【導讀】很多工程師在面對LED驅動器選擇時都會猶豫不決，相信閱讀完本文后，今后在面對LED驅動器的選擇時，不再猶豫。只要理解了LED驅動器的相關特征和實際應用，這些問題都將迎刃而解。
恒壓/恒流的判定
開發者面對的第一個問題幾乎總是對恒流或恒壓供電方式的選擇。有兩種基本的LED陣列型式一一工作于恒定電壓環境的陣列和工作于恒定電流環境的陣列——它們的內部構造有著很大的不同。恒壓陣列包含有當LED發燙時限制電流上升太高的器件，例如電阻或恒流電阻(CCR)，甚或是某種類型的開關式DC - DC整流器。與此相反，恒流LED陣列將包含串行連接的LED，并可能有多個并聯在一起的這種LED串。
在兩種情況下你將會選擇恒壓陣列：
1.你尚未決定你的LED陣列，并且你不能確切知道多少LED會被串聯在一起供電，或者不知道其所需的電流將會是多少(比如，凹槽燈)
2.LED陣列為恒壓類型，故而具有相應于該固定輸出電壓的某一固定范圍的電流。在這種情況下，你必須確保你所選擇的驅動器具有正確的電壓，且其所允許輸出的電流范圍大于的你的LED負載的大致電流范圍。
如果清楚與照明應用的光照要求相匹配的驅動電流，你可能就會選擇恒流陣列，因為那通常是最有效率的組合。如果你的LED陣列需要恒定電流，那么你就需要一只恒流LED驅動器。這種類型的驅動器將僅在一個特定的電壓范圍內正常工作，具有允許的最小電壓和最大電壓值。你必須確認你的LED陣列的所需電壓在這個許可的范圍之內。
下面的表格討論了各種AC-DC驅動器的拓撲結構及其優缺點和應用。驅動器的選擇沒有對與錯之分。實際上，你需要做的，就是將應用的需求與驅動電路的拓撲結構進行匹配。下面讓我們來探討一些專門的問題。
另一個影響早期決策的因素是調光的重要性，后者可能涉及人的視覺感知及(或)能量守恒方面的問題。了解人的視覺特性將有助于我們選擇正確的燈具特征。人眼對光線變化的感知與它所看到的光照亮度成比例，而LED燈的光照輸出也大體上正比于流經它的電流。這樣造成的結果就是，將燈光調低到50%的時候，對大多數人來說，將很難注意到這種變化，而即便調低到10%，也僅僅是讓人感覺稍微暗了一些。因此，要得到可覺察的視覺調光效果，你就得能夠將光照強度調低到l%。作為比較，電影院要求的調光范圍是0. 1%。
圖1.正相調光方法“切除”交流方式輸入電壓每個半周的前沿部分
這種敏感性的缺失.倒并不意味著調光范圍高于1%的時候就沒有意義了。實際上，情況恰恰與此相反。如果把LED的燈光調低到10%，你就獲得了90%的能耗節約，這一點是非常重要的。從節能的角度來看，任何范圍的調光都是值得的;但是，如果想要得到弱光照明的房間或影劇院，就得使用調光范圍低至1%、甚至是達到0.1%的全范圍調光效果的調光器。再怎么說，雖然1%以上范圍的調光，對人眼的感知來說沒有太大的益處，但即便是較小范圍的調光效果，也會帶來巨大的節能效益。
圖2：反相調光方法“切除”交流輸入電壓每個半周的后沿部分。
閃爍問題的討論
調光帶來了閃爍，以及“多大的閃爍是不能接受的”這個問題。在照明業界，對閃爍定義是光照(或LED電流)以兩倍工頻頻率波動所占的百分比，它用LED的穩定光照(或直流電流)的分數來表示。
二十年前，磁性鎮流器推動了熒光燈管的發展，后者在交流供電電壓周期的峰值附近產生強烈的閃爍，使得燈管的總光照輸出中包含有閃爍頻率為工頻頻率的兩倍的連續閃光。已經發現，雖然大多數人不能感覺到這種閃爍，但它確實給一些人造成了頭痛和其他緊張癥狀。針對磁性鎮流器帶來的閃爍所引起的這種不適，人們開發了電子鎮流器，將閃爍降低到了2%以下，后者經證實確有其效，并迅速成為好的燈光質量的工業標準。
之所以還在討論這個問題，是因為閃爍的解決并不簡單。現代LED燈具的閃爍，其燈光波動通常具有平滑的交變特性，頻率為兩倍倍工頻頻率，如120赫茲。即便這種閃爍的幅度達到了100%，也遠遠不如磁性鎮流器導致的閃爍那么容易被覺察。我們建議，對工作和辦公室照明來說，LED驅動器的紋波輸出要低于10%，而對裝飾用LED照明(如槽燈、壁燈、戶外照明，等等)來說，即便l00%的閃爍也可能是可接受的。
調光方法及閃爍問題
不幸的是，調光方法可能會導致閃爍。LED驅動電路的輸出構成中，頻率為兩倍工頻頻率的紋波所占的百分比，是影響光照輸出的閃爍成分的參數。許多LED驅動器通過快速切換LED發光的通斷來實現調光，這個過程叫做脈沖寬度調制(PWM)調光或數字調光。人眼完全不能感知這些高頻率閃爍，只是覺察到的光照略有減少。
然而，存在著這樣一類簡單的LED可調光驅動器，它們只是簡單地以兩倍工頻的頻率對LED發光進行通斷切換;在弱照度情況下，其結果就與老式磁性鎮流器的光輸出十分相似閃爍很容易被察覺。此外，如果同可控硅調光器一起使用，由于后者不能在正負半周實現相同的調光，就會導致一個工頻成分出現在PWM之中，產生出任何人都可以覺察的閃爍。
其他LED驅動器產生一個恒定的直流電流，調光器通過調低該直流電流來實現調光的功能。這種調光方法有時被稱作模擬調光。對工作及辦公室照明來說，這是最穩妥的調光方法，雖然它很可能會比數字調光方法更加昂貴。
還有一個問題是如何把調節信息傳遞給驅動器。很多情況下，驅動器必須與傳統的壁式調光器協同工作。
圖1和圖2所示為兩種相反的傳統調光方法，它們為當前的LED應用所采用，通過控制交流電力波形來實現調光。正相調光方法通常工作于雙線供電的情況，無需額外的人力來鋪設第三根電線;它通常用于教堂、大禮堂、及學校等場合。反相調光方法昂貴得多，但它最大限度地降低了電磁干擾(EMI)問題。不管采用什么調光方法，驅動器的選擇必須能夠與該應用中所使用的調光器相配合使用，對改造項目來說尤其如此。
LED驅動器的壽命
驅動器壽命也應該是一個主要的考量對象。如果LED陣列的溫度得到了恰當的控制，那么，在工作了5萬小時之后，其發光亮度應該能夠達到初始發光亮度的70%以上。顯然.我們也會希望LED驅動器能夠持續同樣長久的壽命。
LED驅動器的壽命由其內部各種分立電子元器件的壽命所決定，特別是其中的薄弱環節，即電解電容器，它們就像小型的電池。其中的電解液通常是一種膠狀物，它會在器件的生存期間逐漸揮發。揮發速率取決于驅動器的內部溫度，而后者與作用于驅動器外殼之上的外部溫度關系密切。溫度的升高會加速電解液的揮發，并因此而縮短電容器的工作壽命。
大多數LED驅動器的標簽上都有一個小圓圈，叫做“熱點”(hotspot)或“Tc點”。這里通常是驅動器外殼上最熱的地方，被用來確定外殼的溫度。廠商會提供一個溫度值，根據UL認證要求，此溫度值決不能被超越，否則產品就會失效。然而，要注意的是，如果讓驅動器工作在溫度接近于此限制條件的環境，其使用壽命就會比工作于低溫環境下時變得短。廠商可以提供驅動器使用壽命與其熱點溫度之間的關聯曲線。圖3為一只典型LED驅動器的“壽命/溫度”曲線實例。
圖3：驅動器壽命隨溫度而變化。
要確保電解電容器的工作壽命在必要溫度條件下超過LED陣列的壽命，我們必須確保制造商使用了長壽電解電容器。測量電源質量
還有許多我們必須考慮的有關電源質量的問題。LED驅動器的數據手冊會引入許多讓人迷惑的術語，例如總諧波失真(THD)、功率因數(PF)、及普適輸入電壓等等。在選擇驅動器的時候，要了解這些概念。
總諧波失真。正弦波的失真會導致潛在的危險后果，比如電氣設備的過熱，甚至造成變壓器配電站的火災。考慮到電氣設備中非線性負載的增長，總諧波失真問題正變得越來越重要。今天，小于20%的總諧波失真通常是可以接受的，而小于l0%的總諧波失真就是非常好的了。
功率因數。這是公用事業的一個主要關注點，因為它反應了實際提供給設備的功率和儀表檢測到的功率之間的差別，后者將決定該設備的賬單。功率因數低意味著設施的使用成本更高。功率因數的傳統標準是0.9或更高;更低的功率因數值會帶來公共設施估價懲罰，等于是給電費賬單施加了一個乘數。如果驅動器說明書沒有提及功率因數，那就將其默認值作為正常功率因數，也就意味著它是低于0.9的任意值。一些最便宜照明產品的實際功率因數規格可能會低至0.4。雖然在住宅環境中功率因數通常沒有意義，當我們要為工業或商業應用安裝大批量的常規功率因數產品的時候，還是要予以十分的小心。
普適輸入電壓。在美國，大多數商業及工業照明工作于277V電壓，而消費及零售照明電壓一般是120V。如果一只LED驅動器能夠工作于兩種電壓之下，我們就說它具有普適輸入電壓工作能力。一般認為，這種適配能力是自動和可逆的。照明分銷商喜歡儲備具有普適輸入電壓的產品，這樣他們就無需擔心電壓要求的問題。
對多路輸出的歧義
現在讓我們專門討論一下驅動器的輸出及多路輸出時可能導致的歧義問題。術語“輸出”及“通道”經常被混用，但業內人士有必要搞清楚，“多路輸出”和“多個獨立輸出”之間是存在差別的。這種差別對燈具的可靠性有著重要的影響。
實現多路輸出的最簡單的方法就是從一只單一的驅動器中簡單地引出多根導線來提供電流負載。在驅動器內部，這些導線全部被并聯在一起，給電流的流通提供多條通道。盡管非常簡單，它卻帶來了一些重大的缺陷。
例如，這種驅動器沒有容錯能力，且在多路輸出之間沒有好的電流平衡能力，其結果就是每個通道的亮度會不一樣。此外，如果一路LED負載發生短路，就會導致其他通道停止工作;如果一路負載發生斷路，則會讓其他各路負載來承受其額外電流，很可能導致它們出現過熱并因此而過早失效。即便在正常工作情況下，如果沒有對LED負載進行嚴格的匹配，其各個輸出通道之間也會存在很嚴重的電流平衡問題。
相反，具有多個獨立輸出的驅動器(真正的多路輸出驅動器)將單獨對每個輸出通道進行電流調整，使之與其它各路輸出不產生關聯。這種電路架構讓每個通道都具有屬于自己的電流調整或出錯保護能力，并幫助回答了“當一路輸出(或照明引擎)失效的時候會對其它通道產生什么影響”這個問題。舉個例子來說，一個有四路輸出的驅動器，不是將其總輸出電流調整到1安培，而是將每個通道的理論輸出電流調整到250毫安，讓每路輸出都具有自己的控制電路，確保各LED負載之間亮度差異的最小化。
就拿我們ERG Lighting公司的E54W Archilume驅動器為例子來看看這種驅動器的優勢。這是一只更為超前的驅動器，實現了不同的輸出組合。其四路輸出中每路的電流為35毫安，它們不僅可以獨立輸出，也可以將兩個通道連接起來實現兩路700毫安的輸出。不僅如此，E54W還支持許多其它輸出組合方式。將一路輸出空置或不經意地短路，都不會給其它未受影響的通道帶來性能的變化。
折衷選擇
最后，需要了解驅動器設計中常見的折衷問題，以及它們如何對遴選過程帶來影響。成本因素可能要求對特性或性能進行取合。以下是需要考慮的五種潛在的折衷因素。
輸出紋波。要制作基本沒有電流紋波的LED驅動器，直截了當的方法就是采用兩個電源轉換級：初級電路產生穩定的電源供應，次級電路則產生所需的輸出電流。兩級電路設計含有兩個控制芯片和兩個高頻變壓器，價格也更貴。只使用一級電源轉換電路來實現輸入端的功率因數校正(PFC)和輸出電流控制，則會顯著降低驅動器的成本。現在的折衷方案就是，要么功率因數校正功能不夠完善，要么在輸出端產生以兩倍工頻頻率呈現的50%幅度的紋波。
啟動時間。啟動時間也是成本與效益之間折衷處理的一個方面。獲得快速啟動時間的一種方法就是使用大功率將所有的電容器迅速充滿電荷。不過，這個大功率將會持續存在，它會降低照明系統的工作效率。可以加入別的元器件來把大功率電路關閉，但代價是引入了額外的成本。值得考慮的是，快速啟動特性究竟是不是應用所要求的?——例如，大多數的HID路燈需要花費1分鐘左右的時間來啟動，這樣，就根本沒有必要讓LED路燈在一秒中之內開始工作，因為這對用戶來說是無關緊要的，并且一天只會啟動一次。
調光級別和效率。盡管調光領域也在不斷取得進展，但總的來說，要獲得更低的調光水平，代價就是更低的效率。
成本與效率。一般來說，使用更大號的開關晶體管和高頻變壓器會提升LED驅動器的效率，但也會增加成本。
普適輸入電壓和成本。支持普適輸入電壓的產品，其元器件和性能使之既適用于在高輸入電壓下工作，又適合在大輸入電流情況下工作。在低壓情況下你需要更高的電流。這里的代價就是，你為兩者都付出了代價，且購買單電壓產品能夠獲得更佳的性能。然而，燈具代工廠常常不知道產品需要的電壓將會是什么，因此為更昂貴的普適輸入電壓特性埋單通常是值得的。
為你的項目所需的LED驅動器進行評估和遴選，并不一定就是一項令人生畏的任務。恰如前面的討論中所述及的，正確了解諸如電流與電壓、LED電路拓撲結構、調光及閃爍的因素、以及多路和獨立輸出等等概念，將有助于你向驅動器供應商提出正確的問題，并幫你確認哪些才是最重要的特性，幫助你優化照明系統的性能。
相關閱讀：
選型必備：LED驅動器架構的選擇
牛人分享：LLC LED驅動器簡化設計的實現
車用大電流LED應用中LED驅動器設計挑戰
