盡管為通用照明應用而設計的基本LED驅(qū)動器相對簡單，但是當需要切相調(diào)光(phase cut dimming)和功率因數(shù)校正等附加功能時，這種設計就將會變得非常復雜。不帶功率因數(shù)校正功能的非調(diào)光LED驅(qū)動器一般包括一個離線開關電源，用其進行調(diào)節(jié)以實現(xiàn)恒流輸出。這與標準離線開關電源和在AC-DC適配器中通用的型號并無太大差異。這種設計可以采用標準的SMPS(開關電源)電路拓樸，如降壓、升壓或反激式轉換器等。

　　2009年12月3日，美國能源局(DOE)為一體化LED燈項目發(fā)布了“能源之星”規(guī)格的最終版，規(guī)定在美國應用的LED驅(qū)動器的功率因數(shù)必須優(yōu)于0.7，而工業(yè)應用則預計要優(yōu)于0.9。目前市場的許多產(chǎn)品尚不能滿足這樣的要求，因此未來需要用更先進的產(chǎn)品來進行替代。有兩種方式可以實現(xiàn)功率因數(shù)校正(PFC)，每種都要求在電源轉換器的前端增加一些附加電路：簡單的低成本無源PFC，以及更復雜的有源PFC。

　　在更深入研究這些方法之前，需要強調(diào)的一點是為了獲得“能源之星”評級， LED驅(qū)動必須是可調(diào)光的。

　　一般而言，這就意味著其可調(diào)性會源于現(xiàn)有的基于切相工作原理的墻式電子調(diào)光器，這一原理最初是用來設計純阻抗白熾燈。盡管其它調(diào)光方法，如線性0-10V調(diào)光或DALI也可能合乎要求，但是它們可能都僅限于高端工業(yè)類LED驅(qū)動器。

　　到目前為止，切相調(diào)光器的應用相當廣泛，很顯然，能夠有效調(diào)光的LED燈將具有極大的優(yōu)勢。由于市場上還有許多基于三端雙向可控硅開關的低成本調(diào)光器，因此保證LED驅(qū)動器與所有類別相兼容是不現(xiàn)實的，特別是許多調(diào)光器僅采用基本設計，性能十分有限。基于這樣的原因，“能源之星”項目僅要求LED驅(qū)動器廠商在一個網(wǎng)頁中詳細說明哪些調(diào)光器可以與其產(chǎn)品相兼容。

　　在“能源之星” 規(guī)格中，值得注意的另外一個要求是LED的工作頻率必須大于150Hz，以消除出現(xiàn)可見閃爍的可能性。這就意味著給LED供電的輸出電流中不能帶有任何大量的頻率是線性頻率(50Hz或60Hz)兩倍的紋波。

　　在如辦公室照明、公共建筑和街區(qū)照明等離線應用中，越來越多的應用中采用LED照明，并且在未來幾年里仍將保持這一趨勢。在這些應用中，大功率LED會取代線性或大功率CFL熒光燈、HID燈以及白熾燈。這些應用需要一個LED驅(qū)動器，其典型功率范圍為25W至150W。在許多情況中，LED負載都由一個的高亮度白光LED陣列組成，通常采用多種形式的芯片封裝。用于驅(qū)動這些負載的DC電流通常至少為1安培。實際也有AC電流驅(qū)動的LED系統(tǒng)，但是一般認為DC系統(tǒng)可以為LED提供更理想的驅(qū)動條件。

　　在LED照明設備中需要進行電流隔離，以防止在可以接觸到的地方發(fā)生觸電危險，這種危險在大多數(shù)情況下都可能發(fā)生，除非采用一個絕緣的機械系統(tǒng)。這是由于與日光燈照明設備等不需要通過絕緣來實現(xiàn)安全性的產(chǎn)品不同，LED芯片需要與金屬散熱器連接。為了實現(xiàn)良好的熱傳導性，需要在LED芯片和散熱器之間形成熱障，這樣就無需通過添加絕緣材料來滿足絕緣要求。因此，在LED驅(qū)動器內(nèi)部形成絕緣就是最佳選擇，同時也說明了電源轉換器拓樸技術是可行的。

　　兩種可能方案分別是反激式轉換器或包括一個PFC級的多級轉換器，然后是絕緣和降壓級，最后是后端電流調(diào)整級。兩種方案之中，反激式因其相對簡易且成本較低，應用比較廣泛。

　　反激式轉換器為許多應用提供了良好的解決方案(圖1)，然而，它卻具有如下的局限性：有限的功率因數(shù)校正能力;在寬輸入電壓范圍上效率有限;兩倍線頻(<150Hz))時的輸出紋波很難消除;需要通過附加電路進行調(diào)光。

圖1：采用反激式轉換器的LED調(diào)光

　　盡管多級設計(圖2)的額外成本限制了其在高端產(chǎn)品中的應用，但這種設計卻可以克服其中的一些問題。在較寬的AC輸出電壓范圍內(nèi)，其可以實現(xiàn)高功率因數(shù)和較低的總諧波失真(THD)，從而使相同的LED驅(qū)動器可以利用110V、120V、220V、240V或277V的主電源供電。

圖2：采用多級轉換器的LED調(diào)光

　　能夠在很寬的范圍上保持高效率，而不是使效率在一個特定線負載點上達到峰值，但在不同的條件下卻又大幅下降。同時，它也更易于降低150Hz下的紋波輸出，多級系統(tǒng)使其自身能夠更加高效的采用不同的調(diào)光方式。

　　本文其余部分將深入探討寬電壓輸入范圍、絕緣、可調(diào)光、穩(wěn)壓DC輸出多級LED驅(qū)動設計原則，主要針對25W至150W范圍的應用。該實例中的多級LED驅(qū)動器將分為三個部分：前端，功率因數(shù)校正(PFC)部分;絕緣和步降部分;后端，電流調(diào)制部分。

　　前端部分包括一個升壓轉換器，配置采用一個功率因數(shù)校正做預調(diào)節(jié)，在輸出端提供一個高壓DC總線，在電壓或負載的各種變化范圍上，將其穩(wěn)定到一個固定的電壓。由于穩(wěn)壓控制回路響應很慢，使得AC線頻率的許多周期都會受到負載變化的影響，它只吸收了一個基本的正弦線輸入電流。這個電路典型一般工作在臨界導通模式，否則就被認為是轉換模式。在這種模式中，PWM關斷周期和由此形成的開關頻率是可變的，所以，當存儲在升壓電感器中的所有能量傳輸?shù)捷敵龆藭r，新的開關周期才開始。這種共振工作模式被廣泛應用，而且由于它的開關損耗最小，從而實現(xiàn)了高效率。在指定的功率范圍內(nèi)使用這種設計是最佳方式。

　　中間級將高壓DC總線電壓(典型值在475V左右)轉換成為適用于驅(qū)動LED負載的低壓輸出?；诎踩矫娴目紤]，LED負載通常采用低壓驅(qū)動，因此驅(qū)動電路通常最小值為1安培。這里所推薦的絕緣和降壓級配置是一種諧振半橋，包括一對用相互反相的信號驅(qū)動開關MOSFET。高頻降壓變壓器初級繞阻的一端接到這兩個開關管的的中點，而另一端與DC總線至地回路的電容分頻網(wǎng)絡相連接。通過這種方式，變壓器初級可以看到一個正負電壓振幅相等的方波。二次繞阻將采用中心抽頭，這樣兩個二極管整流器即可用于將輸出電流轉換到DC。其中輸出電流高到可以用MOSFET取代整流二極管，從而作為同步整流系統(tǒng)的方式運行。在采用3安培電流的典型應用中，在30度的環(huán)境溫度下，同步MOSFET的表面溫度比采用相同封裝的肖特基二極管的溫度更低。

　　我們可以看出，隨著電流要求的增長，同步整流的熱優(yōu)勢就變得更為顯著。最后，還需要一個平滑電容，以產(chǎn)生絕緣的低紋波DC電壓。這個電容的容值為數(shù)十法拉的級別，因此要采用陶瓷電容器。