浅谈集中LED路灯电源设计方案[附图表]

　　LED路灯是LED照明中，很重要的一个应用。在节能省电的前提下，由于传统的高压钠灯或是卤素灯，发光效率远远不及高功率LED，LED路灯取代传统路灯的趋势越来越明显。而随着低耗电LED路灯的崛起，使得太阳能路灯变得更为可行。低耗电的特性，大大降低了电池的成本，解决了偏远地区夜间照明的问题。市面上，LED路灯电源的设计，有相当多种，早期的设计，较重视低成本的追求，从简单的棋盘式连接到只做定电流控制不调整电压的设计，一时之间，蔚为主流。而随着对LED越来越了解。以及众多IC设计公司的新方案出炉。到近期，共识渐渐形成，高效率及高可靠性的电源设计，才是最重要的。

　　立锜科技近年来发表了一系列LED照明的驱动IC。也一直关注LED路灯的发展，本文主要是针对几种不同LED路灯的应用，提出适合的架构，并做优缺点的分析。让读者能依自己公司状况以及所设计路灯应用范围的不同，找出最合适的方案。同样的架构，也可用于其他大功率灯具的设计中。

　　1、直接AC输入，对6串LED分别做定电流控制

　　在以下的几种方案之中，这一种应该是目前效率最高，电路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler对一次侧做回溯控制，调整输出电压。相较于其他传统方案，少一次的switchinglose。将CSpin的电压固定在0。25V，对6串LED分别做定电流控制。IC会侦测各串FB的位置，将电压最低那串，也就是Vf总和最高的那串，固定在0。5V。此时由于各串LEDVf值总和的不同，Vf差异所引起多余的电压会落在MOS上面，造成些许损耗。如果是一般对Vf分BIN过后的LED，损耗应该可以控制在2%以内。少于一般的switchinglose。若使用LLC架构的一次侧，有机会让整体电源效率接近90%。基于现阶段各LED厂并不倾向提供高功率LEDVf分Bin的服务。所以必需由用户自行调整各串LEDVf的总和，造成大量生产时的困扰。目前此方式较适合对效率有极端追求的方案，特别是一些由省电的多寡来定价的项目。

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　　优点：效率高，成本低，

　　缺点：AC输入，一次侧的设计较为复杂，电源效率跟各串Vf的差异有关。

　　适用于追求高效率的路灯

　　LED路灯是LED照明中，很重要的一个应用。在节能省电的前提下，由于传统的高压钠灯或是卤素灯，发光效率远远不及高功率LED，LED路灯取代传统路灯的趋势越来越明显。而随着低耗电LED路灯的崛起，使得太阳能路灯变得更为可行。低耗电的特性，大大降低了电池的成本，解决了偏远地区夜间照明的问题。市面上，LED路灯电源的设计，有相当多种，早期的设计，较重视低成本的追求，从简单的棋盘式连接到只做定电流控制不调整电压的设计，一时之间，蔚为主流。而随着对LED越来越了解。以及众多IC设计公司的新方案出炉。到近期，共识渐渐形成，高效率及高可靠性的电源设计，才是最重要的。

　　立锜科技近年来发表了一系列LED照明的驱动IC。也一直关注LED路灯的发展，本文主要是针对几种不同LED路灯的应用，提出适合的架构，并做优缺点的分析。让读者能依自己公司状况以及所设计路灯应用范围的不同，找出最合适的方案。同样的架构，也可用于其他大功率灯具的设计中。

　　1、直接AC输入，对6串LED分别做定电流控制

　　在以下的几种方案之中，这一种应该是目前效率最高，电路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler对一次侧做回溯控制，调整输出电压。相较于其他传统方案，少一次的switchinglose。将CSpin的电压固定在0。25V，对6串LED分别做定电流控制。IC会侦测各串FB的位置，将电压最低那串，也就是Vf总和最高的那串，固定在0。5V。此时由于各串LEDVf值总和的不同，Vf差异所引起多余的电压会落在MOS上面，造成些许损耗。如果是一般对Vf分BIN过后的LED，损耗应该可以控制在2%以内。少于一般的switchinglose。若使用LLC架构的一次侧，有机会让整体电源效率接近90%。基于现阶段各LED厂并不倾向提供高功率LEDVf分Bin的服务。所以必需由用户自行调整各串LEDVf的总和，造成大量生产时的困扰。目前此方式较适合对效率有极端追求的方案，特别是一些由省电的多寡来定价的项目。

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　　优点：效率高，成本低，

　　缺点：AC输入，一次侧的设计较为复杂，电源效率跟各串Vf的差异有关。

　　适用于追求高效率的路灯

　　2、DC或电池输入，对6串LED分别做定电流控制

　　多串的升压结构设计，LED驱动的方式与前一种类似，差别在于由原来的AC输入，改为经由adaptor或是电池输入。Low-sidesense的设计，只要选择耐压够的MOS，LED可以串到相当多的数目。相较于前面AC输入的方案，设计较为简单。但由于多了一次升压的switching，效率相对较低升压结构的设计，在适当的范围内，效率对输出电压或是LED数目的变化较降压为小，所以此架构的LED配置较为灵活。LED数目的变化不易导致输出电流或效率的改变。适合需任意配置LED数目的应用。

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　　优点：设计简单，电路成本低；

　　缺点：效率较低，且跟Vf相关；

　　适合需灵活配置LED数目的多串LED设计。

　　3、单串降压结构

　　这应该是目前最普遍的方式，设计简单，效率也高。有些厂商，仍喜欢用单串的设计，优点是将来维修容易。而且可以做模块化设计。不同功率的路灯可以使用相同的灯条，只要更换路灯面板，插上不同数目的灯条，就可以组合出各种不同功率的路灯。缺点是每一串都需要独立的电源模块，成本较高。而降压的结构，会让LED的数目，受限于输入电压。

        例如60V的adaptor，LED最多串到15，16颗，如果要设计20W的灯条，就需要使用较大电流的LED。此种结构，为了使效率达到最高，要让输入电压尽可能接近输出电压。也就是说，必需针对LED的数目来调整输入电压，或是adaptor的输出电压。以10棵LED为例，如果要达到最高效率，就必须把输入电压调到约40V左右。而让降压的效率达到96%以上。而如果调整LED数目不相对调整输入电压，会对效率造成明显的影响。

　　参考下图，可发现，降压的效率对输出入电压的变化较为明显，在87%区域有个稳定期。升压虽然最大值比不上降压，但整体效率相对稳定，在93%区域有个稳定期。

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　　优点：降压结构效率较高，单串设计，配置较为灵活；

　　缺点：电路成本较高，LED串联数目，受限于输入电压，要达到最高效率需适当的调整输入电压
适合大多数有固定输出输入的路灯。

　　4、单串升压结构

　　同样的单串设计，升压结构的最大效率会较降压结构稍低，但是LED串联的数目，不再受限于输入电压，而是由MOS来决定。所以可以串联较多的LED。由于大多数的太阳能电池，输出电压都不高，因此太阳能路灯，较适合使用升压结构。而选用电流模式的定电流IC，可以让输出电流较不受输入电压变化的影响，在电池满载以及快没电时，都能让路灯维持相同的亮度。

　　采用此种方式的设计，一样的单串结构，但对LED数目的配置却更为灵活。不需要改动任何零件，不只能串更多颗LED。LED数目的变化对效率以及电流大小的变动也较小。应该是本文介绍所有方式里，对LED的配置，，最为灵活的一种。

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　　优点：串联LED最大数目不受输入电压限制；

　　缺点：电路成本较高，最大效率较降压结构稍低。

　　适合太阳能路灯，及需要灵活配置LED串联数目的设计。

　　根据上面的分析，列出统计表如下，1为最好，4为最差。可以看出4种架构，在不同的地方，各有其优缺点，应该能满足大多数路灯或高功率灯具的设计需求。第一种方式，虽然有机会达到最高的效率。但受限于目前高功率LED不分BIN的影响，较难普及，但随着LED生产制程的改善，Vf的分布会日渐集中。而当高功率LED的产量，达到分BIN的经济规模时，这种架构应该是最适合的。

　　而现在也陆续有厂商，开始推出多串但各自switching的升压或降压IC。他的优点是效率被Vf差异所产生的影响较小。但各串会有各自的switchinglose。而系统成本介于文中(1，2)以及(3，4)的方式之间。市场的接受度，尚有待观察。