数，以设计出更科学合理的大功率LED路灯驱动电源。
作者：李春艳
摘 要：本文主要就LED对驱动电源要求及特征加以阐述，然后就LED驱动电源整体设计详细探究。
关键词：LED；大功率；驱动电源设计
电力照明的发展经过了几个重要阶段，高强度气体放电对使用环境的要求比较高，成本也比较高。LED照明技术的出现时间相对比较晚，但是优势比较突出，是新型环保高科技光源。而对于LED大功率驱动电源的设计需求在当前页表现的比较突出，这就需要从多方面加强重视，保障设计的目标实现。
1 LED驱动电源特征体现及对其的要求
1.1 LED驱动电源特征体现
对于LED驱动电源的方案比较多，虽然有诸多方案，但是并不能直接对其供电。驱动电源的类型也比较多，有高压和低压驱动，也有过度电压和市电驱动类型。例如过度电压驱动，即为给LED供电电压值在LED管压降附近，这一电源供电在LED矿灯上应用比较多。为能有效配合锂电池工作，体积就相对比较小，这样也降低了成本。如低压驱动的类型，在使用电池供电的时候电压值在0.8～1.65V，供电方式就用于便携电子产品，驱动小功率以及中功率白光LED，对于这一类型方案最好的应用电路就是电荷泵式升压变换器。再如高压驱动的类型，这是给LED供电电压始终高于LED管压降，主要是用于驅动LED灯的。
1.2 LED对驱动电源要求
LED之所以得到了广泛应用正是基于自身的优势特点，对LED驱动电源也会有着比较特殊的要求，这就和普通的使用电源相比较来说，参数要求比较高。LED是含有PN结的器件，发光原理也是在PN支持下实现的，有着单向导电性，故此要采用直流电源以及单向脉冲电压供电。LED发光的特点就是在向电压超过阈值电压后有电流通过，这样才会发光，其光度强弱和流过电流大小有着紧密联系，在电流增大的时候光通量也会增大，此时的光线就比较强。LED对驱动电源的要求有几个重要层面要加强重视，驱动电源电压是直流电压。驱动电源有比较高的功率转换效率，这就增加了LED路灯节能优势。为得到稳定光输出以及亮度，就要求驱动电源对LED提供恒定电流。驱动电源也有恒流电流调节功能，在相应范围就能对LED亮度以及色调实施有效调节。
2 LED驱动电源整体设计
2.1 LED驱动电源结构和电路选择
LED驱动电源分成直流和交流供电方式，其中的直流供电则主要是运用电池以及电瓶等，直接供电的LED驱动电源就要结合直流电源特性来选择控制方式以及拓扑结构。而对于交流供电LED驱动电源就能保障其达到理想发光效果，并且能保证驱动电源体积以及效率和安全。也比较符合国家的相关质量标准。高频开关电源发展下，成为高效高性能LED驱动电源设计，并为其发展提供了良好平台。选择结构的时候就会遇到专用以及通用LED驱动芯片，这就要结合实际进行判断，驱动电路分由LED专用驱动芯片构成以及通用两种，LED专用驱动芯片就是依照着LED发光特性设计的；通用芯片则是自身不是为LED驱动电路设计，也能运用到其他的电路上。还有就是隔离和非隔离式驱动，LED驱动电源按照着输入输出有无公共点分成隔离和非隔离式驱动，前者的电路设计就相对比较简单化，所运用的元件也比较少，效率较高等。而非隔离式电路的电压抑制能力相对比较差。
另外，LED驱动电源的电路选择也是比较重要的内容。这就涉及到谐振变换器，传统的有串联谐振变换器，谐振网络以及负载组成分压电路，谐振回路阻抗在随着开关频率而发生改变，负载的直流增益是小于1的。变换器工作在谐振频率的时候，串联谐振回路阻抗就相对比较小，增益也是最大。主要的应用优势就是阻直电容能避免高频变压器饱和，在开关的频率大于谐振频率的时候，原边功率开关就能实现ZVS开通。再有就是并联谐振变换器，其主要的应用优势就是开关频率大于谐振频率的时候原边功率开关能够实现ZVS开通等。
2.2 LED驱动电源具体设计
LED驱动电源有着其自身的特殊性，对其电路的设计环节是比较关键的，此次对LED驱动电源的设计规格是交流输入电压范围88——264V，半桥LLC电路输出电压48V。对于功率校正电路的部分，有源功率因数校正部分是在NCP1613功率因数校正基础上的，其交错式有源功率因数校正控制器的应用过程中，两路电路开关受芯片控制，有平角相位差。电感当中电流的相关工作中，和连续导电模式进行了比较紧密的结合，主要的工作优势是大大降低了电磁干扰以及输出电流文波。而对于恒流驱动主电路而言，输出端可是十个三瓦大功率LED组成的混联电路供电。
LED驱动电源的设计过程中，对于半桥LLC谐振电路的设计方面，就要充分注重其结构，常规谐振变换器依照着负载连接方式。串联谐振变换器就是整流负载网络和一个LC谐振网络进行串联的，这就起到了分压器作用，小负载下就很难调节输出，频率是无限的大。未能对LC谐振变换器问题的解决，就可通过对半桥LLC谐振变换器加以应用，这就能有助于实现现宽电压范围输入以及负载大范围不变下进行调节输出，对整体运行范围零电压切换等目标加以实现。
對控制器的设计过程中，就要充分注重电流环设计，结合CCM工作模式下小信号模型，就能得到电流环控制结构，（如下图）。电压环的设计能有效保障输出电压时有足够低截止频率，这就能有效减少输出文波造成的影响。
3 结语
综上所述，应用LED的大功率驱动电源设计就要从多方面加强重视，要充分了解LED驱动电源的特征优势，并详细了解其运行的原理等，按照当前对其使用需求进行设计，从而保障设计的整体质量。
参考文献：
[1]黄娇平.基于ClassE的复合型高频数字化LED驱动系统研究[D].哈尔滨工业大学，2016.
[2]邓玉斌.带多种保护电路的LED驱动电路的设计[D].湘潭大学，2016.
[3]张健生.双管反激式LED驱动电源的研究[D].广东工业大学，2016.
[4]游芳.新型LED驱动电源与控制技术的研究[D].西华大学，2016.
[5]韩浩.大功率LED驱动电源的设计与研究[D].青岛大学，2014.
作者：黄锋
摘 要：根据LED驱动电源设计要求，对设计方案进行合理论证，前级功率因素校正采用升压型斩波电路，控制芯片采用仙童公司的FAN7527，后级采用隔离式单端反激电路实现降压型DC/DC变换，控制芯片为TI公司的UC3843；此外为满足LED驱动电源恒流输出特性，设计中采用AP4310设计一个恒流限压控制器。基于以上结构，完成一款实验样机，通过测试和分析，实验波形与理论波形基本一致，完成本次设计要求的性能指标。
关键词：LED DC/DC变换；功率因素；UC3843；恒流
Key words：LED DC / DC conversion；power factor correction；UC3843；constant current
1 引 言
近年来，能源危机使世界各国开始关注绿色节能照明问题，新型光源也应运而生。发光二极管（Lighting Emitting Diode，LED）具有高效、节能、无污染、模拟自然光等优点，在最近几年得到快速发展，逐渐成为照明市场的主流，世界各国政府和公司已投入大量资金用于白光LED的开发和推广。LED主要可应用于信号指示、装饰照明、景观照明，家具照明、路灯等，不同应用场合的照明必须设计对应的驱动电源才能满足需求[1-3]。
由于LED自身的伏安特性及温度特性，对驱动电源的要求非常高，必须研发可靠、稳定的驱动器与之匹配[4-5]。通常，对于LED驱动器的基本要求有：高功率因素（Power Factor Corrector，PFC），高效率，恒流控制等，本文选用最新应用控制芯片，通过合理的外围电路设计，完成了一款LED驱动电源。
2 方案论证
LED驱动电源设计中，通常采用桥式整流和电解电容滤波电路来实现AC/DC变换，为下级变换器提供直流电。由于整流二极管具有单向导电性，只有在正向偏置时才会导通，也就是交流输入电压的半个周期中，只有交流电压峰值高于电解电容电压整流二极管才会导通。因此，在交流电压的半个周期内，每对二极管的导通角往往只有60o-70o。虽然交流输入电压仍然能保持正弦，但输入电流却出现严重畸变，呈幅度很高的尖峰状脉冲，从而导致系统功率因素很低，一般仅有0.5-0.6，影响电源的利用率，对电能造成巨大浪费。此外，输入端产生的谐波电流也会对电网造成污染，影响电能质量和供电品质，同时也会对系统中其它电子设备产生干扰[6]。
美国能源部于2008年10月发布的固态照明光源“能源之星”规范要求：任何功率等驱动电源都需要强制进行功率因数校正；住宅应用LED灯具的功率因素>0.7，商业用LED灯具的功率因素>0.9。因此在本设计中首先应考虑功率因素校正环节。典型功率因素校正方式有无源PFC和有源PFC两种类型。无源PFC电路只使用二极管、电阻、电容和电感等无源元件，拓扑简单、成本低，但功率因素校正效果较差。实际LED驱动电源中较多采用有源PFC，有源功率因素校正技术是利用集成电路使电流波形主动跟随电压波形从而达到功率因素校正的目的，按电路拓扑结构可以分成降压式、升/降压式、反激式、升压式四种，本文选用比较成熟的是Boost升压式电路结构。
在直流供电方面，LED驱动电源按照驱动方式主要可以分为四类：电阻限流控制、线性控制、电荷泵变换器以及开关变换器等。开关变换器效率高、控制精准，可以实现宽范围的电压/电流控制，非常适合大功率多串式LED 的控制。其中典型降压型DC/DC变换有：非隔离降压型（Buck）、反激式拓扑、半桥拓扑。非隔离降压型一般应用在1-10W场合；反激式一般用在25W-100W左右场合；100W以上一般选用半桥拓扑，本文根据功率等级选择反激式隔离降压变换器[6]。
此外，为了保证LED光源稳定性及可调性，需要了解其基本电气特性，如图1所示为LED光通量与其正向电流、正向电压的关系曲线[7]。从图中可看到，LED的光通量仅取决于驱动电流的大小，LED 两端的电压近似为恒值。由此可知，LED 需要采用恒流控制，通过调节电流大小来调节 LED 的输出光通量。
3.1 PFC电路设计
PFC电路设计采用了升压型斩波电路，控制环节主要由仙童公司功率因素校正控制芯片FAN7527完成，电路设计如图3所示。输出电压经R4、R5电阻分压进入1号脚，芯片内部调节器输出与3脚输入的半波电压瞬时值相乘，乘法器输出作为电感参考电流指令，与4脚输入电流瞬时值比较，当输入电流值大于乘法器输出时，输出电平翻转，RS触发器置“0”，该电平由7脚输出，关断开关管。因此，乘法器输出电流即为通过开关管的电流的门限值，该门限值随输入电压的变化而近似呈正弦规律变化。当开光管关断后，变压器L2电流慢慢减小，当电流接近零时，又导致引脚5过零比较器的输出翻转，将RS触发器置“1”，开关管导通，电感电流增大。重复上面的过程，电流波形接近正弦波，从而达到功率因素校正的目的。
3.2 DC/DC直流变换电路设计
本级设计选用UC3843作为控制芯片，UC3843是高性能固定频率电流模式控制器，具有可微调的振荡器、精确的占空比控制、高增益误差放大器、大电流图腾式输出等优点，专为反激式DC/DC变换器应用而设置，只需很少外部元件就能获得成本效益高的解决方案，其外围电路设计如图4所示。变换器开关频率由R9、C12决定。反馈信号通过电阻R10、R11进入2脚，通过芯片内容高增益误差放大器构成控制环节，调节6脚输出占空比大小。开关管电流通过R13进行采样进入引脚3，当流过开关管电流超过给定值时，关断开关管。
3.3 恒流限压控制电路设计
如前所述，LED驱动电源必须采用恒流方式。恒流控制的方式很多，此处主要利用AP4310作为主控芯片，来实现恒流限压输出，AP4310内部结构主要是由2个运放组成，如图5所示。AP4310的3号引脚自带一个2.5V的基准电压（第一个运放的正向输入端），通过R20、R21输出电压采样反向输入端（2号引脚），该运放构成电压控制环，当方向输入电压过2.5V，输出端为低，这样反馈信号从光耦通过二极管D8到运放1的输出端，从而实现限压功能。同理，运放2用于调节电流，其同相端的参考电压值由R22、R23决定，反向输入端为从R16采样电流反馈的电压值，当过流时，其反相端电压超过同相，运放输出低电位，从而使光耦通过二极管D9导通，反馈到开关模块进行调节电流。
4 实验测试
根据以上设计电路，在实验室制作了一款LED驱动电源，实物图片如图6所示。
功率因素校正部分实验结果如图7和图8所示。图7为PFC电路电感电流和PWM驱动波形，图8 PFC电路电感电流和输出交流电压波形，通过图中可看出输入电流呈正弦，与输入电压相位接近，系统功率因素较整流电路有较大提高。
后级反激式DC/DC电路波形如图9和图10所示。图9中频率为71KHZ，占空比为36.49%。图8为样机输出电压和电流波形。
从以上波形可看出，设计的LED 驱动电源能较好的完成功率因素校正和恒流输出驱动LED发光的功能。
5 总 结
本次设计根据LED的驱动电源设计要求和，对从功率因素和电路能量变换角度确定了电路拓扑结构；在此基础上，设计了一款高功率因素的LED恒流驱动电源，通过实验验证了LED驱动电路的有效性。
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作者：胡国珍 马学军 陆小洲 彭剑
【摘要】文章结合LED路灯驱动电源发展的现状，设计了一款适用于大功率情况下的路灯驱动电源。该设计提出一款基于PLC810PG的半桥LLC谐振式的LED路灯开关电源的设计方案，实现了功率因数校正作用且由于实现了软开关，提高了工作效率。文章对此电源的主电路和控制电路进行了理论设计和参数估算。最后经实验研究，表明该系统设计可行，性能指标基本可以满足设计要求。
【关键词】LED驱动电源；功率因数校正；半桥LLC谐振变换器；PLC810PG
Design of A High Power Factor and High-Power
Power Supply to Drive LED Lights
SHI Hong-wei Zhu Zheng-yu Shejie
（Jiangyin Polytechnic College，Jiangyin 214433，Jiangsu，China）
Key words：LED power supply；power factor correction；half-bridge LLC resonant circuits；PLC810PG
引言
LED（light emitting diode）具有发光效率高、功耗小、寿命长、光污染小、光线质量高等优点，已在各个领域得到广泛应用。近些年随着大功率的LED发光技术的升级，大功率的白光LED越来越多的被应用于通用照明领域。可以说，作为新一代光源，LED的应用已经成为照明的发展方向。目前LED应用的热点之一是LED的道路照明。
LED路灯的电源控制和驱动系统是保证其功能和高效的重要基础。文章结合大功率LED驱动电源的发展现状，提出了一款基于PLC810PG的半桥LLC谐振式的LED路灯开关电源的设计方案，把输入分压与半桥两个开关各自形成一路Boost电路，实现了功率因数校正作用，后级采用LLC谐振负载网络，实现了软开关，提高了工作效率。
1.系统结构
由于LED路灯功率较高，LED路灯电源不宜再沿用单开关反激式电路，而必须采用支持相应功率的电路拓扑，例如半桥LLC谐振拓扑结构。如图1所示，Q1和Q2是半桥开关管（MOSFET），半桥谐振网络中选用的是LLC结构，Cr、Lr和变压器T1初级绕组线圈Lm组成LLC谐振网络。Lb1、Q1、Dds2、Cb组成一路boost电路，Lb2、Q2、Dds1、Cb组成另一路boost电路，两个boost电路工作在断续模式下，作为天然的功率因数校正器。其中Lr为变压器的漏感，Lm为变压器的励磁电感。
2.输入EMI滤波电路和桥式整流电路
从频率的角度看，EMI滤波器属于低通滤波器。它能毫无衰减地把直流电和工频交流电传输到开关电源，不但可以大大地衰减从电网引入的外部电磁干扰，还可以避免开关电源设备本身向外部发出噪声干扰，以免影响其他电子设备的正常工作。本设计中采用的EMI滤波器基本结构如图2所示。
市电交流220V输入后，经由电容C1、C2、C3、C4、C5、C6和共模电感器L1、L2组成的输入EMI滤波器滤波，R1～R3在交流电源切断时为电容放电提供通路。热敏电阻RT1用来在电源系统启动时限制浪涌电流。当电路正常工作后，继电器RL1将RT1旁路，RT1中几乎无电流流过，不再有功率损耗，从而使电源效率提高1%～1.5%。BR1为桥式整流器，C7是滤波电容。
3.半桥LLC谐振电路
半桥双电感加单电容（LLC）谐振转换器能提供较大的输出功率，保证半桥MOSFET的零电压开关（ZVS），具有较高的效率，基本结构如图1所示。在图1中，Q1和Q2是半桥开关（MOSFET），Cr、Lr和变压器T1初级绕组线圈LM组成LLC谐振变换器。
本文设计的LED路灯照明用驱动电源（图3）中，Q1，Q2为半桥功率开关管（MOSFET）。C39为谐振电容，变压器T1的初级绕组与其构成LLC谐振回路（通常将图1中的Lr结合进变压器初级之中，对于图3所示的电路拓扑，仍称作LLC谐振结构，而不称其为LC谐振拓扑）。T1的次级输出经全波整流二极管、C37、C38整流滤波后产生52V直流电压输出，作为LED路灯模块的电源驱动。
3.1 电路主要元器件参数设计
系统的额定输出功率100W，输出电压为52V，两个boost电感的值可由表达式（1）计算得到：
由于输出功率P0=ηPin，效率值为90%，一般母线电压为1.2倍峰值输入，由此可求出系统的两个boost电感值。我们在当系统工作在fr的频率下来进行分析，此时LLC电路的电压增益为1，即可求出变压器的匝比为
图（3）中C39不仅起电容隔直的作用，也为负半周的谐振提供能量。且C39两端最大电压满足
其中fmax表示最大的开关频率，由表达式（3）可求出C39的值。由于系统工作频率，我们将fr取100kHz，则可求出系统中的Lr的值。
而由表达式（4）也可求出系统的励磁电感取值。
最终取值为：
Lb1=Lb2=400μH，Lr=112μH，Lm=600μH，C39=22nF，
T1匝比为n=4。
3.2 LLC的变压器T1的设计
变压器T1使用ETD39磁心和18引脚骨架。先绕次级绕组，次级绕组使用175股40AWG（Φ为0.08mm）李兹线（即绞合线），从引脚10到引脚12，再从引脚11到引脚13各绕9匝，并覆盖2层聚酯膜。初级绕组使用75股40AWG（Φ为0.08mm）绞合线，从7引脚开始到9引脚结束，绕36匝，再绕2层聚酯膜。其电感量是820μH（±10%），漏感是100μH(±10%)。将分成两部分的磁心插入骨架中对接在一起，在磁心外面用10mm宽的铜皮绕一层，用焊锡将接缝焊牢，再在铜皮与引脚2之间焊接一段Φ为0.5mm的铜线。在铜皮外部用聚酯膜覆盖起来。
3.3 基于PLC810PG的LLC控制电路
PLC810PG的CCM PFC控制器只有4个引脚（除接地端外），是目前引脚最少的CCM PFC控制器。这种PFC控制器主要是由运算跨导放大器（OTA）、分立电压可编程放大器（DVGA）和低通滤波器（LPF）、PWM电路、PFC MOSFET驱动器（在引脚GATEP上输出）及保护电路组成的。PFC控制器有两个输入引脚，即引脚ISP（3）和FBP（23）。FBP引脚是PFC升压变换器输出DC升压电压的反馈端，连接OTA的同相输入端。OTA输出可视为是PFC控制器等效乘法器的一个输入。OTA在引脚VCOMP（1）上的输出，连接频率补偿元件。反馈环路的作用是执行PFC输出DC电压调节和过电压及电压过低保护。IC引脚FBP的内部参考电压VFBPREF=2.2V。如果引脚FBP上的电压VFBP＞VOVN=1.05×2.2V=2.31V，IC则提供过电压（OV）保护，在引脚GATEP上的输出阻断。如果电压不足使VFBP＜VIN(L)=0.23×2.2V=0.506V，PFC电路则被禁止。如果VFBP＜VSD(L)=0.64×2.2V=1.408V，LLC级将关闭。PLC810PG的ISP引脚是PFC电流传感输入，用作PFC算法控制并提供过电流（OC）保护。PFC在ISP引脚上的过电流保护（OCP）解扣电平是-480mV。
设计的电路中52V的输出由R67、R66采样，经稳压器U3，光电耦合器U2及R54、D16、R53等反馈到U1的FBL引脚，来执行输出电压调节和过电压保护。流入引脚FBL的电流越大，LLC级开关频率也就越高。最高开关频率由U1引脚FMAX与VREF之间的电阻R52设定。R49、R51、R53设置下限频率。C27是LLC级软启动电容，软启动时间由C27和R49，R51共同设定。
R59是T1初级电流感测电阻。R59上的电流感测信号经R47、C35滤波输入到U1的ISL引脚，以提供过电流保护。
偏置电压VCC经R37、R38分别加至U1的VCC和VCCL引脚，将U1模拟电源和数字电源分开。R55和铁氧体磁珠L7，在PFC与LLC地之间提供隔离。U1内半桥高端驱动器由自举二极管D8、电容C23和电阻R42供电。Q10和Q11散热器经C78连接到初级地（B-）。
4.PFC功率因数校正电路
L4、PFC开关（MOSFET）Q3、升压二极管D2和输出电容C9等组成PFC升压变换器主电路。在140～265VAC输入电压范围内，输出电压稳定在385VDC（B+与B-之间），并在BR1输入端产生正弦AC电流，使系统呈现纯电阻性负载，线路功率因数（PF）几乎等于1。晶体管Q4、Q5等组成Q3的缓冲级。R6和R8是PFC级电流传感电阻，二极管D3、D4在浪涌期间箝位R6和R8上的电压（即两个二极管上的正向压降）。
4.1 PFC升压电感器的设计
PFC升压电感器L4使用PQ32/20磁心和12引脚骨架，L4主绕组使用#20AWG（美国线规，约＜0.8mm）绝缘磁导线，从引脚1开始到引脚6终止，绕35匝，电感量是580μH(±10%)。在主绕组外面绕一层作绝缘用的聚酯膜。偏置绕组使用#28AWG(＜0.3mm)绝缘导线从引脚8开始绕2匝，到引脚7结束。在该绕组线圈外面绕3层聚酯膜。在磁心上包裹一层铜箔，并用＜0.5mm铜线将铜箔与9引脚焊接起来，作为屏蔽层。在铜箔外面再绕3层聚酯膜。
4.2 基于PLC810PG的PFC控制电路的设计
U1引脚GATEP上的PWM信号驱动PFC开关Q3。R6和R8上的电流传感信号经R45，C73滤波输入到U1引脚ISP，来执行PFC算法控制，并提供过电流保护。PFC输出电压VB+经R39～41、R43、R46和R50取样，并经C25滤除噪声，输入到U1引脚FBP，来执行PFC输出电压调节和过电压以及电压过低保护。U1引脚VCOMP外部R48，C26，C28为频率补偿元件。当引脚VCOMP上的信号较大时，Q20导通，将C26旁路，可使PFC控制环路能够快速响应。
5.实验研究
在本文以上分析设计的基础上，试制了一台100W/100kHz（2A/52V）大功率LED驱动电源的样机。实验电路参数如下：单相输入电压Uin=220V（50Hz），输出功率Po=100W，工作频率fr=100kHz，负载为欧司朗公司1W高亮LED，共分4路，每路25只LED。
图4所示为中点电压Vds2与副边二极管Dr2的电流波形，由图可知如图4（a），很明显在二极管关断前其电流已经到零，则二极管工作在ZCS状态，此时工作频率为90kHz；图4（b）为在二极管关断时，二极管电流恰好为零，此时系统工作在fr的工作频率上，fr为100kHz；图4（c）为在二极管关断前，二极管电流并不为零，此时副边的二极管失去了其ZCS特性，系统工作频率为125kHz。
图5所示为半桥开关管Q1的电压、电流波形，由图可知开关管工作在ZVS状态。
图6为100W样机测试波形，当其由45%～100%负载变化时，其PF大于0.96；THD在10%以内，满足IEEE519以及IEC61000－3－2标准；效率在87.2%～91.1%间变化，当系统满载时，其效率高达91.1%，母线电压由490V变为375V，满载时，母线电压为375V，纹波电压为5V，纹波频率为100Hz，由于输入为交流220V，则其交流输入电压峰值为311V，母线电压只略高于输入，不会达到二倍峰值输入，系统输出电压为52V，满载时纹波为1V。
结束语
本文结合当前大功率LED驱动电源的发展现状，提出一种适用于LED路灯的驱动电源。由于LLC的应用使系统能够工作在软开关状态下，提高了系统的工作效率。经测试，系统在满载时功率因数达0.992，THD为6.5%，效率高达91.1%。最后试制了样机，验证了设计方案的可行性和正确性。
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基金项目：江阴职业技术学院2011年度科研基金资助项目（11-E-DZ-07）；2011年江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目“LED照明驱动电源的设计”。
作者简介：石宏伟（1978—），女，江苏江阴人，江阴职业技术学院电子信息工程系讲师，研究方向：电子技术应用和高频开关电源的设计与应用。
作者：石宏伟 朱征宇 佘杰
怎样匹配led灯具的驱动电源方案
随着LED照明产品也越来越多的的进入寻常百姓家，广大LED照明灯具生产厂家开始由杂转专。尤其是涉及专业照明领域，一些LED使用场所设定了预设的照明节能方案，那么作为LED节能应用方面，厂家的工程设计人员如何根据客户的要求，进行专业的LED光电匹配呢?以下是个人实践获得的一些心得，在此与大家分享。
现在我们以一支18的led灯管为例，解析设计思路：
那么我们以最常用的3528灯珠为例，LED灯管初面世时，因价格空间比较大，灯带厂家都是采用电流一致性高，高亮度的LED芯片，这类芯片电流普通是：20mA;
第一、 先计算一粒灯珠的功率：3528一粒灯珠由1粒芯片组成，电压：3.2V;(并联电路：电压不变，总电流相加)如果是品质好的LED芯片：单个芯片电流为0.02A，那么一粒灯珠的功率为0.02A×3=0.06W.但是市场的LED芯片在实际的设计中：单个芯片电流设计为0.018A(考虑余量)，那么一粒灯珠的功率为0.018A×3.2v=0.0576w.
第二、我们首先要考虑灯管是隔离还是非隔离的。功率W计算=电压V×电流A，那么我们先可以大概估算要多少颗灯珠：18/0.0576=312.5约为312颗
第三、我们假设它是隔离的，一般电压要小于36v，即为36/3=12串非隔离的一般设为24串就可以。312/12=26并;312/24=13并。这样我们就能初步确定两种12串26并隔离的和24串13并非隔离的方案。第
四、我们可以根据这个选驱动方案：第一对于这种工程师可以跟驱动厂直接沟通，让他们把输入功率调到18w，告诉他们你的灯珠串并方式。如果面对的是销售你可以告诉你led驱动输出的电流电压如下：隔离的方案：电压V=36vI=0.18*26=470MA非隔离的方案：电压V=72vI=0.18*13=235MA
第五、值得注意的是以上是理想的设计，但是实际中往往我们在设计时要考虑到很多，比如说成本来说，首先我们灯珠的颗数在312颗，这时灯板的功率已经18w，那灯具的功率肯定大于18w。所以这时要考虑驱动的效率和pf值：假如电源功率18w，pf值0.95效率0.85，那我们会根据电源来设计pcb板。
方法如下：灯板的功率=18*0.85=15.3w 等数数目=15.3w/0.0576=265.6约为266但是考虑12串我们把灯珠数目定位264颗。这样又是另外两种方案：12串22并和24串11并当然也可以是11串24并和22串12并都行只要你隔离的电压小于36v就没事。这也是反向设计的一种思路。一般都是两者相结合的。
做完以上的LED电源匹配设计工作，就可以根据产品要求进行电源线路板设计了。
1、背景：
LED半导体照明作为一种新型的行业领域，现行认证的引用标准已不能满足快速的发展趋势。2009年11月18日UL发布的第一版UL870为业界提供了一个的用于LED发光器件为光源的灯具安规标准。在UL8750中规定电源模块(Power suplies)或驱动器(LED Drivers)可选择使用满足UL1310的CLASS 2电源、满足信息技术类安全UL60950-1要求的电源和除了UL1012标准规定以外的CLASS 2电源，在LED光源灯具的电气结构评估时对CALSS 2电源和LVLE电路可豁免较多的电气测试项目。虽欧盟到目前为止未制定一套针对LED光源灯具产品的安全标准，但欧盟一些国家(法国、丹麦等)已开始要求使用满足CLASS 2电源的LED道路照明灯具。国内LED户外照明灯具虽有UL认证，但基本上使用UL60950标准认证的电源，随着LED半导体行业的的深入发展，LED光源产品使用CLASS 2的电源驱动是将来
的发展趋势。
2、什么CLASS 2 ：
UL60950-1(信息技术类设备的一般安全要求)中按其电击危险保护措施的程度将电子设备分为CLASS
1、CLASS 2和CLASS 3三类。CLASS 1类设备指除了基本绝缘为电击保护措施外，还采用了其它如接地等保护性措施;CLASS 2类设备指不只依靠基本绝缘，还采取了双重绝缘或加强绝缘为电击保护措施，其绝缘保护效果不依赖于保护性接地或安装条件;CLASS 3类设备指使用特低安全电压(SELV)方式供电且没有危险电压产生。在UL8750和UL1310标准涉及的CLASS 2电源都是满足UL60950中CLASS 2设备防电击安全保护规定的。
3、CLASS 2电源的定义：
LED灯具安全标准UL8750定义的Class 2电源(Class 2 Power Source)是指符合UL1310标准(UL1310是包含在室内和户外使用的CLASS 2电源单元的安全标准要求)要求的隔离电源供电，或符合UL5085-3的要求的低压Class 2和Class 3变压器供电的电路。UL1310定义CLASS 2电源单元(CLASS 2 POWER UNITS)为：与国际电码ANSI/NFPA70一致的，连接到15A或20A的120-240Vac分支电路中与少于150V接地，采用绝缘隔离变压器的提供直流和交流电能源，预期用于提供能源予低压、用电操作的装置。且CLASS 2电源是有限制输出电压和能源容量的设备，在任何情况的输出负载下，输入的电源不超过660W。UL1310对CLASS 2电源的装配机械结构、性能测试要求及产品标示等方面进行了规定，以下针对CLASS 2电源主要的电气性能要求及测试规范进行解析，为LED光源灯具用电源模块的UL认证提供相
关参考。
4、CLASS 2电源的可接触带电部件的电压限值：
UL1310标准中规定CLASS 2电源设备的输出端应提供输出软线、接线端子、绝缘引线或输出接线端子。在电源的防护罩、隔板或不用工具就可被拆卸的护具在拿走后，根据不同试针(图1)、活节探测器(图2)或可触性探测器(图3)可接触带电部件的程度，对输出端最大电压有不同的要求。在测试前需要确认无绝缘的带电部件必须固定在基板或配件表面，不
能因产生回旋或位移而导致可接受的最小间距较少，同时会引致电击危险的带电部件必须被
围起或置于减少可接触危险的地方。
4.1 CLASS 2电源外露接线端可接触的最大电压要求及测试方法：
CLASS 2外露接线端可接受的带电部件最大电压在使用探测器(图2所示)不超过25N(5.62磅)力作用下，不可有超过以下电压的带电部件触碰到探测器：1)、正弦或非正弦的交流电峰值42.4V;2)、连续直流电42.4V;3)、受相等或少于200Hz频率，约50%占空比的直流电峰值24.8V;4)、直流与交流电混合峰值42.4V;
4.2 CLASS 2电源非外露接线端可接触的带电部件的最大电压要求及测试方法：
CLASS 2电源非外露接线端可接受的带电部件最大电压为：在使用试针(图1)和活节探测器(图2)不超过4.4N(1磅)力作用下，不可有以下电路和超过电压的带电部件碰触到试针和活节探测器：1)初级电路;2)正弦或非正弦的交流电峰值42.4V;3)连续直流电60V;4)受相等或少于200Hz频率，约50%占空比的直流电峰值24.8V;5)图4所示的直流与交流电混合峰
值;
图1
图2
图3
图4
5、CLASS 2电源的最大输出电流和功率限值及测试方法：
CLASS 2电源的最大输出电流和功率分为能量固有限定电路(ENERGY LIMITING CIRCUIT)和非固有限定电路(NOT ENERGY LIMITING CIRCUIT)两种限值要求，测试的最大输出电流和输出伏安值应使用电流计和功率计来判定，在无负载调节时，测试样品须断电并冷却至室温
状态。
5.1、固有限定电源最大输出电流和功率的限值和测试方法：
能量固有限定电路是指把电源的输出限制在CLASS 2级别或限制于可接受的能量级别，带有固有限定电路的电源为固有限定电源(LPS)，固定限制电源在任何负载条件下(包括短路和标签上未注明时的输出线相互连接)的最大输出电流不能超过表1列明的数值，最大输出
功率不能大于100伏安。
同时在测试时需要注意以下情况：
1) 当设备使用无保护装置的变压器时，须通电60S后测试;
2) 当设备使用变压器和能量限制阻抗(如电阻、PTC装置或相似电路)或能量限制电路
保护时，须通电5S后测试;
3) 当设备使用变压器和热断器、保险丝、或两者时保护时，须通电60S后测试，同时
将所有保护装置在测试期间失效;
4) 当设备使用变压器、能量限制阻抗或能量限制电路和保护装置(如一个热断器、一个保险丝，或两者都用)保护时，通电5S后测试，同时须将所有的保护装置在测试期间失效;
5) 当设备使用直流供电，同时使用能量限制阻抗或能量限制电路和保护装置(如一个热断器、一个保险丝，或两者都用)保护时，通电5S后测试，同时须将所有的保护装置在测试
期间失效;
5.2、非固有限定电源最大输出电流和功率的限值和测试方法：
非固有限定电源电路中无能量固有限定电路，需要有包含有限制输出能效和使输出端断电的离散性过载保护装置，输出电流和伏安限值不可超过表2所列明的数值。为判断非固有限定电源是否符合要求，主线连接到电源的设备需要提供测试电流给电阻负载，同时将设备的外表须裹上两层粗棉(炭化材料、灼热或炙热可燃的粗棉不可接受的)。
6、过载保护装置的限值及测试要求：
非固有限定设备中的过载保护装置的次级特定输出电流不可超过表3所列明的时间，测试过程中外壳不可有火焰或熔化金属物，不能引起有火灾或电击危险产生，同时过载保护装置的初级和次级绕组之间以及初级和外露不通电金属零件之间能承受介电电压测试。
7、CLASS 2电源的耐压限值及测试要求：
UL标准中的耐压测试相对于其他安规认证标准(如：IEC或EN标准)的要求偏低，但耐压测试的点比较多。UL1310规定CLASS 2电源设备能承受以下电压加在标准要求的个点之间测试一分钟而不出现击穿或拉弧现象是安全可靠的。
1)、初级电路和可触及不通电金属零件之间，初级和次级电路之间测试电压为1000Vac
加上两倍的最大额定电压;
2)、有多路输出且互联输出的设备，次级电路之间测试电压为1000Vac加上次级电压的
总和;
3)、次级电路和不通电的金属零件直接按测试电压为500Vac;
4)、消除无线电干扰和抑制电弧的电容之间测试电压为1.414倍(2U+1000)的直流电势，
V值是电源电压的有效值。
需要注意的是：如果电容会导致交流电有超漏时，电容应拿掉后再做交流耐压测试。
8、CLASS 2电源在LED光源产品中的应用分析：
led照明作为继白炽灯、荧光灯之后照明光源的第三次革命，节能优势明显。全球各个国家产业推进迅速，如日本的”21世纪照明”计划、韩国的”固态照明计划”、台湾的”新世纪照明光源开发计划”、中国的“半导体照明产品应用示范工程”计划，这些国家级半导体照明的规划都折射出各国对LED照明产业发展、产业经济与环境能源效益的重视。现时各国正积极推动LED照明计划当中，LED灯泡将列为优先导入照明产品;LED路灯切换计划亦如火如荼，预估2013年全球LED照明产值渗透率将进一步提升近2成。
相比，随着led照明应用市场的快速发展，包括Philips、Osram、GE、SPARK、COOPER、THORN等在内的全球LED照明知名厂商已逐渐在LED户外照明产品中尝试使用CLASS 2驱动电源。相比国内LED照明厂商——基于LED光源产品标准缺失、灯具集成技术及驱动电源设备技术要求较高、CLASS 2驱动电源较传统驱动电源成本弱势等客观因素，真正在LED户外照明产品中应用CLASS 2电源驱动的企业尚属少数。
9、小结：
由UL1310对CLASS 2电源的电气性能要求可知：1)使用开放式裸板电源模块(电源的防触电保护必须依靠灯具外壳)的LED光源灯具UL认证时，其电源模块采用UL1310做CLASS 2电源认证时须以随机方式测试，认证后的电源只能用在随机测试指定产品上，不可作为CLASS 2电源单独销售;2)使用独立外置电源模块(电源的防触电保护以自身外壳防护，且脱离灯具可单独工作)的LED光源灯具UL认证时，其电源模块可做带有CLASS 2电源标志的
UL认证单独销售;3)UL1310的CLASS 2电源的输出可接触的电压限值为42.4V;4)固有限定电源输出最大伏安值为100VA;5)非固有限定电源的过载保护装置的次级电流为10A;6)CLASS 2电源的最高耐压测试值为2U+1000Vac。
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