HVHB LED采用PFC升壓配置驅動，具有體積小，PFC高，效率高，成本低，復雜度低等優(yōu)點，是CFL照明解決方案的有競爭力的替代品。

作為消費者，公司甚至各國都在尋找低成本，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照明設備價格便宜，但開啟速度慢，并且調光性能差。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。

半導體制造商繼續(xù)創(chuàng)造新的LED驅動器組件，以降低系統(tǒng)復雜性和成本。與此同時，LED制造商正在推動高亮度LED的功效（發(fā)光效率），以減少所需的LED數(shù)量，并降低調節(jié)它們所需的功率。

其中一項創(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電流，從而產(chǎn)生光發(fā)射。這些新型LED帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。雖然最初設計為直接從交流線路自驅動，但低效率，低功率因數(shù)和無法調暗等因素限制了它們可以服務的應用數(shù)量。

在圖1中我們看到了將這些LED直接從交流線路上驅動。為了滿足整個電壓范圍（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。這意味著當電壓處于標度的上限時，電壓會在限流電阻上下降。這會造成損失并大大降低效率。這也會產(chǎn)生熱量，這可能會限制LED的壽命。現(xiàn)在讓我們看一下圖1中的開啟時間。由于LED僅在達到或超過Vf時導通，因此僅使用峰值電壓創(chuàng)造光明。由于它在整個AC周期中占很小的比例，因此功率因數(shù)非常低（遠低于美國，歐洲和印度所稱的額定值，使得它們在這些國家的住宅和商業(yè)照明中無法使用）。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行所需的更多的電力。最后，由于大多數(shù)調光器（TRIAC或電子）通過斬波提供給燈的AC波形來操作，因此僅在燈導通的短暫時段期間發(fā)生調光。這意味著，對于90％或更多的調光范圍，燈光將全部開啟或全部關閉

圖1：沒有驅動器的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。從驅動器的角度來看，它們非常適合直接從升壓功率因數(shù)校正（PFC）電源驅動（見圖2）。該拓撲結構通過將電流消耗與AC電壓波形相匹配來控制輸送到負載的功率，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0.7或0.9的監(jiān)管機構要求，這是在美國，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好處是能夠產(chǎn)生足夠高的電壓，因此無論輸入電壓如何，都可以使用一種電源設計。因此，可以實現(xiàn)通用輸入LED燈（90至253Vac）。與往常一樣，存在通用輸入的權衡。滿足120 Vac和220 Vac應用的設計提供了一個產(chǎn)品設計，一個構建和一個庫存項目的好處。但是，為了實現(xiàn)這一點，您必須允許設計處理比110 Vac操作所需的更高電壓，以及高于高壓應用所需的電流。與針對每個電壓范圍的優(yōu)化解決方案相比，這相當于更高的總物料清單（BOM）成本和更大的組件。

高電壓還意味著對于給定輸出功率的低電流。例如，要創(chuàng)建一個16 W LED光源（使用四個串聯(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電容，允許使用壽命長，價格低廉的陶瓷電容器。使用這種電容器可以延長整個光源的使用壽命，因為它不需要電解電容器。典型的長壽命電解電容額定為20，000小時，但如果它們過熱則會顯著降低，而壽命長達50，000小時的LED則會顯著降低。這是在街道照明，高棚照明和其他高環(huán)境溫度應用應用中的重大成就。從效率方面來看，開關模式LED驅動器中的主要損耗元件是LED本身：開關電源電源（IC），驅動FET和整流器。將開關頻率保持在合理的頻率（例如150 kHz）可以最大限度地降低FET中的開關損耗，而低電流意味著整流器中的功率損耗很低?？梢灶A期效率大于90％，并且僅在整個VIN范圍內略有不同。

功率因數(shù)校正可通過多種方式實現(xiàn)：

主動：使用具有用于匹配電流消耗與輸入電壓的內置算法

谷填充技術：當AC輸入處于轉換狀態(tài)時，需要路由二極管和存儲電容來提供電流

自然：一般情況下不連續(xù)運行的反激式配置中的開關模式電源（SMPS）

谷填充操作通過要求低壽命電解來限制驅動器壽命。反激操作需要變壓器的費用，以及產(chǎn)生大量電磁干擾（EMI）輻射（通過變壓器的磁通損耗）和傳導（通過不連續(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器件的簡單升壓設計。

使用相同技術驅動低壓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。這增加了驅動器的復雜性和成本，通常增加了整個功率級以將高PFC電壓轉換為LED電流。驅動低壓LED的一種更常見的方法是使用以不連續(xù)模式運行的反激式拓撲中的電源（參見圖3）。變壓器的匝數(shù)比有助于橋接VIN和Vf之間的電壓差。這種拓撲結構的缺點是復雜性（并且通過關聯(lián)，成本較高），不能接受通用AC輸入，增加EMI傳導和輻射（由變壓器的反射電壓和磁通量損耗引起）。而且，沒有大容量電容器設計要困難得多。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驅動器

LED照明的一個重要特性是能夠使用現(xiàn)有的調光解決方案（主要是基于TRIAC）進行調光。這種在整個TRIAC范圍內調暗的能力是將正確驅動的LED與不良或自驅動LED以及CFL選項分開的原因。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載以使調光器保持導電模式。過濾AC線對于降低60 Hz波形不會影響LED的驅動電壓以及限制傳導EMI傳播回輸入波形（因此違反FCC規(guī)范）至關重要。

通過“解碼”實現(xiàn)調光“在TRIAC調光期間的AC特征，并將結果轉換為電壓或電流等效值。然后可將其直接插入電源，或轉換為脈沖寬度調制（PWM）信號，以根據(jù)調光百分比調節(jié)LED“開啟”時間。

調光時需要權衡利弊。注入驅動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，它有幾個缺點。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。這可能會在LED的光輸出中顯示為閃爍。另一個缺點是模擬調光減少了通過LED的電流并導致調光范圍內的顏色變化。例如，全電流的藍白色LED在低電流時可能會出現(xiàn)更多的黃白色。

通過數(shù)字調光（例如PWM），LED串通過并聯(lián)FET短路來打開和關閉，通過將FET與電流檢測電阻并聯(lián)來斷開或斷開接地。以這種方式，電流通過LED保持恒定，但由于在一段時間內被點亮，它們看起來更暗。優(yōu)點是顏色在調光范圍內不會發(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系列中的兩個可確保所有輸入電壓（90至277 Vac）均可通過有源PFC升壓設計實現(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

總之，HVHB LED在采用PFC升壓配置驅動時具有體積小，PFC高，高等優(yōu)點效率高，成本低，復雜度低。所有這些都為當今市場上的CFL照明解決方案提供了極具競爭力和吸引力的解決方案。