在一些低功耗设计中,LED 物理隔离是一种常用方法,因为它允许使用成本更低的非隔离式电源。图 1 显示了一种典型的 LED 灯替代方法。本举例中的电源为非隔离式电源,其意味着实现用户高压保护的隔离被嵌入到了封装而非电源中。很明显,电源的空间极其小,从而对封装构成了挑战。另外,电源被隐埋到封装内部,从而阻碍了散热,影响了效率。
图 1 灯泡替换使电源空间变得极小
图 2 显示了一个通过 120 伏 AC 电源为 LED 供电的非隔离式电路。它包含一个为降压功率级供电的整流桥。该降压调节器是一个“倒置版”,其电源开关 Q2 处在回路中,而环流二极管 D3 连接至电源。在电源开关导通期间,通过一个源电阻对电流进行调节。尽管这样做的效率相当高(80%-90%),但是这种电路存在几个限制效率的缺点。导通时,电源开关必须承载全部输出电流,而在电源开关关闭时,输出电流流过环流二极管。另外,电流检测电阻器 R8 和 R10 的电压约为 1 伏。相比 15 到 30 伏的 LED 电压,所有这三个压降都很大,并且会对电源效率构成限制。更为重要的是,这些损耗会促进灯泡温升。LED 的发光能力会慢慢减小,而这种能力与LED的工作温度密切相关。例如,70oC 条件下,LED 光输出减少30%的时间超出了 50000 小时,而在 80oC 条件下,这一时间仅为 30000 小时。由于灯泡都安装在一些“筒”中,而这些“筒”往往会阻碍散热,不利于对流冷却,因此发热问题被进一步复杂化。
图 2 降压调节器实现一个简单的离线LED驱动器
LED 制造厂商通过将数支 LED 串联在一块公用基板上,制造出更高电压的发光体。这些高压发光体带来亦或是更低的成本亦或是更高的电源效率。使用这些高压产品,我们只需使用一组整流器和一个稳流电阻器,从而实现更低成本的电源方法。尽管这种电源可以产生相当好的功率因数,但效率很低,原因是输入电压的很大一部分都被用在了稳流电阻器上,导致 30%-50% 的 LED 功率损耗。但是,它可以用于一些小体积的低功耗应用中。然而,在一些高功耗应用中,低效率让其无用武之地。图3显示了另一种替代方法:其使用一个升压电源。该电路的大部分都与上述方法相同。但是,开关、二极管和电流检测损耗要小得多,带来高达 90% 到 95% 的效率。另外,该电路还拥有 97% 的良好功率因数。
图 3 利用升压电源提高 LED 驱动器效率