引言: 发光二极管-LED，是一种用半导体材料制作的发光器件。近年来，发光二极管技术取得了突破性的进展，蓝、白光发光二极管的出现和发光管光效的大幅度提高，使其应用范围由指示灯向普通照明领域拓展。半导体照明节能、长寿、安全、环保、色彩丰富、体积小、耐闪烁、可靠性高、调控方便,用于照明领域综合优势明显，其发展趋势将取代传统电光源引发照明产业的又一次革命。许多具有前瞻眼光的厂家看到了半导体照明广阔的市场前景，开始试探进行产业运作。但是，面对这样一个前景广阔但还没有真正成熟的产业，怎样做好半导体灯，使其脱去实验室产品的雏形成为一种商品进入市场，涉足这个领域的企业都在探索。

半导体照明的关键环节——LED驱动

要做好半导体灯必须解决好三个方面的问题：1、有光效高、成本低、寿命长的发光管；2、有工作可靠、性能好、成本低的驱动器；3、有热设计、结构设计、造型设计好的灯体。在这三个问题中，发光管可以到生产厂家购买合适的产品，灯体结构生产厂家都有能力解决。但是对于各种各样的原始电源怎样针对不同灯型做合适的电源变换驱动发光管，往往不是生产灯具厂家的强项，要做好半导体灯这是一个关键的环节。

发光二极管的驱动是比较复杂的事情，其复杂性并不在于核心技术——电源变换方面的难度，而在于实际使用中品种规格的多样性和对成本、可靠性、体积、效率等方面的综合要求。

对于实际应用的半导体灯来说，可能是使用十几毫安电流的小功率发光管，也可能是使用几百毫安电流的大功率发光管；可能是使用一只发光管，也可能使用几十只或者几百只发光管，不同颜色的发光管管压降也不同。对供电电源来说，可能是用一节普通电池供电，也可能是用锂电池，铅酸电池供电，更多的是使用交流市电供电，因此，要针对不同的应用设计不同的驱动器，原始电源和负载状态的差别产生了对驱动器的不同要求，这就导致驱动器的规格品种繁多，电路结构各异。

发光二极管的特点

要合理的驱动发光二极管。需要对发光二极管的特性有所了解。发光二极管和普通二极管一样是一种用半导体材料制作的P/N结器件，除了能发光之外，其他特性和普通二极管相似。要用好发光二极管，从电性能角度来讲，除了要知道工作电流，管压降、最大功率之外，对发光二极管以下的2个特性必须了解。

1、单向导电性

发光二极管和普通二极管一样具有单向导电的特性，即在发光二极管的正极加正电压，负极加负电压时发光二极管导通发光，相反则不导通也就不能发光。这就决定了发光管必须使用直流电源或者单向脉动电源供电。

2、发光二极管有负温度系数的势垒电势

发光二极管上施加的正向电压低于某个电压值时发光二极管不导电，但外加电压一旦超过这一电压值时发光二极管的电流就会随着外加电压的变化急剧增加，对外电路呈现很低的动态电阻，这一电压值就是发光二极管的势垒电势，不同颜色的发光管其势垒电势不同。红外线管最低，大约1伏多。红光管约1.5--2伏，黄光管2伏左右，绿光管2.5--2.9伏，蓝光管和白光管3伏多。

发光管的势垒电势具有负的温度系数，即随着温度的升高势垒电势会降低，使用中的外特性表现为随着温度的升高管压降降低。

以上特性决定了发光二极管不能使用电压源供电，否则电源电压的微小变化或者使用时发光管自身温升引起的管压降的微小变化都可能引起很大的电流波动。发光管的负温度特性会导致直接并联使用的发光管各组之间电流不平衡，加速大电流管的光衰并使小电流管亮度不足。不能保证灯具正常工作。因此，就必须使用电源变换器控制发光管的工作电流，这就是LED驱动器。

LED驱动器的分类

发光二极管是靠电流工作的器件，因此，LED驱动器实质上就是个电压/电流变换器，其作用就是把外部电源不稳定的电压变换成稳定的电流驱动发光二极管工作。实际应用中种类繁多的驱动器按照工作特点可以分为两大类：直流供电的驱动器和交流供电的驱动器。每一个大类中又可以进一步划分为降压型、升压型、变换器型三小类。

一、直流驱动器

直流驱动器使用直流电供电，根据不同的应用可以有三种电路类型：1、串联降压型；2、升压型；3、变换器型。

1、直流串联降压型驱动器

直流串联降压型驱动器的基本原理是用开关器件配合电抗性器件对外界电源降压限流以后驱动发光管工作。串联降压型驱动器结构简单，在供电电压高时变换效率比较高。串联降压驱动器比较适合用于输入电压和负载管压降差别不太大的情况下驱动多只串联的发光管。显而易见，这种方案当供电电压低于负载管压降时不能正常工作。DP12V320就是一种用12伏蓄电池供电驱动1--2只1瓦大功率发光管的直流降压驱动器，当输入电压在10.8--14.5伏之间变动时，输出约310--330mA的电流，变换效率大于85%。这种驱动器的主要缺点是一旦主开关器件损坏大电流直接通过发光管使发光管烧毁，因此，高输入电压串联驱动多只大功率发光管时要求驱动器有很高的可靠性，否则有可能在驱动器发生故障时烧管。

2、直流升压型驱动器

直流升压型驱动器的基本原理是用开关器件配合电抗性器件储能升压限流的方式工作的。升压驱动器的变换效率也比较高。这种方案制作的驱动器的一个显著的优点是自身出现故障时不会损坏发光管。升压型驱动器只能用在负载管压降始终高于电源电压的情况。如果负载管压降低于电源电压驱动器会失控，大电流直接经过发光管使发光管烧毁。DD12V320驱动器就使用12伏蓄电池供电驱动5--6只串联的1瓦发光管的直流升压型驱动器，当输入电压在10.8--14.5负之间变动时，输出约280--340mA的电流，变换效率大于90%。

3、直流变换器型驱动器。

变换器型驱动器用开关器件配合高频变压器实现能量从初级到次级的传输，同时做电压/电流变换驱动发光二极管工作。这种驱动器输出端的电压不受输入电压的制约，可以按照所需要串联的发光管数任意设计，应用灵活，适合用在供电电压在负载管压降附近波动的情况，也适合供电电压和负载管压降差别很大的情况。这种驱动器自身发生故障时一般也不会烧毁发光管，并且电压适应范围宽，安全性比升压式变换器还要好，其缺点是电路略微复杂，变换效率比以上两种类型的驱动器略低。

二、交流驱动器

交流驱动器一般使用交流市电供电，根据不同的应用也分为降压型、升压型、变换器型三种电路类型。交流驱动器和直流驱动器的区别除了需要对输入的交流电做整流滤波之外，从安全角度考虑还存在一个隔离和不隔离的问题。

1、交流串联降压型驱动器

交流串联降压型驱动器把输入的交流市电整滤波后直接用开关器件和电抗性器件对输入的高电压进行降压限流。这种驱动器和直流降压驱动器具有同样的优、缺点。直接市电输入时输入电压比较高，适合串联驱动多只发光管。很显然，这种电路结构属于不隔离电路，使用时应注意安全，制作的灯具发光二极管的引线也不能在外部裸露。AD-2B1就是这种类型的驱动器，220伏交流供电，串联驱动一串10--50只小功率发光管。变换效率高于85%

2、交流升压型驱动器

交流升压型驱动器把输入的交流市电整滤波后直接用开关器件和电抗性器件对输入的高电压进行升压限流。这种驱动器和直流升压驱动器具有同样的优、缺点。但是，直接市电输入时输入的电压较高，220交流势电需要整流升压到直流电压400伏以上，负载的发光管需要串联125只以上白光或者蓝光发光管才能保证在电源电压有较大波动时安全工作。AD-2A125W驱动器就属于这种类型的驱动器，可以串联驱动125--130只1瓦的白光或者蓝光发光管。变换效率高于95%。这种驱动器也属于部隔离结构，并且输出电压较高，使用时需注意安全。

3、交流变换器型驱动器

交流变换器型驱动器是把输入的交流市电整流后经过高频隔离变换降压限流驱动发光二极管工作，这种驱动器有高频变压器做隔离，因此输出端是安全的，并且输出端的电压不受输入电压的制约，可以按照所需要串联的发光管数任意设计，应用灵活，其他优缺点和直流变换器型驱动器相同。AD-2A36X1W驱动器就是一种变换器型驱动器，可以串联驱动36只1瓦蓝光或者白光发光管，变换效率约90%。

LED驱动器的选用原则

以上两大类六小类的分类法概括了实际应用中各种不带控制功能的LED驱动器的典型类型。但是，应用中如何合理的选用驱动器用户还要根据所设计的LED灯的特点具体分析。

直流电压输入时所用的发光管数量少可以选用降压驱动器也可以选用升压驱动器，如果发光管数量多应该选用升压驱动器。如果是输入直流高电压驱动小功率管可以用串联降压驱动器，驱动大功率管从安全角度考虑应该选用变换器结构的驱动器。比如220伏交流市电输入时驱动200只以下小功率管都可以考虑用串联降压驱动器，驱动200只以上小功率管应该选用升压或者隔离驱动器，驱动大功率管应该选用隔离驱动器。3.6伏、12伏或者24伏蓄电池供电的太阳能照明系统或者应急照明系统，功率大时可以选用升压驱动器，功率小时可以选用降压驱动器也可以选用升压驱动器。不必选用隔离结构。

使用中半导体灯发光管实际工作电流的确定十分重要，这也是选用驱动器的依据。以蓝、白光发光管为例，对于一般5mm的小功率发光管，厂家产品样本上给的正向电流的技术指标一般是20mA，但实践证明，普通小功率发光管在20mA正向电流下连续使用光衰很快，在15--18mA电流下工作比较合适。电流越小光衰越慢，当然电流小亮度会降低，所以要综合权衡考虑。对于1瓦的大功率白、蓝光发光管，厂家产品样本上给的正向电流技术指标一般是350mA，可是，1 瓦的白、蓝光发光管在350mA电流时的管压降在3.3--3.6伏之间，所以给350mA电流实际功率约1.2瓦，如果散热不太好长期工作会加快光衰。一般连续工作的1瓦蓝、白光发光管应该给到300--320mA电流.当然，由于大功率发光管的稳定性比较好，如果散热条件好也可以给320-- 340mA电流。对于3瓦的白、蓝光发光管，厂家说明书上给的正向电流技术指标是750mA，对于蓝、白管来说，3瓦管的管压降一般也是3.3--3.6 伏，就是给到750mA的正向电流实际功率也还没有达到3瓦，但是，由于散热方面的原因，还是建议在700--750mA之间使用比较好。实际使用中，不管是大功率管还是小功率管，如果用的是红、黄光管，因为管压降低，使用中电流应该给大一点，否则实际功率比标称值小的太多，影响亮度。有些驱动器的输出电流值有自动调节功能，调节方向符合这个规律，能在一定程度上补偿管压降引起的功率变化。比如AD-2A1W驱动器就具有补偿特性，在220伏供电驱动一只白、蓝光发光管时输出电流是330mA左右，同一个驱动器换成1瓦的红光发光管时输出电流会自动上升到380mA左右，这就在一定程度上补偿了红光管管压降偏低造成的功率损失。但纯恒流的驱动器为了适应负载发光管数量大幅度变化就不具有这种特性。如AD-2B320系列的驱动器，发光管数量在10--40 只之间变化时输出电流基本稳定在320mA左右。

几个需要说明的问题

为了帮助大家更好的选用LED驱动器，还需要澄清几个概念：

1、串联驱动还是并联驱动

实际制作半导体灯时，常常使用多只发光管，这就有个发光管的连接方式问题。对于发光管来说，应该优先选用串联连接。前面说过，发光管的管压降呈现负的温度系数，直接并联时各并联发光管管压降不可能完全相同，这样并联管之间的电流就会略有差异，使用时管压降略低的管电流略大，其温升就会比其他相并联的管高，温升高的管管压降会降低的比较多，这样就导致其电流进一步加大，电流大引起更大的温升，使其管压降进一步降低.....，如此热/电正反馈使电流逐渐向管压降小的发光管偏移，最终导致其失效。因此，应该优先串联使用发光管，这样可以保证各管电流的一致性。有人担心串联的发光管有一只开路其他发光管就都不亮了。实际使用证明，在驱动电流正常的情况下，即使发光管自身发生故障一般也保持通路状态，其他发光管照样亮。如果驱动器损坏大电流冲击烧毁发光管，常常会使发光管内部引线烧断开路，但是，驱动器都坏了就是发光管并联整个灯也不亮了。所以还是应该优先选用发光管串联结构。如果使用的管数太多时全部串联不可能，也只好连串带并，但各串并联管之间必须要有均流措施，如果是用电流恒定的发光管驱动器驱动，最简单的均流措施就是在每一串并联管中串联一个电阻牵制电流的偏移。

2、直流驱动和脉冲驱动的问题

有人说发光管用脉冲驱动可以省电，这种说法是错误的。发光管发光是靠电能激发的，不管是直流驱动还是脉冲驱动，输入的电能量决定了输出的光能量，脉冲驱动不可能使发光管提高光效，相反，应该是直流驱动光效更高。因为发光管的输入电流过大会引起发光管发射的光谱向长波方向偏移，对于白光发光管来说，这将导致激发荧光粉效能的降低，反而使光效下降。当然合理的控制峰值电流会避免这种情况的发生。所以，脉冲驱动不可能使发光管省电，但设计合理的脉冲驱动器也不会明显的引起光效的下降，因此也就不会比直流驱动更费电。由于脉冲驱动器常常具有电路结构简单生产成本低的特点，所以还是值得使用。因此，究竟用脉冲驱动还是用直流驱动要根据具体情况而定，不能一概而论，这是驱动器设计者和生产厂要考虑的问题。

也有人说用脉冲驱动发光管会缩短发光管的使用寿命。这种说法是错误的。发光管是一种量子器件适合高速工作，这正是发光管的优点之一。如果有闪烁使用的发光管频频损坏，那应该是其他方面的原因引起的，比如过热，电流过大等等，而不会是发光管自身不耐闪烁。

3、隔离和不隔离的问题

对于市电供电的驱动器来说，由于火线可以对地形成回路，这样有可能导致人、畜触电或者引起其他事故。如果驱动器的输出端和市电隔离就会更为安全。隔离驱动固然好，但是电路结构比不隔离驱动器略微复杂，驱动器体积也会增大，生产成本会提高。而不隔离驱动器结构简单，生产成本低，体积也可以做得更小，效率也比较高，不隔离驱动器作为照明灯具使用应该是允许的。但是，不隔离降压驱动器的一个最大的危险是驱动器一旦损坏高电压大电流会直接通过发光管使发光管损坏。因此，建议高电压串联驱动多只小功率发光管和低电压串联驱动少量大功率发光管时使用不隔离驱动器，这样即使驱动器自身发生故障威胁发光管也不会有很大损失，而结构简单成本低正好是这类应用的追求。高电压驱动大功率管时还是使用隔离驱动器为好。低电压驱动多只小功率管时也应该优先选用隔离驱动器或者升压驱动器，这样可以减少并联的组数少用均流电阻。

其他常用驱动方案的评述

在交流市电驱动LED方面，除了使用专用驱动器之外，也有用开关电源驱动的。由于开关电源具有稳压和隔离性能，在没有专用驱动器并且不计较体积和成本时也是可用的，但一般的开关电源是电压源，没有准确的电流控制并且也不适合长期在过载状态工作，因此，用于驱动发光管往往还需要在开关电源之后做二次控制，这就增加了系统的复杂性并且进一步降低了效率提高了成本。这种驱动方案在负载管压降略低于电源电压的情况下可以用串联电阻的办法简单的限流，功耗成本都增加不多，还是可行的，比如用12伏开关温压电源串联驱动3只蓝、白光发光管，就可以用串联电阻的简单办法限流。

在市电供电的半导体灯中，用电容降压的办法驱动小功率发光管是不可取的。这样驱动小功率发光管流过电容的电流和流过发光管的电流相同，但电容上的压降却比发光管上的压降大几倍，也就是说电容上的无功功率是发光管上的有功功率的几倍，这种产品究竟是为了省电还是为了费电？这种驱动方式成本很低，但却完全违背了推广半导体照明的初衷——节能，应该限制使用。

在电池供电驱动方面，有用电阻直接降压限流驱动的，这种驱动方式性能很差。电池是一个不稳定的电压源，满电和亏电时电压差别很大。比如，12伏电蓄电池电充满最高允许电压时14.5伏，放电终了的最低允许电压为10.8伏，这样用电阻直接降压限流就不可能保证发光管有合理的工作电流，并且电阻功耗会减少电池的有效工作时间。也有人用线性恒流电路限流驱动发光管，这样虽然保证了发光管工作电流的稳定性，但限流电路的功耗缩短了电池的有效工作时间，也不可取。因此，还是应该使用专用驱动器。

结语

半导体照明是一个新兴的产业，现在进入半导体照明领域的厂家都是这个产业的先行者，但是，发光二极管核心技术还没有进步到大面积普及应用的程度，具体的讲，发光二极管在光效和成本方面离大面积普及应用还有一定的距离，因此，实际操作方向上应该避免在普通白光泛光照明方面和节能荧光灯等传统高效光源竞争。但LED在微小功率照明，局部照明、安全照明、彩色照明、闪烁照明、小体积照明、长寿命照明等方面具有其他传统光源无可比拟的优势。所以，生产厂商需要正确的把握发展方向，扬长避短，使半导体照明在优势方向上发展。在产业运作方式上，也应该以运用成熟产品做配套为主，一般不必从基础电路开发做产品，这样才能少走弯路，赢得机遇。随着LED核心技术的进步，半导体照明的时代很快就会到来。