在很多家庭、机构、政府和工业应用中,高亮度(HB)白光led(发光二极管)正在迅速取代白炽灯。在过去的一年中,白光LED照明系统在总的照明应用中占到50%以上,最终超过了彩色LED应用,彩色LED应用主要受彩色照明的美感需求驱动。白光LED照明增长的新驱动力相当简单：较低的能耗导致低得多的电费。

　　在很多情况下,LED更高的效率可将功耗降低多达88%。它们还极大地降低了为照明而发电和传输电能所导致的二氧化碳排放量。根据Strategies Unlimited公司的研究,到2012年,总的高亮度白光LED照明市场预计将超过50亿美元,对应于2009年至2012年的28%年复合增长率(CAGR)。这仅仅是个开始,因为在LED发光效率的提高继续加速了商业/住宅照明市场从白炽灯、荧光灯和高压钠灯向高亮度白光LED转变的同时,LED从商业化角度来看甚至会变得更具有成本效益。

　　根据一些计算,从传统白炽灯和荧光灯转向LED照明可使当前全球总能耗节省高达10%。随着人们加速努力降低发电产生的二氧化碳的总排放量,全球照明能源需求降低10%的潜力对这种转变起到了极大的推动作用。

　　什么因素支持如此巨大的增长潜力?首先,目前这一代LED的发光效率比白炽灯高10倍,是荧光灯和高压钠灯(HPS)的两倍多,从而极大地降低了提供所需光输出(以流明量度)所必需的电力。随着LED的进一步开发,它们靠电力发光的效率会继续提高,而且预计在未来几年内将翻一番。

　　其次,在一个非常关注环保的世界上,LED 照明不需要处理、接触和清除荧光灯中常见的有毒水银蒸气。今天用于大多数住宅照明系统的冷阴极荧光灯(CCFL)含有多达5mg的水银,而更大的灯含有的水银会多得多!

　　第三,白炽灯每用1,000小时就需要更换,而荧光灯可持续使用长达1万小时,相比之下,LED的寿命超过10万小时。在大多数应用中,这允许LED永久地嵌入到最终应用之中,而无需附属装置。

　　实例包括室内和室外商业及住宅照明,如路灯、室内和室外工业照明以及诸如发电厂和提炼厂等有害环境中的照明。有些应用(如提炼厂)24囊桓鋈毕菔堑缌飨嗟备摺@?如,当输入和输出电压相同时,电感和电源开关电流则为输出电流的两倍。这会对效率和功耗产生负面的影响。在许多情况下,图3中的“降压或升压型”拓扑将缓和这些问题。在该电路中,降压功率级之后是一个升压。如果输入电压高于输出电压,则在升压级刚好通电时,降压级会进行电压调节。如果输入电压小于输出电压,则升压级会进行调节而降压级则通电。通常要为升压和降压操作预留一些重叠,因此从一个模型转到另一模型时就不存在静带。

　　当输入和输出电压几乎相等时,该电路的好处是开关和电感器电流也近乎等同于输出电流。电感纹波电流也趋向于变校即使该电路中有四个电源开关,通常效率也会得到显著的提高,在电池应用中这一点至关重要。图3中还显示了SEPIC拓扑,此类拓扑要求较少的FET,但需要更多的无源组件。其好处是简单的接地参考FET驱动器和控制电路。此外,可将双电感组合到单一的耦合电感中,从而节省空间和成本。但是像降压-升压拓扑一样,它具有比“降压或升压”和脉动输出电流更高的开关电流,这就要求电容器可通过更大的RMS电流。

　　出于安全考虑,可能规定在离线电压和输出电压之间使用隔离。在此应用中,最具性价比的解决方案是反激式转换器。它要求所有隔离拓扑的组件数最少。变压器匝比可设计为降压、升压或降压-升压输出电压,这样就提供了极大的设计灵活性。但其缺点是电源变压器通常为定制组件。此外,在FET以及输入和输出电容器中存在很高的组件应力。在稳定照明应用中,可通过使用一个“慢速”反馈控制环路(可调节与输入电压同相的LED电流)来实现功率因数校正(PFC)功能。通过调节所需的平均LED电流以及与输入电压同相的输入电流,即可获得较高的功率因数。

　　调光技术

　　需要对LED进行调光是一件很平常的事。例如,可能需要调节显示屏或调节建筑灯的亮度。实现此操作的方式有两种：即降低LED电流或快速打开LED再关闭,然后使眼睛最终得到平衡。因为光输出并非完全与电流呈线性关系,因此降低电流的方法效率最低。此外,LED色谱通常会在电流低于额定值时发生改变。请记住：人对亮度的感知成指数倍增,因此调光就需要电流出现更大的百分比变动。因为在全电流下,3%的调节误差由于电路容差缘故可在10%的负载下放大成30%甚至更大的误差,因此这会对电路设计产生重大的影响。尽管存在响应速度问题,但通过脉宽调制(PWM)来调节电流仍更为精确。当照明和显示时,需要100Hz以上的PWM才能使人眼不会察觉到闪烁。10%的脉冲宽度处于毫秒范围内,并且要求电源具有高于10kHz以上的带宽。

　　结论

　　在许多应用中使用LED正变得日益普遍。它将会采用各种电源拓扑来为这些应用提供支持。通常,输入电压、输出电压和隔离需求将规定正确的选择。在输入电压与输出电压相比总是时高时低时,采用降压或升压可能是显而易见的选择。但是,当输入和输出电压的关系并非如此受抑制时,该选择就变的更加困难,需要权衡许多因素,其中包括效率、成本和可靠性。