LED驱动器的类别及其照明散热控制分析

【摘要】随着大功率LED 在灯光装饰和照明中的普遍使用，大功率LED 驱动显得越来越重要。在LED 照明领域，没有好的驱动器相匹配，LED 照明的优势将无法体现。文章着重阐述了LED 驱动器的主要类别以及散热方面的内容。

　　一、LED 驱动器的主要类别

　　（一）直流驱动器

　　根据其不同的作用和用途，又可以分为三种。

　　（1）直流降压型驱动器。其基本原理是用开关器件配合电抗性器件对外界电源降压限流以后再驱动发光管工作。串联降压型驱动器结构简单，变换效率比较高。这种驱动器的主要缺点是一旦主开关器件损坏，大电流会直接通过发光管使发光管烧毁。显而易见，这种方案当供电电压低于负载管压降时不能使用。

　　（2）直流升压型驱动器。它的基本原理是用开关器件配合电抗性器件储能升压限流的方式工作的。升压驱动器的变换效率也比较高。其较为显着的优点是自身出现故障时不会损坏发光管。升压型驱动器只能用在负载管压降始终高于电源电压的情况。在负载管压降低于电源电压的情况下，驱动器会失控，大电流直接经过发光管使发光管烧毁。输入直流低电压时所用的发光管数量少可以选用降压驱动器也可以选用升压驱动器，尽量串联不并联或者少并联发光管。如果发光管数量多应该选用升压驱动器，也是尽量串联不并联或少并联发光管。

　　（3）变换器型驱动器。它是用开关器件配合高频变压器实现能量从初级到次级的传输，同时做电压/电压变换驱动发光二极管工作。这种驱动器输出端的电压不受输入电压的制约，可以按照所需要串联的发光管数任意设计，应用灵活，适合用在供电电压在负载管压降附近波动的情况，也适合供电电压和负载管压降差别很大的情况。其缺点是电路复杂，变换效率比以上两种类型的驱动器略低。如果输入直流高电压驱动小功率管可以用串联降压驱动器，驱动大功率管从安全角度考虑应该选用变换器结构的驱动器。

　　（二）交流驱动器

　　交流驱动器根据不同的应用也分为降压型、升压型、变换器型三种电路类型。交流驱动器和直流驱动器的区别除了需要对输入的交流电做整流滤波之外，从安全角度考虑还存在一个隔离和不隔离的问题。

　　二、LED 照明设计的散热考虑

　　二十五瓦以下的LED 照明系统的设计一般是用于台灯、客厅射灯、家用餐灯、小夜灯等方面，即使这样，大多数小于二十五瓦的低功率LED 照明应用也会要求一定程度的小型化。这常常导致更高的功率密度，尽管它的功耗不是很大。这种情况下，所需足够的散热管理措施必须通过改进机械结构来提供。

　　此外，高电气效率也有助于降低功耗。而另一种防止LED 长时间工作过热问题的思路是采用调光解决方案。事实上，在这个功率范围内，LED 照明灯将会取代卤素灯和紧凑型荧光灯。此外，为了摆脱散热问题，必须去掉对温度变化敏感的无源组件。

　　然而，目前大多数LED 驱动器解决方案都源于电源拓扑，并以此为基础，故应该考虑到温度范围的限制，因为一般产品通常基于商业标准，但照明灯却必须确保能够适应严苛的环境。

　　三、LED 照明设计中的散热控制方案

　　在迅速发展的LED 照明设计中，大多数人将注意力集中在高亮（HB）LED 的调光控制策略上。不过，HB LED 照明应用的本质要求我们将更多的注意力转移到散热控制上。虽然LED 制造商通过大幅提高每瓦的流明数正在降低HB LED 照明设计的技术障碍，但与光输出相比，仍有更多的电能转化为要散发出去的热量。因此，需要一个散热管理的总体战略，以确保LED 散发的热量可控制为一个温度的函数。与白炽灯、钨丝灯泡不同，高功率LED 不辐射热量。与之相反，LED 将其PN 结的热量传导到LED 封装的散热金属小块上。由于LED 产生的热量采用传导方式散发，这些热量需要一个更长、更昂贵的路径才能完全散发到空气中去。目前，HB LED 通用照明商业化的一个最大障碍就是散热问题。因此，能否彻底有效地解决这个问题可以说是赢得客户的关键。

　　电子控制电路必须能够处理触发点设置和增益设置。事实上LED 需要能够应付三个潜在的散热源：自发热、环境温度和LED 电子控制。使用可变电阻作为调光元件的方法对HB LED来说也是不切实际的，因为电阻上消耗的功率太大，而需要专用的绕线电阻。在电阻与LED 的位置很接近的情况下，该电阻产生的附加热量将只会使散热问题变得更加严重。导通元件也可以是晶体管，可见其功耗发生在晶体管，而不是可变电阻上。

　　这种方法通过生成对数响应、以及用于热控制和亮度定义的负或正温度系数热敏电阻，提供了更多的灵活性。利用热敏电阻的LED 散热控制的最简单实现方法采用了一个PTC 元件。PTC元件提高了随温度增长的标称低电阻，一直到其触发点。