HVHB LED采用PFC升壓配置驅(qū)動(dòng)，具有體積小，PFC高，效率高，成本低，復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)，是CFL照明解決方案的有競(jìng)爭(zhēng)力的替代品。

作為消費(fèi)者，公司甚至各國(guó)都在尋找低成本，高能效的照明光源，發(fā)光二極管（LED）和緊湊型熒光燈（CFL）已成為主要的替代品。這兩種解決方案都是可行的，但差別很大。 CFL照明設(shè)備價(jià)格便宜，但開(kāi)啟速度慢，并且調(diào)光性能差。另一方面，LED具有“快速接通”特性并且很暗，但由于成本的原因，采用速度很慢。

半導(dǎo)體制造商繼續(xù)創(chuàng)造新的LED驅(qū)動(dòng)器組件，以降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。與此同時(shí)，LED制造商正在推動(dòng)高亮度LED的功效（發(fā)光效率），以減少所需的LED數(shù)量，并降低調(diào)節(jié)它們所需的功率。

其中一項(xiàng)創(chuàng)新是引入高壓，高亮度（HVHB）LED。這些LED需要更高的電壓才能啟動(dòng)電流，從而產(chǎn)生光發(fā)射。這些新型LED帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。雖然最初設(shè)計(jì)為直接從交流線路自驅(qū)動(dòng)，但低效率，低功率因數(shù)和無(wú)法調(diào)暗等因素限制了它們可以服務(wù)的應(yīng)用數(shù)量。

在圖1中我們看到了將這些LED直接從交流線路上驅(qū)動(dòng)。為了滿足整個(gè)電壓范圍（90至135 Vac或207至253 Vac），正向壓降（Vf）必須處于最低AC電壓或更低。這意味著當(dāng)電壓處于標(biāo)度的上限時(shí)，電壓會(huì)在限流電阻上下降。這會(huì)造成損失并大大降低效率。這也會(huì)產(chǎn)生熱量，這可能會(huì)限制LED的壽命。現(xiàn)在讓我們看一下圖1中的開(kāi)啟時(shí)間。由于LED僅在達(dá)到或超過(guò)Vf時(shí)導(dǎo)通，因此僅使用峰值電壓創(chuàng)造光明。由于它在整個(gè)AC周期中占很小的比例，因此功率因數(shù)非常低（遠(yuǎn)低于美國(guó)，歐洲和印度所稱的額定值，使得它們?cè)谶@些國(guó)家的住宅和商業(yè)照明中無(wú)法使用）。這意味著如果要滿足這些LED的峰值功率需求，電力公司需要提供比運(yùn)行所需的更多的電力。最后，由于大多數(shù)調(diào)光器（TRIAC或電子）通過(guò)斬波提供給燈的AC波形來(lái)操作，因此僅在燈導(dǎo)通的短暫時(shí)段期間發(fā)生調(diào)光。這意味著，對(duì)于90％或更多的調(diào)光范圍，燈光將全部開(kāi)啟或全部關(guān)閉

圖1：沒(méi)有驅(qū)動(dòng)器的HVHB LED特性。

盡管如此，HVHB LED與其低壓同類產(chǎn)品相比具有一些優(yōu)勢(shì)。從驅(qū)動(dòng)器的角度來(lái)看，它們非常適合直接從升壓功率因數(shù)校正（PFC）電源驅(qū)動(dòng)（見(jiàn)圖2）。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)將電流消耗與AC電壓波形相匹配來(lái)控制輸送到負(fù)載的功率，從而確保良好的功率因數(shù)（通常為0.97或更高）。使用這種形式的PFC，它很容易超過(guò)0.7或0.9的監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求，這是在美國(guó)，歐洲和印度銷售商業(yè)和住宅照明所必需的。提高輸入電壓的另一個(gè)好處是能夠產(chǎn)生足夠高的電壓，因此無(wú)論輸入電壓如何，都可以使用一種電源設(shè)計(jì)。因此，可以實(shí)現(xiàn)通用輸入LED燈（90至253Vac）。與往常一樣，存在通用輸入的權(quán)衡。滿足120 Vac和220 Vac應(yīng)用的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，一個(gè)構(gòu)建和一個(gè)庫(kù)存項(xiàng)目的好處。但是，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，您必須允許設(shè)計(jì)處理比110 Vac操作所需的更高電壓，以及高于高壓應(yīng)用所需的電流。與針對(duì)每個(gè)電壓范圍的優(yōu)化解決方案相比，這相當(dāng)于更高的總物料清單（BOM）成本和更大的組件。

高電壓還意味著對(duì)于給定輸出功率的低電流。例如，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)16 W LED光源（使用四個(gè)串聯(lián)/并聯(lián)的4 W LED），總Vf為380 Vdc，所需電流僅為42 mA。

這種低電流意味著更小的存儲(chǔ)電容，允許使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉的陶瓷電容器。使用這種電容器可以延長(zhǎng)整個(gè)光源的使用壽命，因?yàn)樗恍枰?a target="_blank">電解電容器。典型的長(zhǎng)壽命電解電容額定為20，000小時(shí)，但如果它們過(guò)熱則會(huì)顯著降低，而壽命長(zhǎng)達(dá)50，000小時(shí)的LED則會(huì)顯著降低。這是在街道照明，高棚照明和其他高環(huán)境溫度應(yīng)用應(yīng)用中的重大成就。從效率方面來(lái)看，開(kāi)關(guān)模式LED驅(qū)動(dòng)器中的主要損耗元件是LED本身：開(kāi)關(guān)電源電源（IC），驅(qū)動(dòng)FET和整流器。將開(kāi)關(guān)頻率保持在合理的頻率（例如150 kHz）可以最大限度地降低FET中的開(kāi)關(guān)損耗，而低電流意味著整流器中的功率損耗很低。可以預(yù)期效率大于90％，并且僅在整個(gè)VIN范圍內(nèi)略有不同。

功率因數(shù)校正可通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)：

主動(dòng)：使用具有用于匹配電流消耗與輸入電壓的內(nèi)置算法

谷填充技術(shù)：當(dāng)AC輸入處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)，需要路由二極管和存儲(chǔ)電容來(lái)提供電流

自然：一般情況下不連續(xù)運(yùn)行的反激式配置中的開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）

谷填充操作通過(guò)要求低壽命電解來(lái)限制驅(qū)動(dòng)器壽命。反激操作需要變壓器的費(fèi)用，以及產(chǎn)生大量電磁干擾（EMI）輻射（通過(guò)變壓器的磁通損耗）和傳導(dǎo)（通過(guò)不連續(xù)操作引起的高電壓和電流尖峰，以及反射電壓，等于VIN + VOUT）

圖2：使用有源PFC器件的簡(jiǎn)單升壓設(shè)計(jì)。

使用相同技術(shù)驅(qū)動(dòng)低壓LED意味著首先必須提升PFC的輸入電壓，然后降低電壓到LED燈串的Vf下降。這增加了驅(qū)動(dòng)器的復(fù)雜性和成本，通常增加了整個(gè)功率級(jí)以將高PFC電壓轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED電流。驅(qū)動(dòng)低壓LED的一種更常見(jiàn)的方法是使用以不連續(xù)模式運(yùn)行的反激式拓?fù)渲械碾娫矗▍⒁?jiàn)圖3）。變壓器的匝數(shù)比有助于橋接VIN和Vf之間的電壓差。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是復(fù)雜性（并且通過(guò)關(guān)聯(lián)，成本較高），不能接受通用AC輸入，增加EMI傳導(dǎo)和輻射（由變壓器的反射電壓和磁通量損耗引起）。而且，沒(méi)有大容量電容器設(shè)計(jì)要困難得多。高壓大容量電容器通常是電解的并且具有有限的壽命，尤其是在炎熱的環(huán)境中。此外，較低的電壓會(huì)產(chǎn)生較高的電流，從而增加了電源路徑元件的溫度和尺寸，并限制了所選LED的輸出。

圖3：基于變壓器的低壓LED驅(qū)動(dòng)器

LED照明的一個(gè)重要特性是能夠使用現(xiàn)有的調(diào)光解決方案（主要是基于TRIAC）進(jìn)行調(diào)光。這種在整個(gè)TRIAC范圍內(nèi)調(diào)暗的能力是將正確驅(qū)動(dòng)的LED與不良或自驅(qū)動(dòng)LED以及CFL選項(xiàng)分開(kāi)的原因。必須注意避免閃爍（TRIAC失火）并在昏暗的光線下提供足夠的負(fù)載以使調(diào)光器保持導(dǎo)電模式。過(guò)濾AC線對(duì)于降低60 Hz波形不會(huì)影響LED的驅(qū)動(dòng)電壓以及限制傳導(dǎo)EMI傳播回輸入波形（因此違反FCC規(guī)范）至關(guān)重要。

通過(guò)“解碼”實(shí)現(xiàn)調(diào)光“在TRIAC調(diào)光期間的AC特征，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為電壓或電流等效值。然后可將其直接插入電源，或轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)，以根據(jù)調(diào)光百分比調(diào)節(jié)LED“開(kāi)啟”時(shí)間。

調(diào)光時(shí)需要權(quán)衡利弊。注入驅(qū)動(dòng)器反饋路徑的模擬電壓或電流是最便宜的方法，需要最少的附加電路。但是，它有幾個(gè)缺點(diǎn)。在PWM SMPS中可能損害環(huán)路穩(wěn)定性，并且在電壓瞬變期間可能發(fā)生振蕩或振鈴。這可能會(huì)在LED的光輸出中顯示為閃爍。另一個(gè)缺點(diǎn)是模擬調(diào)光減少了通過(guò)LED的電流并導(dǎo)致調(diào)光范圍內(nèi)的顏色變化。例如，全電流的藍(lán)白色LED在低電流時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)更多的黃白色。

通過(guò)數(shù)字調(diào)光（例如PWM），LED串通過(guò)并聯(lián)FET短路來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉，通過(guò)將FET與電流檢測(cè)電阻并聯(lián)來(lái)斷開(kāi)或斷開(kāi)接地。以這種方式，電流通過(guò)LED保持恒定，但由于在一段時(shí)間內(nèi)被點(diǎn)亮，它們看起來(lái)更暗。優(yōu)點(diǎn)是顏色在調(diào)光范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化Everlight HiVo系列等LED具有Vf范圍，可容納110 Vac和220 Vac電壓。使用220 Vac系列中的兩個(gè)可確保所有輸入電壓（90至277 Vac）均可通過(guò)有源PFC升壓設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接它們可以靈活地覆蓋許多電源和電壓配置。

總結(jié)

總之，HVHB LED在采用PFC升壓配置驅(qū)動(dòng)時(shí)具有體積小，PFC高，高等優(yōu)點(diǎn)效率高，成本低，復(fù)雜度低。所有這些都為當(dāng)今市場(chǎng)上的CFL照明解決方案提供了極具競(jìng)爭(zhēng)力和吸引力的解決方案。