基于软开关技术的单开关LED驱动电路研究

四川大学电气信息学院的研究人员李丹、张代润、杨林，在2017年第12期《电气技术》杂志上撰文，给出了一种应用于LED驱动场合的单开关软起动boost电路。电路包含两个串联谐振电路，能够实现开关管的零电流开通和关断，降低开关损耗，从而大幅提高驱动电路的效率。

本文提出的驱动电路能够提供恒定的输出电流，且不受输出电压波动的影响，因此该驱动电路非常适合于LED驱动。平均输出电流和开关频率、谐振电容及输入电压有关，而不受输出电压波动的影响。因此，对于特定的输出电流，该驱动电路的开关频率和占空比是恒定的，这也使得控制电路非常简单。

由于需要较少的元器件，该驱动电路非常适合于经济性指标要求高的场合。本文给出了一种12V/60V驱动电路的仿真结果用于验证该电路的正确性和有效性。

全球电能需求持续增长，其中照明用电占全球电能需求的20%[1]-[3]。以低能消耗方式满足更多的照明需求，照明设计工作中的照明效率则至关重要[4]。LED（发光二极管阵列）拥有高效率、高亮度、长寿命周期、快速响应及高度集成、可选颜色多等很多优秀特性，可以满足高效率照明的需求。

近些年已经开始取代了传统照明长期使用的荧光灯和白炽灯，得到了愈加广泛的应用。此外，LED结构中不需使用水银和其他有害化学成分，也使得其在应用过程中不会污染环境，在绿色照明趋势下，这是一个非常重要的优势[5]-[8]。

LED照明的密度取决于流过其中的电流，因此，控制流过LED灯串的电流是非常必要的。而且，恒定电流有利于消除LED中的频闪，50Hz的频闪通常容易造成眼部疲劳及其他的伤害。和线性控制电源相比较，开关电源驱动LED灯串时可以提供更高的效率、功率密度和更高的控制精度，因此，是一种更为理想的选择。

近年来，出现了很多基于多种不同拓扑电路的LED驱动电路，主要是通过设计输出电流恒定的驱动电路和独立输出电流和独立输出电压的驱动电路。在文献[9]中，作者提出了一种基于buck驱动电路的LED驱动电路。这种buck驱动电路通过一个开关管具有高功率因数、高效率和低谐波电流的特性。然而这种驱动电路是硬开关模式，它的开关损耗较高。

文献[10]和[11]分别给出了一种用于LED驱动的高效率、低功耗硬开关buck电路和boost电路。文献[12]提出了一种高效率变压器低谐振buck驱动电路，通过断续导通模式实现了功率因数校正和调光的目的，然而，这种驱动电路所需元器件较多。文献[13]中对应用于LED驱动的现有斩波电路（Cuk，SEPIC和buck-boost）进行了比较分析。

本文给出了一种无频闪单开关软起动谐振LED驱动电路，其控制电路也比较简单。在串联谐振支路上，开关动作于电感电流为零时刻，因此开关管的开关损耗大大降低了，进而提高了驱动电路效率。该电路工作时，其占空比和频率是恒定的。本文也给出了理论分析和仿真结果。

图1 LED驱动电路拓扑

结论

由于LED需要恒定电流来驱动，而且要求流过LED的电流不受电压波动影响，本文给出了这种单开关软起动谐振LED驱动电路。通过实现零电流起动的方式提高了驱动电路的工作效率。

该驱动电路能够提供不受输出电压波动所影响的恒定平均输出电流。同时，该驱动电路所需的元器件较少，较为经济，因此特别适合于LED驱动应用。本文最后给出的仿真结果也验证了该前面对该驱动电路的理论分析。