超低电压大功率LED驱动器电路合理化设计

大功率led（以下简称HBled）经过近十年的发展，已逐渐被人们认知和应用。由于HBled本身所具有的一些特性，使得这种新器件在照明灯具设计上与传统灯具有着根本区别，表现在需要恒流驱动方式，单向导电与非线性特性阻抗，低压大电流工作，发光体本身耐热能力弱等方面。

因为供电方式不同，在驱动电路设计上把HBled灯具分为市电照明与低压照明灯具。本文就是以TDU0201E为例针对低压HBled灯具中超低压驱动器设计的合理化做一些阐述。

所谓超低压HBled驱动器（以下简称ULD），是指采用等于或低于HBLED域值电压的直流电源工作，通过DC-DC电路转换，输出大功率恒流源驱动HBled发光的专用驱动电源模块。

众所周知，用于照明的白光HBLED的正向压降VF通常在3.0-4.2V之间，具体到每一只HBLED,VF各不相同，同时HBLED又具有二极管共有的单向导电与非线性阻抗特性。因此驱动HBLED不能使用传统的稳压电源，只能通过可控精密恒流源来驱动，否则稳压电源微小的电压升高也会导致流经HBLED上电流数倍到数十倍电流增加，轻则减少其光衰寿命，严重时会瞬间烧毁HBLED。

目前HBled照明行业还没有具体的标准出台，笔者在本公司HBLED灯具照明标准中定义：超低压标称范围是1.0-3.3VDC，此范围是依据目前通用电池品种的特性定义的，在ULD设计时工作电压要符合这个范围要求。

以上是对超低压HBLED灯具的粗略认识，下面我们就较为全面的认识一下ULD的电路合理化设计，除二次铅酸与一次锂电池外，表中其它电池在应用中，单节与双节电池可以使用同一ULD驱动HBLED，电压越低，电路设计的难度越大，因此，如果没有做特别说明，以下论述更多偏重于单节电池的ULD应用设计。

一、ULD的设计必要性

太阳能灯具中，电能的来源是光伏电池板将太阳光能转化而来，目前世界上最好的光伏电池板光电转化率也不过20％左右，因此，这些转化来的电能非常保贵，要想实现高效存储，最好的办法就是降低二次储能电池电压，减少光伏电池板串联损耗，增加电池板并联模式，以大电流超低电压方式为二次电池储能。目前行业中能应用到的综合指标比较优秀的二次电池首选是镍氢电池。

要实现矿灯和电筒等便携灯具的小型化和高效能，首先考虑的就是减少电池数量，提高光效转化率。

以上两点表明，ULD在HBled灯具上的应用是这些领域向环保、节能、高效发展的最佳解决方案之一。

 二、1.0-3.3V电源电压工作范围的要求

这个指标是指ULD恒流输出能维持HBLED输出光通量在0.25Lf（Lf表示标称驱动电流时的HBLED输出光通量）以上的电路驱动能力，从图1中可以看出，对于一个HBled灯具来讲，单节电池输出电压降到1.0V时，通过HBled驱动器输出恒流值应不小于0.2Icc（Icc是标称恒流值），这样的供电电压范围要求就会使得表1中的各种常用电池都得以在HBLED灯具上正常使用。（笔者在本公司HBLED灯具照明标准中定义：正常的HBLED灯具输出光通量在0.25–1.00Lf之间属于正常照明，0.2Lm-0.25Lf之间是续航照明）

 三、输出恒流源精度要求

在不损坏HBLED的情况下，能使HBLED发出最大的光通量是灯具行业共同努力的目标，我们以LUMILEDS公司开发的1WHBLED为例，在Icc=350mA时达到1.0Lf光通，如果电流过大，1WHBLED将不能保证应有的光衰寿命甚至损坏。而人为减小电流，又达不到HBLED应有的亮度。

HBLED单向导电和非线性决定了HBLED只能用恒流源来驱动，随着电池容量的变化，电池的输出电压也会随之改变，在理想情况下ULD要维持HBLED输出光通量不随供电电压的变化而变化。

为保证使用HBLED灯具的用户眼睛健康不受到损害，HBLED不能有闪烁和过快的明暗变化。

要解决以上问题，就要求设计者设计的ULD必须具备良好的恒流输出能力，如图3所示，TDU0201E在1.1-3.3V供电电压范围内ULD输出电流变化率不超出5％（使用GPS-1850D稳压电源调节供电电压）。

 四、在1.0V输入电压时具备起动大电流工作的能力

在一次性电池的使用中，我们发现残留电量依然可以支持HBled照明较长的时间，优秀的ULD要具备超低压起动能力，才得以将一次电池残