摘 要 :照 明 LED是 近年 来快 速 兴 起 的 一种 新 颖 光 源 ，它 的 很 多 良好 特 点使 得 它 的应 用 面越 来越 广 。
LED的单 向导 电特性使 许 多人认 为理 应 用直流驱动 ，但是 对 直 流稳 压和 限 流的 装置在 保 证 比较好 的
限流特性 时 ，自身功耗是很 大的 ，所 以使 系统的 效率 大 为降低 。 只有 用较 高频 率 的 交流 来驱 动 LED，
并且用在 呈现较 大阻抗 时 自身功耗较 小的 电感或 电容来 限流 ，才能把 LED驱 动 电路 的 限流特 性 和 自
身功耗都做得 比较理 想 。本 文分析 介绍 了几种 LED驱动 电路 ，供 行业 内人士参 考。
关键词: LED驱动 电路 系统效 率 恒 流特 性
LED驱 动电路除 了要满 足安全要求 外 ，还 应具备
两个 基本功 能 ：一是 尽 可 能保 持 恒流 特性 ，尤其 在 电
源 电压发生 ±15％的变动 时 ，仍应 能保持输 出电流在
±10％的范围 内变动 ；二 是 应保 持较 低 的 自身功 耗 ，
这样 才能使 LED的系统效率保 持在较 高水平 。
1 两种 系统效率低 下 的 LED驱 动电路
1．1 传 统的低效 率 电路
图 1是 传统 的低效率 电路 ，电网电源通 过降压 变
压器 降压 ，桥式整 流 滤 波后 ，通 过 电阻 限流 来 使 3个
LED稳定 工 作 ，这 种 电路 的致命 缺 点 是 电 阻 R的存
在是 必 须 的 ，R上 的有 功 损 耗 直接 影 响 了系 统 的效
率。当 R分 压 较 小 时 ，R 的 压 降 占 总 输 出 电 压 的
40％ ，即输 出 电路在 R上 的有 功 损耗 占 40％，再 加上
变压 器损 耗 ，系统 效 率 小 于 50％。当 电 源 电压 在 ±
10％的 范 围 内 变 动 时 ，流 过 LED 的 电 流 变 化 将 ≥
25％，LED上 的功 率 变 化 将达 到 30％。当 R分 压 较
大时 ，虽 说 电源 电压 在 ±10％ 的范 围 内变 动 时 ，能 使
输 出到 LED的功率变 化减小 ，但系统效 率将更 低 。
1．2 采 用集成稳 压元件 的 LED驱动 电路
图 2是在 图 1的基 础 上 加 了一个 集 成 稳压 元 件
MC7809，使输 出端 的 电压基 本稳 定 在 9V，限 流 电 阻
R1可 以用 得 很 小 也 不 会 因 为 电 源 电 压不 稳 定造 成
LED的超 载。但是此 电路 除 了保证 LED的基本 恒 定
输 出外 ，效 率还是 很低 的 ，因 为 MC7809和 R1上的 压降仍 占很大 比例 ，其效 率仅为 40％左右 。
上述这 类 电路 ，系 统 总 的发 光 效 率 仅 为 20～
251m／W，是根 本 不 能 称 为 节 能 的 照 明产 品 的 。为 了
达到 既能使 LED稳定 工作 ，又 能保 持 高的 效率 ，应采
用低 功耗 的限流元 件和 电路来 使系统 效率提 高 。
2 几种效 率较 高的 LED驱动 电路
2．1 采 用集成恒 流源 NUD4001的 LED驱动 电路
见 图 3。这 一 电 路 的显 著 特 点 是 当 电源 电压 在
±15％的范 围内变动 时 ，输 出波动 ≤1％ ，可称 为恒 功
率驱 动 电路 ，另 外这 一 Ic电路 可在 很 低 的 串联 分 压
下工 作 (即 1脚与输 出 的各 引脚 之间 的电压在 ≥2．8V
时尚能工 作)，所 以可 保 证在 几 乎 恒 功率 输 出 的情 况
下 ，保 持 1脚 与输 出引脚 之 问的 电 压在 2．8V左 右就
能使 系统 效率达 70％左右 。该 Ic电路 的输 入 电源可
采 用工频 交流 ，但 最好 采用 卤钨灯 电子变 压器作 为前
级 ，这 样能保 证谐 波和 电源端 子干扰 都符合 标准 的要
求 。当 电子变压 器 内部 实现 Ⅱ类 电 器 的隔 离绝 缘 输
出时 ，图 3电路可 用 于 Ⅱ类 灯具 中 ，并 且 输 出端 可 以
做成 可触 及式 。
2．2 一种采 用电容作 限流元 件 的 LED驱动 电路
图 4电路是 直接采 用 电容作 为限流元 件 ，在 此 电
路 中 ，由于电容 上 的分 压 几乎 达 到 了全 部 电 源 电压 ，
所 以具 有 良好 的限流 特性 ，当电源 电压在 ±10％波动
时 ，输 出 电流也 在 ≤ ±10％内波 动 ，只要 在 设 计 中把
LED的额 定值 留有 一定 的裕量 ，就能保 证在 电源 电压
波 动 时 LED仍处 于 良好 的工 作状 态 。 由于 电容 的介
质损 耗极 小 ，所 以 电路 的损 耗很 小 。 电 阻 R 的作 用
是 在断 电时保证 电容上 的 电压能及 时放掉 ，其阻值 可
≥3M(2。每组 串联 的 LED 中可 加 一 个 1N4007二 极
管 ，当两组 串联 的 LED有 一 个 内部 开路 时 ，另 一组 有
可能被反 向电压击 穿 ，如果 串入一个 1N4007二极 管 ，
则 可保 护剩余 的 LED不损 坏 ，当然 1N4007的 加入 也
使效 率略有 下 降 (当输 出 电流 30mA时 ，1N4007上 的
功 耗 约 0．02W)。 对 于 一 体 化 小 夜 灯 ，可 省 略
1N4007，此时这一 驱 动电路效 率 ≥90％ 。用 此 驱动 电
路做 成 的 LED小 夜灯 ，效 率 高 于采 用 气 体 放 电 光 源
的小 夜灯 ，并且使用 寿命远 大 于采用其 它光源 的小 夜
灯 。此 电路 在 30个 LED串联 时还 能 稳定 工 作 ，但 是该 电路输 出 的光 具 有 一定 的频 闪 (在 50Hz工作 时 有
100Hz的频 闪 )，不适 用 于运 动 物体 的 照明 场合 ，并 且
使 用时 LED需 做成不 可触及 的 ，否 则将影 响安全 。
2．3 一种 卤钨灯 电子变 压器与 电感 限流 结合 的 LED
驱动 电路
图 5电路是 在原 卤钨灯 电子 变压器 的基础 上 ，利
用高 频电感 限流来 实现 LED的 稳定 工 作 。此 电路 的
特点是 ，负 载可根 据电子 变压器 功率 的大小带 上几组
LED，并 且 可 做 到 次 级 完 全 隔 离 的安 全 特 低 电 压 输
出，输 出 电压 12V(此 时 每组 的 LED为 3个 )，最 高输
出电压 可 以到 25V，空 载输 出电压 可 以 到 33V。 由于
采用 了高频 电流来点 亮 LED，输 出光 的频 闪现象 基本
可 以消 除 。限流 电感 的体 积可 以做得很小 ，每个 电感
的电感量仅 为 0．O5～0．2mH(根 据 LED 的电流 不 同 ，
采 用不 同 电感量 的电感 )，只要 电感 采用 的线径 不 是
太 细 ，电子变压 器 的调试 水 平 较 高 ，这 一 电路 在输 出
功 率为 8～70W 时 ，总体 效率 可达 80％ ～92％。此 电
路在线 路 功 率 ≥25W 时 ，还 能 全 面 满 足 谐 波 和 EMI
的要求 。此 电路 在 电源 电压 变 化 ±10％ 时 ，输 出 给
LED的功率 变化 ±20％ ，所 以应 保证在 额定 电源 电压
下 ，使 输 出给 LED的功率 适 当 小于 额定 值 ，防止 过 电
压 时 LED超载 引起 过热 而影 响使用 寿命 。
2．4 采用专 用 IC的 LED阵列 驱动 电路
图 6是采 用两块 专 用 Ic电路 的 LED驱 动 电路 ，
其中 Ic1——vIPEr22A是 ST公司生产 的智能功率开
关集成 模 块 ，内部 具 有 PWM控 制 电路 和一 个 0．7A／
730V的 VDMOS场 效 应 功率 管 。IC2采用 TSM11011，
其 内部 具有 2．5V的基准 电压及 两个 由运放 器组成 的
比较器 。从 R6上取 得 LED的工 作 电流 信 号输 入 到
IC2中的 cc比较 器 ，通 过 比较放大后 反馈 到前 级 。从 R4和 R5分压 器上 取 得 LED的 工 作 电 压 信
号 ，输入到 IC2中的 CV比较 器 ，通过 比较放 大后也 反
馈 到前 级 ，两个 比较器 的反馈信 号都是通 过光 电耦 合
器 (型号 SFH610A)耦合 到 IC1控 制极 。IC1自身产 生
高频信 号来使 自身 的 VDMOS管 不断地工 作在 导通与
截止之 间 ，当电源 电压变 化 时造成 N3上 电压 变化 以
及 当 LED电流 和 电压发 生 变 化 时 ，这 些信 号 都 被 反
馈到 IC1控 制 极 ，使 IC1产 生 的 高 频 信 号 的 占空 比
(或称脉 宽 )发生 变 化 ，使 自身 的 VDMOS场 效应 功 率
管的导通 、截 止 时 间 比例 发生 变 化 ，从 而 达 到 使 N2
输出 的电压和 电流 恒定 输 出 的 目的 。图 6中变 压 器
N1是 初 级 绕 组 ，N2为 次级 功 率 输 出绕 组 ，N3是 IC1
的偏 置 (工 作 )绕 组 ，N4是 IC2的偏 置 (工 作 )绕 组 。
从电路分 析可看 出 ，N2是 附 于 隔离 式 安 全 电压 输 出
(28V)绕组 ，N4和 N2与 输 出 电路 直接 连 接 ，为 了保证安 全标 准 IEC61347—2—13的要求 时 ，输 出电路 与
和电 网有 直接连接 的电路 必须实 现完全 的隔离 ，所 以
电路 中反 馈信号是 通过 高 耐 压 的光 电耦 合 器再 反馈
到前级 的 ，变压器 内 的 N2和 N4与 N1和 N3之 间在
结构 上必须 满足安 全隔离 变压器 的要求 。
图 6电路 的最 大特点是 ：
(1)电源 电压在 很宽 的范 围 内工作 时 (约 180～
265V)能保证 LED的恒功率 输 出 ，且 LED可实现 无频
闪输 出 ；
(2)可实现 安 全 隔离 的安 全 电压 输 出 ，甚 至 是 安
全超低 电压 输 出；
(3)IC2如 果采 用 TSM104，可实 现 0～100％的 光
输 出连 续调 节 。
应 注意 ：N1和 N2以及高频 变压器磁 芯是功 率输
入和输 出 的通 道 ，整 个电路 的效率 主要取决 于这 3个因素 ，其它方 面几乎 无潜力 可挖 。应采 用磁芯 截 面足
够的磁芯 以 及保 持 Nl和 N2较 低 的 电流 密 度 ，这样
才能使该 电路 的转 换 效 率 达 到 较 高 的 程 度 ，当 LED
输 出功 率 为 8W 时 ，效 率 约 在 80％ ～85％ 之 间 ；当
LED输 出功 率 为 20～40W 时 ，效 率 约在 85％ ～90％
之间 。
3 总 结
LED驱 动 电路 不可 能省 略限流 的装置 ，限流装 置
的阻抗越 大 ，提 供 给 LED驱 动 电 流 的条 件 越 好 。但
是 此类装 置应具 备 自身 承 担 的分 压 高且 自身 功耗 小
的特性 ，否 则 将使 具 有 较 高 效 率 的 LED 因 为驱 动 电
路 的工作 功耗太 大而使 总体 系统 的效率大 为降 低 ，有
悖 于节 能高效 的宗 旨。所 以应尽 可 能 不采 用 电 阻或
串联稳 压 电路来 作 为 LED驱 动器 的 限流 主 电路 ，而
应该 采用 电容 、电感 或 有 源开 关 电路 等 高效 电路 ，这
样 才能保 证 LED系统 的 高效 率 。采 用 串联 式集 成 恒
功率 输 出电 路 ，可 以使 LED的 光输 出在 很 宽 的 电源
范围 内保 持恒 定 ，但一 般 的 IC电路 会 因 此而 使 效 率
有所 下 降 。采 用有 源开 关 电路可 以保证 在 较高 的转
换 效率 下实现 电源 电压大 幅度变化 时恒功 率输 出。
参 考 文 献