隨著(zhù)能源成本的攀升、LED光效不斷增高、更為嚴格的全球能源法規出臺和實(shí)施以及高亮度LED發(fā)光效能（流明/瓦）的提高，LED照明日益成為白熾燈和熒光燈的理想替代產(chǎn)品。據估計，以通用照明市場(chǎng)（電燈泡和熒光燈管替代、嵌燈、街燈及停車(chē)燈、工作照明燈、景觀(guān)照明、廣告牌文字電路、建築物照明等）為例，2012年LED照明（或稱(chēng)固態(tài)照明，簡(jiǎn)稱(chēng)SSL）市場(chǎng)規模將增長(cháng)至13.08億美元，年複合增長(cháng)率高達17.4%。因此，LED通用照明成為熱點(diǎn)市場(chǎng)。

　　由於LED照明系統較為複雜，涉及光學(xué)、電和熱等不同範疇，雖然人人都知道LED節能環(huán)保壽命長(cháng)，但在面臨大規模應用時(shí)，卻無(wú)法回避電源壽命不匹配、可靠性不足等問(wèn)題，使LED的優(yōu)勢發(fā)揮不出來(lái)，最終不得不推遲上市時(shí)間。在“油（LED）未盡，燈（驅動(dòng)器）已熄”的尷尬局面下。

　　目前，愈來(lái)愈多的業(yè)內人士認識到，LED大規模應用的真正瓶頸在於照明驅動(dòng)電源，其焦點(diǎn)則在於驅動(dòng)電源中使用的電解電容器，因為它制約著(zhù)整個(gè)LED燈具產(chǎn)品的可靠性。

圖1,LED照明系統涉及光學(xué)，電和熱等不同範疇

LED照明對驅動(dòng)電源的要求

　　LED燈具是一個(gè)全新的照明體系，市場(chǎng)對LED照明電源的需求因應用而異，消費類(lèi)燈泡的設計要求與路燈或工業(yè)熒光替代燈存在很大的不同。因此，LED驅動(dòng)需要和LED及其模組協(xié)調系統工作，因為L(cháng)ED驅動(dòng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的電源問(wèn)題，不僅要滿(mǎn)足LED PN結負載要求，也要系統考慮LED模組光、電結構設計。

　　LED照明電源發(fā)展的趨勢應該是高效率、高可靠性，以及對調光與非調光廣泛的應用兼容性。所有客戶(hù)都需要可靠、高效節能的LED驅動(dòng)產(chǎn)品。當然，還有其他一些要求存在，比如功率因數校正（PFC），無(wú)閃爍可控矽調光，在不同輸入電壓、溫度及燈泡間都具有高精度�髁黩寗�(dòng)輸出，以及一致的導通和關(guān)斷性能。

　　目前，LED照明驅動(dòng)電源的主要難題集中在可靠性、能效、成本和標準化等方面，這主要表現在：

　　第一，要具有高的可靠性，包括與LED光源相匹配的長(cháng)壽命，寬的工作溫度適應性（-40度至65度，甚至-55度至85度），以及寬的電網(wǎng)適應及自我保護性能等。

圖2,功率因數校正(PFC）的效果對比

　　第二，要高效節能。2009年12月3日，美國能源局（DOE）為一體化LED燈項目發(fā)佈了“能源之星”規格的最終版，規定在美國應用的LED驅動(dòng)器的功率因數必須優(yōu)於0.7，而工業(yè)應用則預計要優(yōu)於0.9。目前，我國和歐盟的一級能效標準為91%。

　　第三，成本能夠讓大家所接受。產(chǎn)品的使用壽命是至關(guān)重要的，採用高質(zhì)量的元器件和生產(chǎn)質(zhì)量控制很關(guān)鍵，在保證高性能和可靠性的前提下必須盡可能地降低成本。近來(lái)有大量小型公司紛紛進(jìn)軍LED照明業(yè)務(wù)，市場(chǎng)價(jià)格因競爭而不斷下滑。如何在保證可靠性和品質(zhì)的同時(shí)，提供最低成本的LED照明解決方案，成為業(yè)者需要面對的新挑戰。其中，中國LED驅動(dòng)電源製造商們可能面對的主要挑戰是找到低成本的AC/DC驅動(dòng)器，從而滿(mǎn)足在低成本電源系統中實(shí)現更嚴格的功率因子和效率表現。

圖3.大多數調光器都採用可控矽調光器

　　第四，在目前LED產(chǎn)品無(wú)全面標準情況下，LED必須滿(mǎn)足電氣強制標準，特別是EMC的GB17743對應IEC6100，電流諧波THD的GB17625.1-2003對應IEC61000-3-2:2001，這要求電源要有良好的EMC、PFC/THD。為了在美國和歐洲市場(chǎng)銷(xiāo)售LED驅動(dòng)器，中國原始設備製造商們必須製造出設計精良的高可靠性產(chǎn)品，並且完全滿(mǎn)足UL和“能源之星計劃”的要求。

　　第五，工作頻率必須大於150Hz，因為“能源之星”要求LED的工作頻率必須大於150Hz，以消除出現可見(jiàn)閃爍的可能性。這就意味著(zhù)給LED供電的輸出電流中不能帶有任何大量的頻率是線(xiàn)性頻率（50Hz或60Hz）兩倍的紋波。

　　值得注意的是，LED照明市場(chǎng)用於室內照明的燈泡型漸漸過(guò)渡到直管型，用於室外的街燈也有增加。隨著(zhù)LED向高亮度化改善，LED驅動(dòng)電路也逐漸開(kāi)始向高輸出化發(fā)展。

LED照明電源的選擇

　　目前，LED取代型燈泡及其他新型LED照明的發(fā)展十分迅速，主體市場(chǎng)則趨向離線(xiàn)型LED照明電源。在安規要求方面，隔離驅動(dòng)市場(chǎng)前景看漲，絕緣變壓器與防護燈罩外殼設計將長(cháng)期並存。

（1）離線(xiàn)型是主流

　　離線(xiàn)型LED電源市場(chǎng)主要分為高功率和低功率兩個(gè)部分，大概以50W為分界線(xiàn)，不包括手持設備等低壓應用。

　　其中，基於集成型LED的燈泡替代產(chǎn)品大多採用簡(jiǎn)單的、非絕緣型降壓穩壓器LED驅動(dòng)電路。這些產(chǎn)品都是採用了最少的元器件數量和最低的成本，但又必須同時(shí)提供足夠的流明/瓦數，以及高於0.7的功率因數，並具有標準的雙向可控矽調光器調光的能力。目前，市場(chǎng)上不能滿(mǎn)足這些性能要求的產(chǎn)品正逐漸被取代，而美國能源部“能源之星計劃（Energy Star Program）”的要求也是促成這一變化的原因之一。

圖4.隔離驅動(dòng)電源將成為主流

　　高功率LED驅動(dòng)器通常需要絕緣隔離，以達到UL標準。這往往需要其功率因數大於0.9，並具備調光能力，而這種調光能力可能是通過(guò)基礎調光器之外的其他方法實(shí)現的。另外還需要產(chǎn)生至少與熒光燈相等的流明/瓦，並具有更長(cháng)的使用壽命。

　　離線(xiàn)型LED照明電源的發(fā)展將改變LED的銷(xiāo)售角度，從銷(xiāo)售大批量DC/DC電源的低電流、高亮度LED（用於手機、標識及筆記本電腦），到銷(xiāo)售AC/DC電源的更高電流LED（一般是照明應用）。這將提升整個(gè)普通照明AC/DC LED驅動(dòng)器市場(chǎng)，並增加對更低BOM成本的電源組件的需求。

（2）非隔離和隔離方案的比較

　　目前在一般的LED照明市場(chǎng)上，存在非隔離設計和隔離型驅動(dòng)電源之分。但是隨著(zhù)人們對安規的重視越來(lái)越強，隔離驅動(dòng)市場(chǎng)前景看漲。

　　非隔離設計僅限於雙絕緣產(chǎn)品，例如燈泡的替代產(chǎn)品，其中LED和整個(gè)產(chǎn)品都集成並密封在非導電塑料中，因此，最終用戶(hù)並沒(méi)有任何觸電的危險。二級產(chǎn)品都是隔離型的，價(jià)格相對比較昂貴，但在用戶(hù)可以接觸到LED和輸出接線(xiàn)的地方（通常在LED照明和路燈照明應用的情況下），這種產(chǎn)品必不可少。

　　帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅動(dòng)電源意味著(zhù)LED可以直接用手接觸而不會(huì )觸電。而無(wú)隔離變壓器的LED驅動(dòng)電源雖仍可以借助防護外殼實(shí)現部分機械絕緣，但此時(shí)的LED在工作時(shí)並不能直接接觸。

圖5.在大多數LED方案中，最刺眼的就是去耦電容器

　　究竟選擇隔離型和非隔離型的照明驅動(dòng)電源，主要在於安全和尺寸大小的關(guān)係，要看市場(chǎng)需要，因為隔離式電源通常要比同等功率水平的非隔離式電源大一些，照明燈設計師必須在他們所設計的每款產(chǎn)品中進(jìn)行大量的成本及設計優(yōu)化工作。

　　首先，隔離型將成為市場(chǎng)的主流，如果採用隔離驅動(dòng)，在電源初級側有問(wèn)題時(shí)次級側的光源不會(huì )受到傷害，也就是說(shuō)光源不會(huì )被破壞。

　　其次，也有部分業(yè)者認為，兩級架構適用於必須使用第二個(gè)�髁黩寗�(dòng)電路才能使PFC驅動(dòng)LED�髁鞯呐f式驅動(dòng)器，但是這些設計已經(jīng)過(guò)時(shí)，不再具有成本效益，因此在大多數情況下都最好採用單級設計。

　　另外，物理設計決定著(zhù)驅動(dòng)器是隔離式還是非隔離式。安全規則通常要求使用兩個(gè)獨立的隔離層。設計師可以選擇兩種物理隔離層，即塑料散光罩和玻璃護罩，並使用非隔離式電源。如果物理隔離成本太高、存在機械困難或者吸收太多光，就必須在電源中解決電氣隔離問(wèn)題。

（3）絕緣變壓器與防護燈罩外殼的比較

　　對於製造商來(lái)說(shuō)，越簡(jiǎn)單的方案越具有競爭優(yōu)勢，所以單級框架一直是業(yè)界追求的方向。由於適用于不同的應用，採用隔離的絕緣變壓器還是採用隔離的防護燈罩外殼，通常需要從多方面去分析，例如成本與製造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規範的要求等。業(yè)界認為，這兩種架構將來(lái)都會(huì )得到普及，採用了這兩種類(lèi)型的設計都將會(huì )繼續使用，因為每個(gè)設計分別滿(mǎn)足了不同的市場(chǎng)需求。

圖6.Power Interations的5W離線(xiàn)式LED燈參考設計應用

　　帶變壓器的驅動(dòng)成本較高，但也相應讓LED燈具變得更加實(shí)用，避免了終端用戶(hù)偶然接觸LED的危險。當白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時(shí)，一個(gè)E27型號的普通燈　泡可被替換成為L(cháng)ED燈。此外，在工業(yè)區或者是辦公設備應用中的燈具並不需要接觸到終端用戶(hù)，如路燈和商場(chǎng)照明，這時(shí)的LED燈也確實(shí)需要隔離變壓器。

　　作為一個(gè)讓最終用戶(hù)能安全使用的產(chǎn)品，一定會(huì )考慮絕緣與隔離的可靠性。作為完整的產(chǎn)品，產(chǎn)品表面使用者能接觸到的部分一定要經(jīng)過(guò)隔離，不能讓人觸電。而從產(chǎn)品整個(gè)系統而言，隔離是不可避免的，區別只是設置隔離的位置不同。有些設計者採用隔離的變壓器設計，因此他們可以簡(jiǎn)化散熱和燈罩的設計。如果用非隔離的驅動(dòng)設計，在燈殼等結構上就必須考慮可靠的絕緣要求。因此作為電源驅動(dòng)，隔離與非隔離的方案一直都同時(shí)存在。

（4）去耦電容器的取與捨

　　雖然LED是個(gè)節能環(huán)保產(chǎn)品，目前商用80-120lm/w光效已是所有照明產(chǎn)品中最高水平，但仍有60%左右的電能不能轉換為光能而轉換為熱能。這些LED燈具工作時(shí)是一個(gè)加熱體，使燈具局部形成50-70度甚至85度的高溫區，會(huì )很快將電解電容的電解液烤蒸發(fā)，1000到3000小時(shí)時(shí)就很快失效。

　　因此，在大多數LED應用中，對LED燈的使用壽命影響最大的就是去耦電容器。高溫、高可靠性的電容器雖然可以滿(mǎn)足LED燈的壽命要求，但是卻顯著(zhù)增加了BOM成本，因此權衡電容容量的大小是增加電燈壽命及控制BOM成本的一個(gè)重要趨勢。

（a）無(wú)電解電容的LED照明方案受青睞

　　由於隨著(zhù)時(shí)間的推移，一些帶有電解電容的驅動(dòng)電源會(huì )相繼失效，無(wú)電解電容的驅動(dòng)方案是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。實(shí)際上，傳統日光燈、節能燈驅動(dòng)中電解電容也存在同樣問(wèn)題，只是電源壽命與燈管壽命相當而沒(méi)使矛盾特別突出。無(wú)論可靠性還是成本，抑或是可實(shí)現性考量，無(wú)電解電容將是LED照明驅動(dòng)電源的必然選擇。

圖7.創(chuàng )意點(diǎn)子提供的高能效LED路燈照明電源方案

（b）針對電解電容的權宜之計

　　針對無(wú)電解電容方案，業(yè)界有很多不同的聲音，因為目前技術(shù)方面需要克服的問(wèn)題很多。

（1）需要全面地評估產(chǎn)品的可靠性：對於LED電源，業(yè)界擔心最多的就是某些元件的自然老化，例如電解電容，因為它的工作溫度很高。其次是驅動(dòng)電源對於電網(wǎng)波動(dòng)的適應性及可靠性，例如雷擊，因為很多半導體元件會(huì )因為Over Stress而失效。電解電容會(huì )存在電解液乾涸的可靠性問(wèn)題，但是如果簡(jiǎn)單地去除電解電容就會(huì )降低電源對電網(wǎng)波動(dòng)的抗干擾能力，也會(huì )帶來(lái)因雷擊失效的風(fēng)險，因此需要全面地評估產(chǎn)品的可靠性。

圖8.iw3610典型應用電路圖

（2）電解電容器技術(shù)也在進(jìn)步：隨著(zhù)電源需求的增加，如果不採用電解電容，LED驅動(dòng)器的設計會(huì )變得非常昂貴，何況電解電容器技術(shù)也在發(fā)展和進(jìn)步。

　　事實(shí)上，如果電解電容質(zhì)量很好，可以達到105攝氏度的工作溫度和10000小時(shí)額定工作時(shí)間，就沒(méi)有必要將電解電容從LED驅動(dòng)設計中去除。如果在低溫條件下，這些元件的使用壽命可以遠遠超過(guò)10000小時(shí)，例如在85度下，一個(gè)額定壽命為10000小時(shí)的元件可以運行40000小時(shí)。

（3）高品質(zhì)光源燈具上的電解電容難以去除：在低功率水平上，通過(guò)用陶瓷電容取代電解電容可以解決這一問(wèn)題，而在高品質(zhì)光源燈具上，電解電容是難以去除的。目前，由無(wú)電解電容帶來(lái)的高紋波電流而導致的低頻閃爍開(kāi)始越來(lái)越被人注意。資料顯示，低於165Hz的頻閃即便是人眼不易覺(jué)察，但這已經(jīng)對某些人眼造成生理上的不適，幅度大的低頻紋波也會(huì )導致一些數碼相機設備出現差頻閃爍的亮暗柵格。雖然市場(chǎng)很渴望能有既能解決電容壽命又能保持穩定性及可靠性的新方案，但現階段在高品質(zhì)光源燈具上是難以去除電解電容的。

LED照明驅動(dòng)電源方案供應商

　　隨著(zhù)高亮度LED效率的不斷改善，以及各種高效率、高可靠性�髁鱈ED驅動(dòng)電源的不斷湧現，LED照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)啟動(dòng)。在中國，LED驅動(dòng)電源製造商面臨的主要挑戰是遵守政府和行業(yè)能源標準，如效率、功率因子和與TRIAC調光器的兼容。以下介紹一些領(lǐng)先業(yè)者的創(chuàng )新LED照明驅動(dòng)方案。

（1）Power Integrations

　　Power Integrations提供了一系列針對LED照明應用的高度集成高壓IC，在這些應用中設計師要求寬電壓輸入（85VAC至265VAC）的離線(xiàn)式電源。
對於不需要調光的應用，使用LinkSwitch-PH就可以省去電解電容。其單級PFC/�髁髟O計可以讓設計師省去大容量電容，這在傳統設計中通常需要在PFC級和�髁骷壷�間使用。對電容剩下的唯一要求是，在輸出中通過(guò)AC波形的低點(diǎn)（此時(shí)，電壓接近於零）對LED供電。這可以用足夠容量的陶瓷電容、鉭電容來(lái)替代電解電容，從而消除100Hz或120Hz的閃爍。對於不太關(guān)注調光的高溫、高可靠性工業(yè)應用來(lái)說(shuō)，可以不採用電解電容進(jìn)行設計。

圖9.IRS2548D可調光的多段式LED驅動(dòng)器

　　Power Integrations的5W離線(xiàn)式LED驅動(dòng)器參考設計（RDK-251）具備無(wú)閃爍可控矽調光和單級功率因數校正（PFC）。該參考設計基於LNK457DG，可在15V額定LED燈串電壓下提供350mA單路�髁鬏敵�。使用標準的AC市電可控矽調光器可將輸出電流降低至1%（3mA），這不會(huì )造成LED陣列性能不穩或發(fā)生閃爍。該電源可同時(shí)兼容低成本的新形調光器和更複雜的笨重調光器，其AC耐壓範圍為0VAC至300VAC，能增強現場(chǎng)應用的可靠性，延長(cháng)在線(xiàn)電壓驟降和驟升條件下的使用壽命。

（2）西安明泰半導體

　　西安明泰半導體科技有限公司為專(zhuān)業(yè)的功率器件（Power Device）和功率管理（Power Management）IC集成製造商，其芯片級LED驅動(dòng)電源解決方案從1W、5W到10W、20W以及80W以上至300W大功率、帶主動(dòng)PFC和EMC方案的全系LED照明驅動(dòng)電源產(chǎn)品，效率達95%，PFC達0.98，電流THD總量小於15%。

　　西安明泰20W和120W無(wú)電解電容的LED照明驅動(dòng)電源採用自己開(kāi)發(fā)的LED驅動(dòng)器、MOSFET和肖特基二極管實(shí)現，效率高達95%，其中120W LED照明驅動(dòng)電源還配有完備的短路、開(kāi)路保護功能，並通過(guò)EMC認證測試。

（3）創(chuàng )意電子有限公司

　　創(chuàng )意電子的無(wú)電解電容的驅動(dòng)方案採用富士電機公司（Fuji Electric）的FA5501功率因素校正IC，外圍元件少，具有價(jià)格低、高功率、低損耗、低噪音、低輸入電壓保護、反饋開(kāi)路保護等特點(diǎn)，且節約空間。該方案輸入電壓為85-264Vac，輸出電壓24V，輸出電流為2500mA，功率因素高達0.95，效率為0.88。

（4）iWatt公司

　　iWatt將傳統的兩級控制（PFC+PWM）整合在一個(gè)SO8的封裝內，推出了iW3610和iW3612系列IC，這些方案既能提供�髁骺刂�，也能兼容切相式調光器（phase cut dimming），還能改善功率因素，這種設計符合LED市場(chǎng)的主流要求。

　　其中，iW3610是用於可調光LED驅動(dòng)器的AC/DC數字電源控制器，輸入電壓100Vac/230Vac，頻率從47Hz到64Hz，調光範圍從2-100%，LED電流調整幅度±5%，起動(dòng)電流10uA，輸出功率高達45W，具有多種LED保護特性。該方案具有快速起動(dòng)，LED沒(méi)有可見(jiàn)的閃爍等特點(diǎn)。

（5）國際整流器公司

　　國際整流器公司（International Rectifier）為用戶(hù)提供最廣泛的照明鎮流器控制集成電路產(chǎn)品選擇，幫助用戶(hù)實(shí)現向高性?xún)r(jià)比、更加可靠以及更高效的電子鎮流器的轉型。產(chǎn)品系列中最新的成員包括單芯片鎮流器解決方案和自帶PFC的鎮流器控制IC，主要應用包括室內和室外標牌，以及建築、娛樂(lè )、設計和裝飾照明。
IRS2548D可調光的多段式LED驅動(dòng)器外圍電路簡(jiǎn)單，只需加入簡(jiǎn)單的電荷泵，在低調光水平下，只要支持可控矽調光器的維持電流就能夠進(jìn)行可控矽調光。

　　LED照明系統具有超凡的優(yōu)勢，包括相位控制可控矽調光、單級功率因數校正（PFC）及精確�髁鳎–C）輸出、能耗低、體積小、元件數量少、使用壽命長(cháng)、快速啟動(dòng)時(shí)間、維護少、抗振防震、能夠生成純淨的彩色光、集成度高等。只要不斷改進(jìn)驅動(dòng)電源，選擇適當的驅動(dòng)電路，就可以將固態(tài)照明的優(yōu)勢發(fā)揮出來(lái)。