关键词：大功率LED 恒电压控制 恒电流控制 路灯照明LED（Lighty Emitting Diode），又称发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件。
近几年，LED技术取得了突飞猛进的发展，在发光亮度和效率方面具有明显的提高，尤其是大功率LED,更被寄以厚望，并逐步取代以往的光源，成为照明领域的新一代绿色光源。它具有光效高、低功耗、寿命长、稳定性高、光色纯、安全性好、可控性强等优点。
然而大功率LED所需的驱动电源为直流的低电压，所以传统上用以驱动灯泡（钨丝）、日光灯、节能灯、钠灯等光源的电源并不适合直接驱动大功率LED;而普通的降压、稳压电源必须重新改良后，才能适用于驱动大功率LED.
本文根据大功率LED的工作特性，对市场上常见的驱动电源进行分析；提出了在路灯照明领域的应用中，为了能更好的发挥大功率LED的优点，驱动电源必须满足恒流输出、散热、效率、功率因素、过压过流过温保护等多个设计要素。
一、大功率LED的工作特性下图为正向导通压降（VF）和正向电流的（IF）非线性关系曲线图。由曲线可知，当正向电压超过某个阈值，即通常所说的导通电压之后，可近似认为，IF随着VF的上升而急剧上升；由图可知，大功率LED是低电压、大电流的发光器件，当前大功率LED的最高IF可达1A,而VF一般为2~4V.
由于大功率LED的光特性通常都描述为电流（IF）的函数，而不是电压（VF）的函数。加上LED生产工艺和温度的不同，大功率LED的正向压降（VF）变化范围会出现比较大的波动（最大可达1V以上），而由上图中的VF-IF曲线可知，VF的微小变化会引起较大的IF变化；其LED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，电流过弱会影响LED的发光强度。所以，采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性和寿命。因此，大功率的LED通常采用恒流源驱动，以保证大功率LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。
下图是LED的光通量（φv/lm）和温度（℃）与关系曲线，由下图可知光通量与温度成反比，温度的变化对LED的波长也有一定的影响，因此，良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。
二、恒电压源模式2.1、工频变压器线性稳压源2.1.1、电路构成与工作原理如图（三）所示，这类电源的共同特点是由工频变压器，整流滤波电路、恒压电路组成；该类型电路工频变压器原、副线圈完全隔离，通过调整原副线圈的变比，就可以在副边得到需要的交流电压，该工频变压器起到了隔离、降压的作用。通过后继的整流和稳压电路，就可以得到预期的直流电压。
2.1.2、优点：电路简单、成本很低2.1.3、缺点：损耗大，效率低，体积大，温升高，亮度不稳定该类电路的工频变压器起到降压的同时，自身的损耗也会随负载的增大而明显增加，导致严重的温升现象；同时能量转换的效率也会变低；另外由于该变压器的物理结构，限制了该电源体积的变小化。
该类电路在驱动大功率白光LED时，必须串联了一RES来限制和稳定流经大功率白光LED的电流，否则一旦工作电流过大，超过了大功率白光LED的最大工作电流，则会导致大功率白光LED的永久性损坏，然而增加限流电阻的方法，不但增加了能量的过多损耗，而且不能解决工频电压的波动而导致的发光亮度不稳定的问题；该类电路的工频变压器的线圈变比决定了大功率白光LED的串联数量，一旦选定了工频率变压器，则就难以增加大功率白光LED的串联数量。为了满足不同的发光亮度需求，只能以并联的方式来增加大功率白光LED的数量，但是因为大功率白光LED的属性（导通电压、温度）不同，很难实现流经每个并联LED分支有相同的电流，从而会出现各并联的分支LED的发光亮度不一致的现象。
该类电路的电能转换效率低，不能实现节能的目的；工频电压的波动和电路的温升导致的大功率白光LED的发光亮度不稳定，使得该电路不适用于路灯照明领域。
2.2、高频变压器开关稳压源2.2.1、电路构成与工作原理如图（四）所示，这类电源的共同特点是具有高频变压器，直流电压是从变压器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副线圈是隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。
2.2.2、优点：功耗小，效率高，体积小，重量轻，稳压范围宽2.2.3、缺点：控制电路比较复杂，对元器件要求高，亮度不稳定该类电路使用了大功率开关晶体管、快速恢复二极管以及高频变压器，开关转换速度很快，这使得大功率开关晶体管的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高；由于没有采用笨重的工频变压器，大功率开关晶体管的功耗又很小，省去了较大的散热片，所以电源的体积小，重量轻；关键在于该类电路的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，工频输入信号电压的变化可以通过脉冲调制来进行补偿，在出现电网电压变化较大时，仍能保证有较稳定的输出电压。
该类电路在驱动大功率白光LED的原理上和工频变压器线性稳压源一样，采用的是恒压限流的方法，没有符合大功率白光LED的非线性V-I曲线特性，所以在性能方面，仍存在串并连发光亮度不稳定和发光亮度不一致的问题；该类电路较之工频变压器线性稳压源，在效率、体积、稳压范围方面有显著的改善，所以在其他一些照明场合使用比较多，但该类电路仍不适合于路灯照明领域。
三、恒电流源模式3.1、电路构成与工作原理如图（五）所示，这类电源的与高频变压器开关稳压源具有共同特点：都具有高频变压器，直流电压是从变压器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副线圈是隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。
但该类电路关注的是恒电流输出，而不在是高频变压器开关稳压源所关注的恒电压输出。
3.2、优点：功耗小，效率高，体积小，重量轻，恒电流输出，LED亮度稳定3.3、缺点：控制电路比较复杂，对元器件要求高，LED并联亮度不一致该类电路在驱动大功率白光LED的原理上，采用了恒电流控制的方法， 具有自动限流作用，比之采用电阻的恒压限流驱动的方法，更易于实现限流和过流保护；同时没有额外的限流电阻，减小了电路损耗，提高了能量转换效率。
该类电路驱动方法符合大功率白光LED的非线性V-I曲线特性，避免了电压轻微波动而造成的电流变动，从根本上解决了大功率LED串联亮度不稳定的问题，保证了大功率LED的发光亮度恒定。
在大功率白光LED的串联数量方面，流经的大功率LED的电流不再受大功率白光LED串联数量的限制；为了满足不同的发光亮度需求，通过灵活的驱动多个大功率白光LED就可以实现。
对于大功率白光LED的并联使用，该类电路仍无法保证并联分支LED的发光亮度一致性。但可以使用多个恒电流电源，分别驱动不同的并联分支LED,同时保证并联分支LED属性一致性，从而可以解决发光亮度一致性的问题；相对比较下，恒电流输出模式比恒电压模式更为适合在照明领域中使用，该类电路无论在能量转换效率、发光亮度稳定性方面都更胜一筹。
四、可靠性设计要在照明领域中大量使用大功率白光LED,保证大功率白光LED驱动电源的安全可靠工作，才能保证大功率白光LED的长寿命和发光亮度稳定。
4.1、过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。
4.2、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。
4.3、浪涌保护在实际应用中，电网很是不稳定，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，要考虑在整个产品的防雷，尽量避免在异常时造成永久性的破坏。
4.4、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。
4.5、谐波小开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。
随着节能理念的深入人心，大功率LED的发展日趋成熟，“功率因素”的指标也被LED电源驱动行业提上议题，所以驱动电压的设计一定要考虑该参数。
我们相信，随着大功率白光LED的发展，成本也会降低，其驱动电源的设计也将随之推动得到发展，大功率LED应用在路灯领域中，将很快成为现实。
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