自主创新的市电LED照明自适应恒流驱动器

　　求新求变促进自主研发
　　笔者于多年前进入大规模应用LED 的产品领域，见证了LED 照明器件由质次价高到逐渐提高品质，从低发光强度产品向高亮度、超高亮度发展。随着相对大的功率和高光效的器件出现，产品价位也有很大幅度的下降；以至于有可能从显示及信号灯的应用范围向更广阔的普通照明应用市场拓展，也为从事LED 应用的工作者提供了施展能力的基础。

　　当年面对大规模应用LED 的交通信号灯产品时，产生了一种思维观念：认为虽然使用的LED 还有许多局限性乃至不足之处，但不能就此无所作为，而应该各司其职。作为LED 应用产业不得不考虑的是，在现有器件的水平下如何充分利用好它的潜质，也就是说需要深入了解LED 特性、用好LED 。

　　LED 从本质上说是一种电流器件，是通过电流而产生光效；在电特性上又相当于一个稳压管，当流过的电流发生变化，引起两端电压的变化是很小的。但是如果外加的电压比LED 的稳压值稍大些时，则流过的电流就要发生很大的变化，所以LED 必须由电流源供电，而且要求恒流。企图稳压供电再用电阻限流方式，也并非上策；因为LED 在工作时发热、老化等致使压降变化，最后压差变化了还是要造成工作电流变异。

　　在人们质疑所用的LED 性能或失效率不如人意时，对LED 的先天不足应持客观的态度，因为任何事物的发展、进步都需要有个过程，更何况现在已显露出LED 有着不凡的前景。可以先化点精力仔细检查并测试一下器件的工作状态及生产加工过程。
必须明白LED 是种娇贵的器件，所以应用上总是想从LED 中获得尽可能多的光通量以降低成本。工作电流往往就接近上限值，但是因电源浪涌，感生电流等即使短期的意外过载都必然会对器件产生伤害。所以一定要保证必要的电流宽裕度或有严格可靠的保护措施。

　　而LED 内部的银膏导电结构和环氧封装等，遇热胀冷缩环境不可避免地有应力损害，大电流及高温下也要加剧光衰不能不防。

　　温度和散热条件有时更可能是致命的杀手，所以生产过程中焊接的温度和时间都要控制不得超标，随后的及时冷却也致关重要。因为要便于从引线散热，热阻就做得小，热量同样容易从引脚传入，当引脚处理得短时传热更甚；有时器件失效率的升高往往是焊接过程中疏忽所造成的。

　　虽有这么多难题要解决，但也不必因此消极气馁，这可是LED 应用工作者发挥作用的大好时期。可以看到世界上那么多公司开发出形形式式的LED 驱动芯片，既体现了业界精英们的智慧和积极性，也显示出蓬勃发展的商机产生的促进力。本来照明产品就有非常大的比例直接在市电电网上使用，所以绿色节能的市电LED照明将会有巨大的市场需求潜力。

　　要推广LED 在市电照明的应用，必须要找出它的特殊性，才有可能达到事半功倍的效果。与以前成熟应用的直流低压条件不同，市电电压相对比较高，除了人身安全外还有击穿、打火的可能。因此驱动器就需有所不同；为了降低驱动的功耗提高照明效率，LED 组件应该布置成适合在高电压小电流下工作，就是要串联使用LED 。这和大电网输电线路要用超高电压传送降低损耗有异曲同工的道理。所以串联使用许多个低功率LED ，比使用少量功率型LED更省电（功率型LED其内部实际相当于许多低功率LED 芯片并联而成）。而且从产品指标上也看得出，三个1W的LED 加起来要比一个3W的光效增加不少，当多个器件分散布置时更有利于散热和降温，同样会提高光效，都支持这种最节电的设计理念。

　　自主创新源于技术的经历和累积

　　发展市电LED 照明产品，观念上先要拓宽，仅模仿过去的产品改头换面不会有出路，要替代白炽灯就想将LED 和驱动电路塞进灯泡里，要做成日光灯就忘不了那根细长的管子。

　　太仿真了就成不了真，拘泥于旧形式就创不出新局面。要沿用白炽灯的罗口标准没有错，但不妨将灯罩也一起设计上去，使用 一点工程塑料就可将多个LED 和驱动电路分散布置得很好，就可创造出自然通风散热的环境。带个塑料灯罩的LED 照明灯增加不了多少成本，却能为LED 安全、稳定使用和光照分布的满意度起到决定性的作用。

　　至于日光灯主要是天花板顶部照明器具，何苦总要做成长条形，完全可顺其自然做成所需要的『面积照明』 。那时散热性、照度均匀性等问题都会迎刃而解。

　　而作为市电还有其交流方面的特殊性能，作者三十几年前因为不满足钨丝二极管传感器加电抗器控制的交流稳压器的性能，研究过一种应用前馈技术的精密交流稳压器电路，虽没有机会形成产品却对市电有过一番琢磨。几年前又发散了一下思维，研究出市电自适应恒流驱动LED 的原理，创造了独特的使用市电的LED 照明控制电路专有（专利）技术。详情见专题论述。

　　这里简言之，就是利用市电的特性，在直接驱动LED 照明器具时，使之能适应电网电压的波动而始终保持在设定的恒流状态。

　　最近看到NXP 公司推出了据称是世界首款集成可调光市电LED 驱动器SSL2101 。经过比较之后，发觉所创造的市电自适应控制电路，比SSL2101 要简单得多。简单到芯片内总共只需集成十多个低功耗的通用二极管、双极型晶体管。无需专门的Vcc 电源，不用变压器、电感线圈等，直接使用220V市电并可立即驱动LED ，除了有手动调光功能外，还能极方便地自动调光。

　　已制成用121 个LED 的晚上可自动降低发光亮度的，符合欧洲节能标准的交通信号灯样品，还做成可根据环境光亮度，在白天关闭、夜间自动点亮的用16个LED 组成的照明灯。在市电180V～250V工作范围内，做到约1 ％的恒流稳定度，二年后测试仍保持不变。说明在市电应用中，市电自适应LED 恒流驱动器，无论在LED 使用的个数上或者对自动调光的方式上都能游刃有余，在性能、成本上比SSL2101 有独到的地方。

　　市电自适应LED 恒流驱动器芯片引脚见图1 ，典型应用框图如图2、图3 所示。

　　图中的驱动芯片还没有厂投产故未标型号，作者先用分立器件模块代替。但是显而易见，那些通用的小功率晶体二极管、三极管，在IC生产厂都可以很容易地集成出来。图2中RV1 用来调节恒流值，即灯光亮度。RV2用来调整照明灯开启和关闭时的环境光亮度的阈值。图3 中的RV1 用来调整交通信号灯的工作电流值，图中RB为感光后起自动调节作用的光敏电阻。外围电路只用不到十个的低功耗电阻和四个低压电容器。图7 、图8 、为已制作成的样品外形图。