一种新型LED驱动技术分析

摘 要：LED光源作为绿色、节能、省电、长寿命的第四代照明灯具而异军突起、广受关注、如火如荼地迅速发展。目前的LED光源是低电压（VF=2.83.6V）、大电流（IF=2001500mA）工作的半导体器件，必须提供合适的直流才能正常发光。直流（DC）驱动LED光源发光的技术已经越来越成熟，由于我们日常照明使用的电源是高压交流（AC100～220V），所以必须使用降压的技术来获得较低的电压，常用的是变压器或开关电源降压，然后将交流（AC）变换成直流（DC），再变换成直流恒流源，才能促使LED光源发光。因此直流驱动LED光源的系统应用方案必然是：变压器+整流（或开关电源）+恒流源（图1）。LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个模块，但是对于E27标准螺口的灯具来说空间十分有限，很难安置。无论是经由变压器+整流或是开关电源降压，系统都会有一定量的损耗，DCLED在交流、直流之间转换时约15%～30%的电力被损耗，系统效率很难做到90%以上。如果能用交流（AC）直接驱动LED光源发光，系统应用方案将大大简化，系统效率将很轻松地达到90%以上。

图1 直流驱动LED光源的系统应用方案

Abstract: as a green, energy-saving LED light source, save electricity, the long life of the fourth generation lighting lamps, and rise of the controversial, the rapid development of the raging fire. The current LED light source is the low voltage (VF = 2.8-3.6 V), large current (IF = 200-1500 mA) of the job of semiconductor devices, should provide appropriate dc to normal light. Direct current (DC) drive LED light source the light technology have more and more mature, because we use the power is the daily lighting: the high voltage AC (AC100 ~ 220 V), so must use antihypertensive technology to get a low voltage, commonly used is transformer or switch power supply step-down, then will exchange (AC) transform into direct current (DC), to transform into a constant DC current source, can urge LED light source to shine. So dc drive LED light source system application solutions is necessarily: transformer + rectifier (or switch power supply) + constant current source (figure 1). LED lamps is bound to have the space to put this module, but to E27 standard snail mouth for the lamps and lanterns of space is very limited, and it is difficult to relocate. Whether through rectifier transformer + switching power supply or blood pressure, the system will have a certain amount of loss, DCLED in ac/dc about transformation between 15% to 30% of the electric power be loss, the efficiency of the system hard to do more than 90%. If can exchange (AC) direct drive LED light source to shine, and system application plan will greatly simplified, the efficiency of the system will be very easily above 90%.

关键词：LED照明LED驱动技术AC LED驱动

Keywords：LED lighting, LED driving technology, AC LED drive

中图分类号：TU85文献标识码：A文章编号：

AC LED驱动技术的现状

1、AC LED驱动发展概况

韩国汉城半导体公司即如今的首尔半导体早在2005年已发明可以用交流直接驱动使其发光的ACLED，其次是美国III-N Technology（3N）发明的单芯片交流发光二极管（AC LED），是首屈一指的大规模商业化生产的交流发光二极管产品。

2008年，台湾“工业技术研究院”也完成可产业化生产并有实际应用系统方案的AC LED产品，可直接插电于60Hz或更高频率的AC 110V交流压使其交流发光，应用于指示灯、霓虹灯、低瓦数照明灯，能有效解决现有 LED 无法直接在交流源下使用，造成产品应用成本较高的缺点。

继On Chip AC LED技术于今年年中获美国100大科技研发奖R&D 100 Award肯定后，工研院（ITRI）结合国内LED中下游产业，包括晶电（Epistar）、光宝（Lite On）、福华（Forward）、鼎元（Tybtek）等19家厂商组成“AC LED应用研发联盟”。

现在全世界只有美国、韩国与中国台湾有此技术，台湾工研院开发出白光、蓝光及绿光AC LED的制程技术，不仅与国际同步，也是全球领先者之一。

2、AC LED驱动技术特点

1）寿命长

使用传统直流驱动的LED灯具，由于驱动变换器寿命比LED光源本身短，故目前很多LED灯具坏掉，并不是LED光源寿命已尽，而是LED灯具使用的交直流转换器先坏掉了。AC LED由于不需要驱动变换器，因此灯具寿命延长至LED寿命，远高于传统灯具寿命。

2）体积小

AC LED在家用电力上的方便性，不需要像DC LED一样另外得帮灯具装上一个交流转直流的转换器，不但节省了驱动变换器的成本，也节省了驱动变换器所需的体积。

3)效率高

传统的LED驱动方式，无论是经由变压器+整流或是开关电源降压，系统都会有一定量的损耗，DC LED在交流、直流之间转换时约15%～20%的电力被损耗，而AC LED由于省掉了驱动变换器，交流输入可以加到AC LED两端，因此理论上电源效率为100%。

AC LED驱动的工作原理

AC LED驱动的工作原理如图2所示。

图2 AC LED驱动的工作原理

将多只LED芯片组合成整流桥，每个桥臂上的LED芯片数量相等，再将一串LED接在整流桥输出端作为负载。

在交流正半周，蓝色通路表示电流流动方向，LED1、LED5、LED4导通发光；在交流负半周，绿色通路表示电流流动方向，LED2、LED5、LED1导通发光。桥臂上的4串LED交替导通发光，中间作为负载的一串LED始终导通发光。

三、AC LED驱动技术目前存在问题及解决办法

1、光效低、可靠性低、功率因数低、最佳工作电压范围窄是目前AC LED存在的问题主要。

1）光效低

由于ACLED的桥臂是两、两交替导通，以构成4个桥臂的LED数量为80只为例，在50Hz的交流输入下，每个半周只有160只LED导通，假设LED完全导通，实际功率仅为9.6W，是实际可达到功率的一半。因此，如果按照320只LED计算光效的话，实际输入功率仅为额定功率的1/2，因此，光效较低。

2）可靠性低

适用于220V交流输入的整流桥，其反向耐压通常为600V、800V，分别针对不同可靠性要求的使用场合。

为了使LED能够导通，就要降低桥臂LED串联数量，而数量的减少，就带来反向耐压的降低。如果按照300V反向耐压设计LED桥臂，虽然LED可以完全导通，但是电路承受浪涌电压的能力大幅下降，LED被反向击穿，可靠性大幅降低。

3)功率因数低

LED具有导通阈值电压，只有当输入电压大于阈值电压后，LED才导通，以1W大功率LED为例，其V-I曲线如图3所示。

图3 1W LED的V-I曲线

由图3可知，标称3.2V的1W LED其导通电压为2.7V左右，假设AC LED的桥臂有40只LED构成，则其总阈值电压为：2*40*2.7=216V。也就是说，只有输入电压大于216V时，LED才导通（如图4所示）。

图4 AC LED导通波形

由于导通阈值电压的存在，AC LED的功率因数较低，只有0.7左右，无法达到＞0.9的规范要求，且总谐波含量（THD）也较高。当建筑物中大量使用AC LED时，会对电网注入极大地噪声干扰；同时，由于功率因数低，会使电网中线流过较大电流，降低了供电系统的安全性和可靠性。

2、解决办法：

1)提高反向耐压；

2)增加PFC电路；

3)稳定工作电压。

四、总结

AC LED驱动技术刚刚步入成长期，目前在发光亮度、功率等方面还不够理想，但ACLED的应用简便、无需变压转换器和恒流源，以及低成本、高效率已显现强大的生命力。AC LED的技术在飞跃发展，要不了几年，高亮度、大功率、低成本的产品将大量面世。

参考文献:

[1]沙占友.LED照明驱动电源优化设计第一版.

[2]周志敏.开关电源驱动LED电路设计实例第二版.

[3]张占松.开关电源手册(第3版)人民邮电出版社.

[4]LED周刊-中国LED网2012年第20周期刊.