在各種不同類型的光源中,，高亮度LED（發(fā)光二極管）目前增長勢頭良好，正開始替代白熾燈,、鹵素?zé)?、熒光燈、HID氙氣燈等其它種類的光源,。過去,，由于受到光線輸出的限制，LED只適用于儀器發(fā)光,。近年來,，高亮度LED（HBLED）開始用于建筑照明、裝飾照明,，以及標(biāo)識牌照明等,。HBLED亦成為CCFL（冷陰極熒光燈）光源的有力替代品，用作液晶電視和顯示器的背光照明。隨著HBLED技術(shù)的不斷發(fā)展,，HBLED發(fā)光效率可以達到35至50lm/W（流明/瓦）,，已經(jīng)超過了白熾燈和鹵素?zé)簦⒖梢耘c熒光燈相媲美,。如果HBLED技術(shù)進一步改善,，發(fā)光效率將高達100lm/W，從而超過熒光燈,，并最終與HID燈一決高下,。
應(yīng)當(dāng)指出，HBLED可以非常容易地實現(xiàn)全范圍內(nèi)的調(diào)光,，而熒光燈的調(diào)光不僅困難,，成本也高，且當(dāng)光輸出低于50%時不能調(diào)光,。
HBLED的顏色,、尺寸和額定功率各不相同。不同型號之間的電氣特性（尤其是正向壓降）差異較大;不同批次產(chǎn)品之間也有著很大不同,，因而公差范圍很寬,。此外，正向壓降的負(fù)溫度系數(shù)也增加了為具體應(yīng)用確定一款合適電源的難度,。當(dāng)前市場上出售的HBLED驅(qū)動電源大部分只是提供恒定電壓,。這種方法雖然直觀上來講易于被非技術(shù)用戶所理解，但實際上增加了系統(tǒng)的局限性,，同時降低了效率,。
HBLED根據(jù)電流而不是電壓確定等級。例如,，一個HBLED系列會包含多個型號,，具有不同的顏色和正向壓降，但額定電流卻完全一致,，如350mA或700mA,。除了單只銷售以外，HBLED還廣泛以包含多支相連發(fā)光管的面板形式出售,。
串聯(lián)HBLED電路中每只LED電流相同,，不過正向壓降不同（其值位于4V區(qū)間內(nèi)），因此一串HBLED的累積電壓會迅速增加,。為防止面板的供電電壓超過預(yù)期值,，一般面板同時采用串聯(lián)與并聯(lián)LED網(wǎng)絡(luò)。例如,，LumiledsFlood面板上有12支LED接成6個并聯(lián)LED對,，如圖1所示。
在上述情況中，制造商將HBLED接為并聯(lián)對,。由于它們的正向壓降表現(xiàn)為負(fù)溫度系數(shù),，為防止其中一只LED比另一只導(dǎo)入更多電流，必須在生產(chǎn)時進行精確匹配,。不幸的是,，即使少量失配也會在工作中產(chǎn)生巨大影響，因為如果一只LED與另外一只相比正向壓偏低,，其導(dǎo)入電流就會略高，溫度上升也會較快,，因此正向壓降降低的速率將高于另一只,，從而進一步加劇不平衡。即使制造商成功選擇了匹配的二極管,，但由于六對相互串聯(lián),，每一對的正向壓降也各不相同。這種情況下,，整個面板的總電壓為單只HBLED正向壓降的六倍,。該面板目前有六種不同顏色可供選擇，正向壓降在17V至21V之間,。此外,，公差相比之下也較大，如白光面板的電壓范圍為16到24V,。電壓的溫度系數(shù)為-12mV/攝氏度,，也就是說如果在25度室溫下面板的電壓為17V，那么在溫度為50度時電壓將為16.7V,。與此同時,，無論在何種情況下，面板的額定電流都保持在700mA,。
目前市場上出售的HBLED電源顯然無法為上述LED陣列提供電能,，除非增加一個串聯(lián)限流電阻。增加這個電阻后額定17V的面板可以在24V定壓與700mA電流下正常工作,，同時卻會產(chǎn)生（24-17）×0.7=0.49W的不必要散熱能耗,。這有悖于節(jié)能照明的精神。另外,，限流電阻也不是非常精確,。當(dāng)用一個24V電源以700mA為一個17V面板供電時，可以計算出電阻值為：（24-17）/0.7=10W,。然而,，如果面板電壓只有16V，則供電電流變?yōu)椋?4-16）/10=800mA，遠(yuǎn)高于額定電流,，會導(dǎo)致面板上LED的過驅(qū)動,，降低使用壽命。另一方面,，如果面板電壓為18V,，則電流為（24-18）/10=600mA，導(dǎo)致光輸出明顯減弱,。毫無疑問,，在正向電壓隨溫度變化的效應(yīng)下，恒壓方案表現(xiàn)出明顯的缺陷,，驅(qū)動HBLED顯然需要恒流電源,。
國際整流器公司最近推出了IRS2540控制IC，采用降壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)設(shè)計,，可在很寬的輸入電壓和輸出負(fù)載條件下提供穩(wěn)定的已調(diào)整電流源,，適用于多種不需要隔離的應(yīng)用，比如電源已經(jīng)隔離,，或類似交通信號燈等HBLED被封裝在2級外殼中外界無法接觸的裝置,。應(yīng)該指出的是，在建筑照明中,，熒光燈或HID燈的電子鎮(zhèn)流器與交流線之間一般也不存在電流隔離,。
Buck電路結(jié)構(gòu)只適用于輸入電壓高于輸出電壓的應(yīng)用情況，比如大多數(shù)的標(biāo)志牌,、裝飾和建筑應(yīng)用場合,。HBLED最常見的故障是短路，在串聯(lián)工作方式下,，當(dāng)一支LED出現(xiàn)故障時,，所有其它LED仍會正常工作。但在并聯(lián)結(jié)構(gòu)中,，一支LED短路會導(dǎo)致所有其它LED熄滅,。如圖1所示，如果陣列中一支HBLED出現(xiàn)短路故障,，與其成對的另一只LED將不再工作,，而其它LED仍能正常發(fā)光。
圖1典型的12支HBLED面板
基于IRS2540的Buck轉(zhuǎn)換器采用獨有的高側(cè)驅(qū)動器,，可連續(xù)監(jiān)控負(fù)載電流,，并通過時間延遲滯后控制法，精確地調(diào)節(jié)電流,，該方法已獲得專利,。
圖2 IRS2540LED轉(zhuǎn)換器
LED能夠從DC總線或直接從整流后的交流線上獲得電能,，因此整個系統(tǒng)顯得非常簡單靈活。無論Buck穩(wěn)壓器開關(guān)處于ON還是OFF狀態(tài),，懸浮的高側(cè)驅(qū)動器都可以確保IRS2540探測LED的負(fù)載電流,，從而提供優(yōu)勢明顯的平均電流控制功能。與此相反,，其它系統(tǒng)只能在ON期間探測電流,，只能采用峰值電流控制。由于平均電流控制器不僅僅在ON期間,，同時也可以在OFF期間進行調(diào)節(jié),，從而能夠在更寬的線路和負(fù)載范圍上工作而不會超出設(shè)計極限，因此自身具有穩(wěn)定調(diào)節(jié)的特點,。
圖3 IRS2540平均電流控制
優(yōu)點：簡單的設(shè)計理念就能實現(xiàn)非常精確的電流控制,，且自身具有穩(wěn)定性，不需要復(fù)雜的電路分析,。
由于LED負(fù)載需要最小紋波的直流電流，因此無論是峰值電流模式控制還是平均電流模式控制,，都采用在連續(xù)導(dǎo)通模式下工作的恒流驅(qū)動器,。
在IRS2540例子中，必須注意限制硬切換過程中的應(yīng)力,，即包含在負(fù)載電流超過或低于基準(zhǔn)電平的時間以及Buck開關(guān)狀態(tài)改變時間之間的定義延遲,。這一延遲與負(fù)載電流（IFB）的dI/dT相結(jié)合部分決定了系統(tǒng)運行時的頻率與占空比，同時頻率與占空比還進一步取決定于Buck電感,、輸出電容值以及轉(zhuǎn)換器的輸入,、輸出電壓值。
由于輸出電流恒定,，且開路保護容易實現(xiàn),，因此這種結(jié)構(gòu)本身就提供過載和短路保護。
眾所周知,，開關(guān)電源設(shè)計如果采用峰值電流控制并在連續(xù)模式下運行,，由于次諧波振蕩從而存在運行不穩(wěn)定的風(fēng)險。
采用斜坡補償（slopecompensation）可以解決這一問題,，但目前市場上的某些LED控制器并不支持振蕩器電容連接,，因此很難實施。另外,，斜坡補償也會引起被檢測電流與實際LED負(fù)載電流之間的誤差,。
也有人試圖采用固定OFF時間（而不是固定頻率）的工作方式來解決這一問題。這樣雖然可以緩解次諧波振蕩問題,，且占空比也大于50%,，但是,，為了增加占空比必須降低頻率，從而導(dǎo)致頻率在占空比范圍內(nèi)的大幅波動,。
對一個50%占空比,、100kHz頻率、固定OFF時間的系統(tǒng),，90%占空比時頻率必須為20kHz,，而10%占空比時頻率為180kHz。
由于ON和OFF時間都可以獨立變化,，占空比的變化從而對頻率幾乎沒有影響,，因此IRS2540不存在上述限制。
頻率大范圍變動的缺點是必須相應(yīng)增大電感值,。
有一種觀點認(rèn)為,，從濾波器簡單性考慮，固定頻率系統(tǒng)較基于IRS2540的可變頻率系統(tǒng)具有電磁兼容性（EMC）優(yōu)勢,。但現(xiàn)在人們意識到這種觀點建立在固定頻率電路的濾波器設(shè)計比可變頻率系統(tǒng)簡單這一誤解基礎(chǔ)上,，因此固定頻率方案慢慢轉(zhuǎn)向可變頻率方案。不過,，如果系統(tǒng)需要頻率變動達到一定的數(shù)量級,，系統(tǒng)對濾波器的要求會會相應(yīng)更高。
圖4中的開發(fā)板演示了IRS2540工作原理：以1.2A電流驅(qū)動一串17V正向電壓LED,，直接采用經(jīng)整流的110V交流電源,，在175kHz頻率下效率高達85%以上。
圖4 IRS2540LED轉(zhuǎn)換器開發(fā)板
很多應(yīng)用領(lǐng)域都需要調(diào)光功能,。此外,，主色調(diào)不同的LED相互組合可以通過調(diào)節(jié)各種顏色的強度產(chǎn)生所有光譜色，從而為顯示,、標(biāo)識和氣氛照明產(chǎn)生各種不同效果,。基于IRS2540的Buck穩(wěn)壓器系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制（PWM）控制信號邏輯電平的全范圍內(nèi)作調(diào)節(jié),。PWM信號頻率相對較低,，可用于切換LED驅(qū)動電流的開、關(guān),，并通過占空比在不改變光輸出顏色的情況下改變光輸出強度,。
PWM調(diào)光控制信號如圖5所示。高頻Buck轉(zhuǎn)換振蕩器在“突發(fā)模式”下運行,，以調(diào)節(jié)LED的平均電流,。信號頻率不會過低而產(chǎn)生閃爍。同時簡化了與基于微控制器的調(diào)光控制電路的連接,。
圖5調(diào)光工作
有了高亮度LED,，建筑師,、設(shè)計者、規(guī)范制定者和制造商能夠為劇院,、工作室,、夜總會、餐館和其它需要高亮照明的地點創(chuàng)造出前所未有的照明效果及燈光亮度,。例如,，通過使用DMX512協(xié)議等數(shù)字控制，各個角度都可以顯現(xiàn)出生動變化的照明效果,。無論燈具是嵌在臺面,、天花板還是墻面，燈具尺寸都不再決定照明角度,。伴隨HBLED技術(shù)的不斷改進,，照明世界正在經(jīng)歷天翻地覆的變化。
HBLED與白熾燈和熒光燈相比具有使用壽命長,，維護成本低,，以及不容易受到潮氣影響等優(yōu)勢，因而非常適合景觀照明與室外照明,。與傳統(tǒng)燈泡不同,，LED內(nèi)部沒有燈絲等易碎元件，無需輕拿輕放,。基于IRS2540的轉(zhuǎn)換器是上述應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇,。