多路 LED 驅(qū)動電源技術(shù)的開發(fā)與可靠性研究分析

作為一種新型的節(jié)能無公害光源，LED燈具有獨(dú)特的發(fā)光特性，在現(xiàn)代照明應(yīng)用中起著革命性的作用。作為LED照明產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的組件之一，LED驅(qū)動電源的驅(qū)動控制技術(shù)可靠性低，成本高的典型問題一直制約著LED照明的發(fā)展。多通道LED驅(qū)動電源技術(shù)的發(fā)展和可靠性研究是當(dāng)前行業(yè)的重要課題。
1. LED驅(qū)動器狀態(tài)分析
國內(nèi)外通用LED照明的一個顯著特征是光源通常由大量的LED芯片組成。 LED的特性決定了LED適合恒流驅(qū)動。這是國內(nèi)外專家學(xué)者的共識。 LED的驅(qū)動方法主要是單通道恒壓輸出（光源中內(nèi)置有恒流源），單通道恒流輸出和具有多個DC / DC恒流輸出的單通道恒壓源。
1.1單輸出恒流驅(qū)動
通過單個輸出電源將LED光源作為一組負(fù)載驅(qū)動是LED驅(qū)動控制的最簡單方法。形成LED光源的多個LED可以以各種方式連接。所有LED負(fù)載的串聯(lián)連接。單輸出電源是用于驅(qū)動LED燈的恒定電流源。由于光源是串聯(lián)連接的，因此沒有電流共享的問題，但是當(dāng)串聯(lián)連接的LED數(shù)量很大時，光源的電壓將增加。光源電壓過高要求燈泡達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，并且絕緣成本增加。燈散熱器和絕緣要求越高，熱阻越大，散熱效果越差，將影響LED燈的壽命。
單輸出恒流驅(qū)動器在其應(yīng)用中有一定的局限性，特別是LED光源的并聯(lián)連接將對光源的使用壽命和可靠性產(chǎn)生更大的影響。

1.2多輸出恒流驅(qū)動
目前，更常用的LED多通道驅(qū)動方案在單個輸出恒定電壓源的輸出端口配備了幾級非隔離的DC / DC轉(zhuǎn)換器。每個LED負(fù)載均由單獨(dú)的DC / DC轉(zhuǎn)換器控制，以實(shí)現(xiàn)恒定電流驅(qū)動控制。該方案的缺點(diǎn)是DC / DC轉(zhuǎn)換器電路較復(fù)雜，成本較高，可靠性較低。每增加一個DC / DC轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動效率就會相應(yīng)降低，并且容易產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。不同類型的光源的每個LED負(fù)載的電壓，電流和功率都不同。通用DC / DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計難以標(biāo)準(zhǔn)化，這給工業(yè)化帶來了極大的不便。
3.關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新
從LED照明的可靠性和成本的角度來看，具有多個驅(qū)動器的模塊化LED燈將成為未來LED照明的趨勢。目前，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和制造企業(yè)都在開展多通道LED驅(qū)動電源技術(shù)的開發(fā)，主要是在對新型正反激式組合變換器LED驅(qū)動電源的研究基礎(chǔ)上，采用電壓型變頻控制，三級轉(zhuǎn)換器電路工作在臨界模式。該技術(shù)可以提高驅(qū)動電源的可靠性，但是電路復(fù)雜且成本高。該研究項目關(guān)鍵技術(shù)的主要創(chuàng)新是：
（1）突破傳統(tǒng)的三電平轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)LED的多通道驅(qū)動的思想，而采用二級轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)LED的多通道驅(qū)動。使用諧振電容器來參與主電路的諧振轉(zhuǎn)換特性，可以提高轉(zhuǎn)換器的動態(tài)響應(yīng)速度，減少在諸如轉(zhuǎn)換器啟動之類的動態(tài)條件下對LED負(fù)載的沖擊電流，并提高驅(qū)動器的可靠性。同時，利用諧振電容器來平衡多路輸出的負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)多路輸出之間的高精度均流特性，具有成本低，體積小，效率高的特點(diǎn)。 。
（2）提出了一種新型的單開關(guān)正反激多輸出電路。主電路一次側(cè)只有一個開關(guān)管，可以實(shí)現(xiàn)變壓器二次側(cè)多路輸出的均流控制，進(jìn)一步降低了電路成本；由于主變壓器實(shí)現(xiàn)雙向利用，減小了變壓器的體積，提高了效率；次級側(cè)的均流電容不僅實(shí)現(xiàn)了多路輸出的均流控制，還形成了具有均流電感的諧振電路，從而實(shí)現(xiàn)了次級整流二極管的零電流開關(guān)狀態(tài)，減小了輸出電流。二極管反應(yīng)?；謴?fù)損耗，減少電磁干擾，進(jìn)一步提高效率。
（3）提出PFC電路的備用方案。先前的PFC電路已經(jīng)制成了PFC備用電路，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中PFC電路發(fā)生故障時后續(xù)電路不能正常工作的問題，保證了后續(xù)負(fù)載的工作性能不會受到故障的影響PFC電路的特性，進(jìn)一步確保了驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。在研究和設(shè)計過程中，必須存在此類問題，這要求我們的科研工作者不斷總結(jié)設(shè)計過程中的經(jīng)驗，以促進(jìn)產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新。