1、前言

　　白光LED的光通量，目前已可轻易达到每瓦80流明以上，这使得LED照明行业特别是LED路灯的应用变得更加可行了。

　　但是在LED路灯的应用中，目前各生产厂家的驱动电路大多采用开关电源方案，电压一般在24~48伏之间，由于路灯的功率较大，一般在120W以上，故要同时使用多组开关电源，非但成本高昂，同时开关电源本身的平均功耗损失均在15~20%之间，这使得原本是节能省耗的LED路灯平白浪费了15~20%的能耗，殊为不值。同时由于各家使用的开关电源，电压均不尽相同，这使得使用单位将来在维修电源方面面临标准不一，成本过高的问题，另外开关电源一般仅提供恒压，但是LED在高温下长期工作后，面临导通电压下降，电流上升的问题，这使得LED路灯的稳定性及可靠性存在问题。有鉴于此，如何开发出一种功耗损失较小(应在5~10%以内)，成本低廉，使用寿命较长，同时具有恒压及恒流功能的LED驱动电路早已是LED应用领域内的一大课题。

　　2008年11月29日中国照明协会室外照明专业委员会及交通运输照明和光信号委员会及中国照明网在广州市举行了一场大功率LED路灯应用现状辩论会，会中广州市及上海市路灯处建议LED路灯的电源驱动电路应该标准化，以利使用者维修，促成笔者将我司研发具有中国知识产权的LED路灯方案提供大家参考。

　　2、LED路灯电路的设计要领

　　由于目前常用金属钠灯的功率均在每个250W左右。LED路灯如果要成为一个具有竟争性的路灯替代方案，基本上应在省电功能上发挥优势，由于LED为单向发光，在相同光效的情形下，灯具光效四面发光的比金属钠灯光效要强出许多，所以作为250W金属钠灯的替代方案LED路灯的功率应可在120~160W之间。

　　目前市场上常用的光源一般均为每颗1W的芯片，亦即是一般路灯均有120~160个芯片，每个芯片的导通电压均在3.3~3.6V之间，如果将所有芯片相串连，则全部芯片两端的电压将接近400V以上。

　　因为每个路灯的功率均在120W以上，所以在电源设计上必需考虑功率因数的校正问题。

　　目前市面上常用的具有功率因数校正功能的IC，有ST公司的L6561，日本瑞萨公司的R2A20116及LINEAR公司的ML4812。其典型电路如附图一所示，交流电源经桥式整流后经过功率因素校正IC的调频或脉宽调整后成为稳定的约400V电压输出(附图一)。电路简单，成本低廉，功率因数在常压220V时可达98%以上，但是这个电路只能保证恒压的输出对于LED路灯要求恒流输出的目标，仍嫌不足。

　　3、南科公司的LED路灯驱动电路

　　目前市面上LED路灯电路均采用低电压(24~48V)，高电流(1A~3A)多路电源的驱动方案。南科公司经过近3年的研发，已成功的开发出高电压(400V)，低电流(0.3~0.5A)，同时具有恒压及恒流功能的LED路灯光源及电源方案，在常压220V时其电源效率大于94%，并已获得多项专利授权，特将其特点说明如以下：

　　(a)南科公司独创的CCS-L高压恒流源器件

　　南科公司经过多年的研发，已成功开发出能耐高压(大于50V)的半导体恒流源器件。此恒流源器件在电压4~40伏左右均能保持恒流源状态(电流波动在10%左右)。虽然在低压时(<4V)不能保持恒流，但因为电流小，并不会造成芯片的损伤，仅会造成光源亮度减弱。目前南科公司CCS-L系列产品随电流的要求不一可分多款(附表一)，并可随市场对电流要求的变化而增加产品规格。

南科CCS-L恒流源器件(附表一)

　　(b)全串联式大功率LED光源或先串后并式中小功率LED光源

　　南科公司所使用的LED路灯光源均为一组或多组全串联的LED芯片所组成，每组相串联芯片的电流随芯片的大小不同而不同，一般在在20mA至150mA之间，但是每组相串联芯片两端的电压在额定电流时均设定在390~395V之间。

　　(c)同时具有恒流及恒压功能，低功耗损失的LED驱动方案

　　南科公司的LED驱动方案是在(如附图一)功率因数校正IC的基础上，在输出电压端串联一组或多组如(b)说明的LED光源后再于每组末端串接一个南科公司的CCS-L恒流源器件所组成。(附图二)

　　由于功率因素校正IC的功率因素值在220V可高达98%以上，而输出电压基本是恒压400V左右(可微调)，而LED光源两端的电压约在390~395V之间，因而剩下的5~10V的电压加在了CCS-L上面，而确保了恒流同时由于每组光源均有一个CCS-L的恒流源器件，故每组的电流均能长期保持稳定，同时并具有省电的功能。

　　(d)南科公司的LED路灯方案是目前市面上路灯电源中有效功率最高，电源损耗最小，功率因素最高的方案。

　　南科公司的电源方案，目前功率因素可达98%以上，由于稳压电路输出端为400V而电压CCS-L上仅有5-10V的压降，故损耗约在1.25~2.5%之间，另外由功率因素校正IC构成的稳压电路的损耗约在3~6%之间，故整体损耗仅6~8%之间，比之传统的开关电源有15~20%的损耗要小的多了。

　　4、结论

　　LED路灯电路必需要有恒流功能，以保证LED路灯长久使用。众所周知LED路灯的芯片在高温下LED的导通电压会下降，如果仅用有恒压功能的电源电路，将使LED路灯的电流随时间而增大，因而减少了LED路灯的使用寿命。如果LED路灯电路采用恒流电路，由于目前市面上的恒流开关电源均为低压大电流，所以必需采用多路并连，亦即目前市面上有的电路采用8个、12个或14个LED串联后再并连的方案所组成的驱动电路，由于无论每组8个或12个或14个，每组的导通电压不一，亦即并联后每组的电流分配不均，长期使用后会造成电压低的一组电流分配较多而提前烧毁，进而造成各组被逐个烧毁。

　　本文所述南科公司的LED路灯电路方案采用了高电压(400V),低电流(0.3~0.5A)的多组全串联的LED芯片方案(每组有110~128)LED芯片相串连组成，每组芯片一端接于由功率因素校正IC所组成的稳压电路的输出端，另一端接于我司所开发出来的高压恒流源器件CCS-L的正极端，而CCS-L的负极端再接于系统地线。由于每组相串联的芯片均串有一个CCS-L的恒流源，所以南科公司的LED路灯电路方案非但电路简单成本较低，同时还有功率因素较高(>98%)有效功率较高(>92%)的优良特性，目前本方案的高压LED芯片的制作方法，高压恒流源器件(CCS-L)的制作方法及同时具有恒压及恒流功能，低损耗的LED驱动电路均已获得我国专利授权。目前正在申请美、日、欧等国的专利中，整个方案是具有完整多重中国知识产权保护的最优方案。将可大幅降低我国LED路灯照明对国外技术包括芯片，并开电源等关键技术的依赖。

　　虽然南科公司的LED路灯方案具有完整多重的知识产权保护，但是南科公司并不会因此垄断技术而谋取暴利，相反的南科公司为推动我国的节能减耗事业的发展，其路灯产品将比目前市面上的路灯价格便宜20~30%，并期盼我国有关部门能予以认证并考虑作为行业及国家标准。