驅動分類

根據 LED 驅動電源輸出的電流極性，可將LED 驅動方式分為直流型驅動和交流型驅動。直流型驅動主要針對直流 LED，負載只流過單方向的電流，而交流型驅動主要針對交流 LED，負載流過雙方向的電流。直流型驅動是 LED 最常見的驅動方式，實際應用的 LED 絕大多數都為直流LED，因此根據流過 LED 的電流性質，可將直流型驅動方式分為恒壓驅動、限流驅動、恒流驅動和脈沖驅動。

1.1 直流型驅動

恒壓驅動

恒壓驅動時，LED 兩端電壓保持基本恒定，但由于電壓中存在紋波，使得 LED 電流隨著電壓的波動而波動。根據 LED 的伏安特性，微小的電壓波動會引起 LED 電流的較大波動。 另外，由于 LED 負溫度效應的影響，電流波動有可能造成結溫和電流的惡性循環，嚴重時甚至燒毀LED。因此，LED 采用恒壓驅動時，對驅動電源的恒壓精度要求較高。

雖然恒壓驅動對LED性能的影響較大，但是在電源技術的發展過程中，恒壓技術相對恒流技術要成熟得多，而且在一些要求不高的場合可以通過簡單而又經濟的方法實現恒壓（如采用穩壓芯片 TL431），所以在一些低端 LED驅動電源中仍然有少量應用。

限流驅動

限流驅動是指將 LED 電流限制在設定范圍以內的驅動方式。根據限流的實現方式，又可將其分為阻抗限流、飽和限流和分流限流。

阻抗限流通過在電流主回路中串入遠大于LED 負載等效阻抗的大阻抗，減小外界干擾對LED 負載電流的影響，從而達到限流的目的。限流效果主要取決于串聯阻抗的大小。該驅動方式結構簡單，成本很低，但驅動性能不理想，特別是單純采用電阻限流方案時，電阻上的大功耗使整機效率很低，只在小功率 LED 場合有少量應用。

有些元器件如 MOS 管、穩流二極管等，當滿足一定條件時即進入飽和狀態，隨著輸出端電壓上升，電流幾乎不變，將其與 LED 串聯，可以限制流過 LED 的電流，即飽和限流。上述驅動方式可以達到較好的驅動性能，但由于過分依賴于元器件特性，而實際中同類元器件間的差異較大，較難大規模推廣應用。

分流限流是指當 LED 電流超過預先設定的限定值時，輔助電路將接通，將超過的電流分流，從而使流過 LED 的電流基本保持不變，達到限流的目的。其典型電路有如下兩種：如圖（a）的分流支路與 LED 并聯，如圖（b）的分流支路與 LED 串聯。其他的分流限流電路都可以看成是上述兩種典型電路的演變電路。圖（a）中 R1 與 LED 負載串聯，電流正常時，LED負載流過全部回路電流;當電流超過設定的限定值時，R1 上的電壓上升，T 觸發導通，使過量的電流經 R2 和 T 分流，從而維持 LED 電流在設定范圍以內，圖中 T 可以是半導體三極管、IC、半導體可控硅中的一種或多種組合。圖 4（b）的整體電路與 LED 負載串聯實現限流，電流正常時，Q 2 截止，Q 1 工作在飽和狀態，電流經 Q 1、R1 流向 LED;當電流超過限定值時，R1 兩端電壓升高，使 Q 2 導通，Q 1 逐漸退出飽和，兩端電壓升高，從而調節 LED負載電壓，并將多余的能量消耗在限流電路中，達到限流目的。

由于分流限流電路結構簡單，成本低，可靠性高，在中小功率場合的應用較廣泛，同時還可利用它來抑制和吸收電路中短暫的過飽和電流;但其串聯在負載回路中的元件損耗較大，電路效率較低。

恒流驅動

恒流驅動是指保持流過 LED 的電流恒定的驅動方式，當外界干擾使得電流增大或減小時，LED 電流都可以在恒流電路的調節作用下回到預設值。由于 LED 具有非線性 I-V 特性，小電壓波動將引起電流的大波動，因此，采用恒流驅動 LED 可以達到較好的性能。

根據主功率器件的工作狀態，可將恒流驅動分為線性恒流和開關恒流。

在線性恒流電路中，主功率器件與 LED 負載串聯，且工作在線性放大區，其典型電路圖如圖（a）所示。圖中主功率器件為 NMOS管 Q 1，工作在線性放大區，由門極電壓調節漏源極間電壓，從而相應調節 LED 上的電壓電流。圖中 Q 1 漏極與 LED 負載相連，電阻 R1 串聯在主回路中，用于負載電流反饋，運算放大器 A的反相輸入端接電流反饋信號，正相輸入端與預先設定的參考電壓 V ref 相連，運算后得到相應的 Q 1 門極控制信號，控制電阻 R1 上的電壓恒定，即保持了 LED 負載電流恒定。

另一種典型的線性恒流電路是鏡像恒流電路，如圖（b）所示，主功率管 Q 2 也工作在線性放大區，該方式需先由恒流電路產生源電流，再通過鏡像電路傳遞到負載，使負載電流保持恒定。

線性恒流穩流效果好，電路成本較低，且EMI 小，在中小功率場合應用較廣泛，但由于串聯在電路主回路中的功率管工作在線性放大區，輸出端電壓較高，功率管上的損耗較大，加上采樣電阻上的能耗，電路效率不高，因此在大功率場合應用較少。

與線性恒流不同，開關恒流中主功率管不直接與 LED 串聯，工作在高速開關狀態，它主要利用目前較成熟的開關電源技術，通過采集LED 回路的電流信號，反饋控制功率管的開關狀態，使輸出電流保持恒定。由于目前 LED照明功率不高，在五百瓦以內，所以開關恒流DC/DC 環 節 采 用 的 電 路 拓 撲 主 要 有 Buck 、Boost、Flyback、Forward 和半橋（LLC）等電路。

開關恒流穩流效果好，電路效率高，適用于大功率 LED 照明場合;但由于其電路結構較復雜，成本高，且 EMI 大，在中小功率場合應用較少。

脈沖驅動

由于塑造電壓波形比電流波形更容易，所以脈沖驅動一般是電壓型脈沖驅動，即 LED 負載兩端的電壓是脈沖式的，在一個周期脈沖內，LED 點亮一段時間，熄滅一段時間，但由于人眼存在“視覺暫留”效應，當脈沖頻率足夠大，如 100Hz 時，人眼會感覺 LED 一直處于“亮”狀態，所以 LED 依然可以“連續”發光。

脈沖驅動的最基本驅動波形為方波，但為了提高 LED 的瞬態響應性能，可采用如圖（a）的上下沿尖峰脈沖，如圖（b）的為提高脈沖驅動發光效率的雙電平波形和如圖（c）的綜合上述兩個優勢的多電平波形。

與其他直流驅動方式相比，脈沖驅動在調光性能方面具有顯著優勢，它可以在保持 LED電壓脈沖幅值基本不變情況下，通過調節脈沖占空比實現光輸出調節，調光性能靈活，同時 LED 峰值波長基本不漂移，顏色穩定性好;而其他直流驅動方式在調光時都需改變 LED 電流和電壓幅值，會使 LED 峰值波長漂移，色溫改變，嚴重時白光會變成發黃或發灰的白光。

但在發光效率方面，脈沖驅動的流明效率較恒流或小波動電流驅動時更低，在驅動電流平均值相等的條件下，高占空比時發光效率與恒流相差不大，但隨著占空比減小，發光效率下降較大，在脈沖關斷時間內給讓 LED 承受一定的反向偏置電壓，可以提高發光效率和LED 的耐用性。

由于發光效率較低，驅動性能不如恒流驅動，所以目前 LED 脈沖驅動的實際應用較少。

1.2 交流型驅動

交流 LED 可以簡單等效為將兩個或兩個以上 LED 按一定的規律反向并聯的電路，如下圖所示。

在此，將LED 驅動分為直流驅動和交流驅動兩種形式，并分析直流驅動中的恒壓型、限流型、恒流型和脈沖型驅動方式及其優缺點，為選擇合適的LED驅動方式提供參考。

交流 LED 可以簡單等效為將兩個或兩個以上 LED 按一定的規律反向并聯的電路，如圖所示。

交流型驅動電路結構簡單，若 LED 的額定參數與電源參數匹配，可直接串接在交流電源上工作，如市電;為了減小負載電流隨正弦輸入電壓而造成的巨大波動，可在回路中再加上一個電阻、電容或兩者組合起來的大阻抗限流元件;在調光應用場合，可以通過控制工作的 LED 數量或外加交流 LED 導通調節控制實現調光。

與傳統的 LED 直流驅動相比，在市電供電的應用場合，交流驅動有較大優勢。它可以不需要整流、變壓、變流等能量變換環節，降低了電能損耗，因此具有使用方便、成本低和效率高等優勢。

但是上述交流驅動只是簡單地利用交流市電驅動，還有許多問題有待解決。要使 LED 導通，需要一定的電壓，即門檻電壓，當多個 LED串聯時，該門檻電壓比較高，而電壓按正弦變化。因此，如圖所示，在一個周期內，LED在一定的時間內都不導通，使 LED 的利用率降。還有一種應用兩相電壓驅動的方法，通過控制兩相電壓的電位差控制 LED 的點亮時程。但 LED 兩端電壓按正弦波變化，致使 LED 電流波動較大，而 LED 的光輸出波長與電流密切相關，LED 轉換為白光的效率降低了，浪費了大量的光能。

1.3 總結對比

由此可見，上述各種驅動方式各有優點，有待進一步發展和完善，如開發損耗更小的限流方式;尋找更優的恒流驅動控制策略;研究脈沖驅動中脈沖各參數對 LED 性能的影響;解決交流驅動中電流波動大的問題。而另外一個發展方向是將兩種或多種驅動方式的優點有機地結合在一起，開發出性能更好的 LED 驅動方式。