簡介
LED驅動器是指驅動LED發光或LED模組組件正常工作的電源調整電子器件。由於LED PN結的導通特性決定，它能適應的電源的電壓和電流變動範圍十分狹窄，稍許偏離就可能無法點亮LED或者發光效率嚴重降低，或者縮短使用壽命甚至燒毀晶片。現行的工頻電源和常見的電池電源均不適合直接供給LED，LED驅動器就是這種可以驅使LED在最佳電壓或電流狀態下工作的電子組件。
由於LED套用幾乎遍及電子學套用的各個領域，其發光強度，光色以及通斷控制等變化幾乎是無法預估的，所以LED驅動器也就成為幾乎是一對一的伺服器件，使這個器件家族成員變得五花八門。最簡單的LED驅動器（如果能這樣稱呼它的話）可能就是一個或幾個串並聯的阻容元件在迴路中分流分壓，它根本不成其為一個獨立的產品。而對於要求提供穩定的恆流恆壓輸出的更普遍的商業套用，則形成了一系列有精確的電源調整能力的系統解決方案。實現這些解決方案，通常需要比較複雜的電路設計，其核心是LED驅動IC的集成化套用。通過在LED驅動IC外圍設定不同的支持電路，構建針對不同的LED套用解決方案，小到手機顯示屏背光和按鍵燈光碟機動，大到大功率LED路燈和大型戶外LED顯示屏等。
比較通用的大功率LED驅動器設計和供應，一般都由專業公司擔當。這些公司將其二次封裝成模組後供應給LED終端套用產品製造商。而不太通用的LED終端套用產品的驅動設計，可能需要自己動手設計。它成為這個LED終端套用產品獨具技術含量的重要組成部分。因為作為封裝產品的LED在上游，其技術性能已經固化在LED產品中，而打造獨具特色的終端LED套用產品，對光源而言除了在LED驅動功能上下功夫之處，其它還可以打拚的地方已經不多了。
由於LED驅動器在LED套用產品上的獨到重要性和廣泛的用戶需求，使得作為LED驅動器的心臟部件的LED驅動IC成了整個技術環節中的關鍵元素。促使很多生產商，其中不乏上市公司，以LED驅動作為其主營產品，向下游產業大量供應LED驅動IC，如杭州士蘭微、深圳泉芯電子、深圳光華源科技、深圳國微電子、華潤矽威科技，台灣地區的點晶科技、聚積科技、廣鵬科技、台晶科技、飛虹、茂達、圓創等等。在這領域的具有行業領袖風範的美國廠商也不少，如美國國家半導體公司、美信、德州儀器、安森美、凌特公司、飛兆半導體等等。
本文由LED商務網文編撰寫，因並非專業人士，深知謬誤諸多而又無力自勘，所以敬請網路同仁引用自當謹慎，以防以訛傳訛。以下是網路上發表的採用分立元件設計LED驅動器的常見技術方案，可滿足對驅動要求不太高的套用場合，對LED驅動器原理的入門了解有幫助。
簡介
LED驅動電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發光的電壓轉換器，通常情況下：LED驅動電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅動電源的輸出則大多數為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恆定電流源。
特點
根據電網的用電規則和LED驅動電源的特性要求，在選擇和設計LED驅動電源時要考慮到以下幾點： 1．高可靠性 特別像LED路燈的驅動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。 2．高效率 LED是節能產品，驅動電源的效率要高。對於電源安裝，LED驅動電源在燈具內的結構，尤為重要。因為LED的發光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。 3．高功率因素 功率因素是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大，但晚上大家點燈，同類負載太集中，會對電網產生較嚴重的污染。對於30瓦~40瓦的LED驅動電源，據說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標要求。 4．驅動方式 現在通行的有兩種：其一是一個恆壓源供多個恆流源，每個恆流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點。另一種是直接恆流供電，LED串聯或並聯運行。它的優點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運行的問題。這兩種形式，在一段時間內並存。多路恆流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以後的主流方向。 5．浪涌保護 LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由於電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。 6．保護功能 電源除了常規的保護功能外，最好在恆流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高。 7．防護方面 燈具外安裝型，電源結構要防水、防潮，外殼要耐曬。 8．驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。 9．要符合安規和電磁兼容的要求。 隨著LED的套用日益廣泛，LED驅動電源的性能將越來越適合LED的要求。
分類
1、按驅動方式可分為兩大類：（1）恆流式: a、恆流驅動電路輸出的電流是恆定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定範圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高； b、恆流電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路。 c、恆流驅動電路驅動LED是較為理想的，但相對而言價格較高。 d、應注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數量； （2）穩壓式： a、當穩壓電路中的各項參數確定以後，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化； b、穩壓電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路。 c、以穩壓驅動電路驅動LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均； d、亮度會受整流而來的電壓變化影響。
2、按電路結構方式分類（1）電阻、電容降壓方式：通過電容降壓，在閃動使用時，由於充放電的作用，通過LED的瞬間電流極大，容易損壞晶片。易受電網電壓波動的影響，電源效率低、可靠性低。 （2）電阻降壓方式：通過電阻降壓，受電網電壓變化的干擾較大，不容易做成穩壓電源，降壓電阻要消耗很大部分的能量，所以這種供電方式電源效率很低，而且系統的可靠也較低。 （3）常規變壓器降壓方式：電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可靠性不高。 （4）電子變壓器降壓方式：電源效率較低，電壓範圍也不寬，一般180～240V，波紋干擾大。 （5）RCC降壓方式開關電源：穩壓範圍比較寬、電源效率比較高，一般可以做到70%～80%，套用也較廣。由於這種控制方式的振盪頻率是不連續，開關頻率不容易控制，負載電壓波紋係數也比較大，異常負載適應性差。 （6）PWM控制方式開關電源：主要由四部分組成，輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩壓控制部分、開關能量轉換部分。PWM開關穩壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環反饋，調節主電路開關器件導通的脈衝寬度，使得開關電源的輸出電壓或電流穩定（即相應穩壓電源或恆流電源）。電源效率極高，一般可以做到80%～90%，輸出電壓、電流穩定。一般這種電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。 3。按電源安裝位置分類 驅動電源按安裝位置可分為外置電源和內置電源。 （1）外置電源 顧名思義，外置電源就是把電源安裝在外面的。一般電壓比較高，對人有安全危險的，就需要外置電源。與內置電源的區別就是電源加了一個外殼，常見的有路燈。 （2）內置電源 就是把電源安裝在燈具內，一般都是電壓比較低，12v到24v，對人沒什麼安全隱患。這個常見的有球泡燈。
不足
LED驅動電源目前存在不足的原因： (1) 生產LED照明及相關產品的公司的技術人員對開關電源的了解不夠，做出的電源是可以正常工作，但一些關鍵性的評估及電磁兼容的考慮不夠，還是有一定得隱患； (2) 大部分LED電源生產企業都是從普通的開關電源轉型過來做LED電源，對LED的特點及使用認識還不夠； (3) 目前關於LED的標準幾乎沒有，大部分都是參考開關電源和電子整流器的標準； (4) 現在大部分LED電源沒有統一，所以量大部分都比較小。採購量小，價格就偏高，而且元器件供應商也不太配合； (5) LED電源的穩定性：寬電壓輸入，高溫和低溫工作，過溫、過壓保護等問題都沒有一一解決； 首先是驅動電路整體壽命，尤其是關鍵器件如：電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命； 其次是LED驅動器應挑戰更高的轉換效率，尤其是在驅動大功率LED時更是如此，因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散，電源轉換效率的過低，影響了LED節能效果的發揮； 目前在功率較小（1-5W）的套用場合，恆流驅動電源成本所占的比重已經接近1/3，已經接近了光源的成本，一定程度上影響了市場推廣。
14W高效率LED驅動器電源設計
一、設計特色
1、作環境溫度高(75度)
2、高能效
3、合EUCoC/CEC2008/能源之星2.0要求，帶載模式效率高(可達86%，要求為79.6%);在265 VAC輸入時的空載輸入功率<250mW，要求為300mW
4、滯過熱關斷保護
5、載斷開保護
6、足EN55015B傳導EMI限制，EMI裕量>8dB微伏
二、工作原理
圖所示為一個典型的20V、14W恆壓(CV)、恆流(CV)輸出的電源電路。LED陣列的光輸出量與所流經的電流量成正比。因此，LED驅動器應具有恆流輸出，而不是恆壓輸出。在本設計中，DC輸出未與AC輸入隔離，因而LED陣列和外殼應與用戶安全地隔離開來。
工作原理AC輸入由BR1、C1和C2進行整流和濾波。電感L1與C1和C2一起構成一個π形濾波器，並提供EMI濾波。保險絲F1在發生嚴重故障時提供保護。為使電源在空載下正常工作而不受損壞，使用齊納二極體VR2進行恆壓調整並使電壓保持在約21V。
通過檢測電流檢測電阻R7上的壓降來實現恆流特性。並聯穩壓器ICU3與R9、R8和R8A一起來在運算放大器U2的反向輸入端生成0.07V的精確電壓參考。達到設定電流時，R7上的電壓將超過參考電壓，這樣會使運算放大器的輸出增大。此時會正向偏置D4，驅動Q1的基極，進而將電流從U1的EN/UV引腳拉出。電容C7和電阻R11提供環路補償。使用運算放大器的限流方式使電流採樣電壓最小化，從而降低了損耗，使效率最高。
只要EN/UV引腳拉出的電流超過115μA，U1中的MOSFET都會以逐周期的方式被禁止(開/關控制)。通過調整使能與禁止開關周期的比例，反饋環路可以調節輸出電壓或電流。開/關控制方式同時最佳化了不同負載情況下的轉換器效率，使之符合能效標準。
由於環境溫度高，U1將在降低的電流限流點模式下進行工作。這樣可以提高電源的整體效率並改善其散熱性能。初級箝位(D1、VR1、C3及R3)將最大峰值漏極電壓控制在內部
MOSFET的700VBVDSS擊穿電壓之下。電阻R23減小高頻漏感振盪，從而降低EMI。次級側的輸出通過二極體D2、D3和C6進行整流和濾波。
三、設計要點
1、要選擇快速二極體而不能選擇超快二極體，通過恢復部分漏感能量來提高效率。
2、容C3用於改善EMI性能。
3、擇電阻R10，用於在最低輸出電壓為6V時向U3提供1mA的供電電流。
4、U1可選電流限流點允許對電流限流點和器件大小進行最佳化選擇，以適應環境溫度。例如，為了降低耗散，可以通過將C3從1μF更改為0.1μF來在相同設計中使用TNY280GN器件。或者，在散熱性能較高的環境中，可以通過將C3從1μF更改為10μF來使用TNY278GN器件。
5、源在LED燈串電壓介於6V至20V之間時均可正確工作。但由於輸出電流恆定不變，燈串電壓越低，輸出功率就越低。
基於降壓轉換器的LED照明驅動器設計
雖然在輸出電壓可能高於也可能低於輸入電壓時，峰值電流模式控制的非連續升降壓轉換器是LED驅動器的一個不錯選擇。但是，採用這種升降壓轉換器來設計驅動器時，LED電壓的變化會改變LED電流，LED開路將導致輸出端產生過高的電壓，從而損壞轉換器。本文將詳細討論這種用於LED的轉換器設計，並給出多種克服其固有缺點的方法。
發光二極體(LED)的套用已有很多年，隨著最新技術的進步，它們正逐漸成為照明市場中強有力的競爭者。新的高亮度LED具有很長的壽命(約10萬小時)和很高的效率(約30流明/瓦)。過去三十多年來，LED的光輸出亮度每l8～24個月便會翻一番，而且這種增長勢頭還會持續下去，這種趨勢稱為Haitz定律，相當於LED的摩爾定律。
從電氣上來說，LED與二極體類似，它們也是單嚮導電(儘管它們的反向阻斷能力並不太好，高的反向電壓很容易損壞(LED)，並具有與常規二極體類似的低動態阻抗V-I特性。另外，LED一般都有安全導通時的額定電流(高亮度LED的額定電流一般為350mA或700mA)。通過額定電流時，LED正向壓降的差異可能比較大，通常350mA白光LED的壓降在3～4V之間。
驅動LED需要受控的DC電流。為了使LED的使用壽命長些，LED電流中的紋波必須很低，因為高紋波電流會使LED產生較大的阻性功耗，降低LED使用壽命。LED驅動電路需要更高效率，因為總體效率不僅取決於LED本身，也與驅動電路有關。而工作於電流控制模式的開關轉換器是滿足LED套用的高功率及高效率要求的理想驅動方案。
驅動多個LED也需要仔細考慮。圖1是LED的串並聯連線電路。其中圖1(a)為LED的並聯連線電路。圖1(h)是LED的串聯連線電路。由於各個LED的動態阻抗和正向壓降不相同，因此，如果沒有外部均流電路(如電流鏡像)，就不可能保證流過LED上的電流相同;此外，由於一個LED出現故障將使LED串斷開，從而致使所有LED電流在剩下的LED串之間分配，這將導致LED串上的電流增大，從而可能損壞LED。因此，出於上面兩個原因，設計時一般不用如圖1(a)那樣的並聯LED電路。
圖一因此，更好的做法是將LED串聯起來。但該方法的缺點是，如果一個LED出現故障，則整個LED串將停止工作。讓剩下的LED串繼續工作的一個簡單辦法是將一個齊納二極體(其額定電壓大於LED的最高電壓)與每個(或每組)LED並聯，如圖1(b)所示。這樣，任何一個LED發生故障後，其電流都會流到相應的齊納二極體上，LED串的其餘部分仍可正常工作。
基本的單階開關轉換器可分為三類：降壓轉換器、升壓轉換器和升降壓轉換器。當LED串的電壓低於輸入電壓時，降壓轉換器圖2(a)是理想的選擇;當輸入電壓總是低於串輸出電壓時，則使用升壓轉換器比較合適圖2(b);當輸出電壓可能高於也可能低於輸入電壓時(由輸出或輸入變化引起)，則採用升降壓轉換器圖2(c)比較合適。升壓轉換器的缺點是，輸入電壓的任何瞬變(可使輸入電壓升高並超過輸出電壓)都會導致LED上流過很大電流(由於負載的低動態阻抗)，從而損壞LED。升降壓轉換器也可代替升壓轉換器，因為輸入電壓的瞬變不會影響LED電流。
圖二升降壓轉換器的工作原理
對於低電壓套用中的LED驅動器，升降壓轉換器是一種不錯的選擇。其原因有它們可用高於和低於輸入電壓的電壓來驅動LED串(升壓和降壓)、效率很高(很容易到達85%以上)、非連續工作模式可抑制輸入電壓的變化(提供優良的線電壓調節)、峰值電流控制模式允許轉換器調節LED電流，而無需複雜的補償(簡化設計)、很容易實現線性和PWMLED亮度調節、開關電晶體失效不會損壞LED等等。圖2給出了降壓、升壓和升降壓轉換器與LED串的連線電路。
但是，這種方法仍有缺點：一是峰值電流受控問題，因為採用非連續電流模式的升降壓轉換器是一種功率恆定的轉換器。因此，LED串電壓的任何變化都會引起LED電流的相應改變;另一個問題是LED開路狀態會在電路中產生損壞轉換器的高電壓;此外，還需要額外的電路將恆定功率轉換器轉變為恆定電流轉換器，並需要在無負載情況下保護轉換器。
圖三圖3所示為具體的升降壓轉換器套用電路，該控制器內置了用於設定開關頻率的振盪器。在開關周期之初，Q1導通。由於輸入電壓VIN加在電感上，電感電流(iL(t))開始從零(初始穩定狀態)開始上升。當感應電流上升至預先設定的電流值(IPK)時，Q2關閉。開關導通時間(ton)由下式確定：
ton=ipkL/VIN
此時，存儲在電感內的總能量(J)為：
J=Li2pk/2
這樣，儘管此時開關會關閉，但流經電感的電流並不會中斷。這會使二極體D1導通，並在電感兩端產生輸出電壓(-Vo)，這個負電壓會導致電感電流迅速下降。經過一定時間toff後，電感電流趨於零。此時間可通過下列公式來計算：
tOFF=ipkL/VO
為使轉換器工作在非連續導通模式下，開關導通時間與電感電流下降時間的總和必須小於或等於開關周期TS，以便確保在下一個開關周期時，電感電流能夠從零開始。
事實上，在輸入電壓最小和輸出電壓最大的情況下，(tON+tOFF)可取得最大值。因此，確保在這些電壓下轉換器工作於非連續導通模式可保證在任何情況下都能滿足下式所列的條件：tON+tOFF≤Ts
轉換器從輸入端獲得的功率(Pin)電感中的能量與開關頻率f的乘積：即：
Pin=fsLi2pk/2
假設LED串的電壓(VO)恆定且效率為100%，那么LED的電流(iLED)為：
iLED=PIN/VLED=Li2pkfs/2V
在峰值電流控制模式下，ipk通常是一個固定值。因此，LED電流完全獨立(理論上)於輸入電壓。在固定的ipk下，輸入電壓的上升(下降)會引起電晶體的導通時間成反比例減少(增加)，這將提供很好的線電壓調節。在實際套用中，從控制IC檢測到電流峰值到GATE引腳實際關斷之間的延遲會引起輸入功率變化。導通時間較短會由於延遲時間而出現更多誤差，因為延遲時間將會占導通時間相當大的部分。
實際上，LED電流與LED串的電壓成反比。一個標稱輸出為20V和350mA的電路，將在10V輸出電壓時產生700mA的電流，這顯然不是期望的結果。但是，通過使開關頻率與輸出電壓成正比，上述公式提供了一種將恆定功率轉換器轉換為恆定電壓轉換器的方法。
假設fs=KVO，其中K是常數，那么有：
iLED=kLi2pk/2
這樣，iLED將獨立於輸入和輸出電壓。
回掃轉換器的另一個缺點是它易受輸出開路狀態的影響。當LED開路時，存儲在電感內的能量在每次開關導通時間的最後都會被轉移到輸出電容里。這樣，缺少電容放電的負載將導致電容兩端的電壓逐漸上升，最後超過器件的標稱值並損壞功率級。因此，可通過增加額外電路來提供輸出電壓反饋及過壓保護。
輸出電壓反饋
圖4是一個可實現過壓保護和LED開路保護的額外電路。實際上，很多峰值電流模式控制器IC都具有專用的RT引腳。與該引腳相連的電阻可用來設定內部電流，其內部電流用來給振盪器電容(可以是內部或外部)充電。振盪器電容上的斜坡電壓控制開關頻率，這樣，開關頻率與RT引腳的輸出電流成正比。電阻越小(大)，電流就越大(小)，開關頻率也就越高(低)。基於這一原理，可利用輸出電壓反饋來調整開關頻率。
圖四在圖4所示電路中，電阻R3和R4構成一個分壓器。R4上的電壓減去電晶體Q2基極和發射極之間的壓降(Vbe)就是R5上的電壓。因此，流經R5的電流(IR5)為：
圖五該電流是利用匹配的電晶體對從控制IC的引腳RT獲得的。
圖4中的電阻R2用於啟動轉換器。在啟動狀態下，輸出電壓為零，因而IR5也為零。由於沒有來自控制器RT引腳的電流，所以轉換器無法啟動。增加電阻R2可以在啟動狀態下獲得一小部分電流，並使R2的大小滿足：
IR5>>V(RT)/R2
其中V(RT)是控制器RT引腳上的電壓。滿足該條件可確保轉換器的啟動，並將R2帶來的誤差降至最低。如選R3=R4，則有：
IR5>>VO/2R5
這裡假定輸出電壓比Q2的基極-發射極壓降大得多。
這樣，根據以上各公式便可以得到輸出LED電流為：
iLED=KICLi2pk/(2×2R5)
這樣，LED電流將不再決定於輸入或輸出電壓。採用電阻R6、電晶體Q3和齊納二極體D2可增加過壓保護功能。在LED開路狀態下，當開關導通時，電感存儲能量，當開關關閉時，該能量轉移到輸出電容上。因為沒有足夠的負載供電容放電，輸出電壓在每個周期都會逐漸升高。當電壓升高到超過齊納二極體的導通電壓時，由D2和R6組成的齊納二極體分支電路開始導通。這也提供了一條通過Q3基極電流的路徑，使Q3導通。此時，電阻R4實際上被短路。因此，Q2的基極發射極的PN結將關閉，導致R6上的電流為零。這將停止控制器的內部振盪直到輸出電壓降到齊納二極體電壓以下，以上過程繼續進行。這種猝發模式可將LED開路狀態下的平均功率降至最小。這種過壓保護方法將強制控制IC進入低頻、低功率的工作模式。
齊納二極體電阻分支電路上的電流必須能在R6上產生足夠大的電壓，以便為電晶體基極-發射極之間的PN結提供偏置。
結束語
在帶有輸出電流反饋的開關LED驅動器中，一般還需要反饋補償來穩定轉換器，並調節電流以達到期望的電流值。這些反饋方案的瞬態回響性能是有限的，無法滿足LED的PWM亮度調節所需要的快速開/關瞬態回響。然而，本文所描述的轉換器並不要求任何反饋補償。該控制方案所用的唯一反饋信息是通過感測電阻獲得流經MOSFET的峰值電流。因為轉換器在每個周期都存儲所需的能量，所以它可以對瞬態做出即時回響。因此它可以很方便地與PWM亮度調節方案一起工作。
升降壓轉換器是低直流電壓輸入LED驅動器的有效解決方案，無論輸出電壓高於還是低於輸入電壓，它都可以驅動LED串。此外，還可在轉換器中增加小型而低廉的額外電路以克服負載調節和無負載狀態下的問題。該轉換器易於實現，且在峰值電流模式控制時無需進行反饋補償沒計。它所具有的開環特性也使之成為那些需要PWM亮度調節的套用中的理想選擇。
