一文读懂 LED 线性驱动前世今生和未来

前不久在照明微课堂上看到一则消息：走 DOB 出澳大利亚，用作风扇灯，结果不良率超过 30%，失效原因被老外定为浪涌。那家老板下定决心：公司只做开关电源方案及阻容方案，这辈子只要人不死就绝不做线性电源方案。

这个誓下得够重的啊！今天我们就来聊聊 LED 线性驱动方案的前世、今生和未来。

前世

线性驱动方案，这个名词大约在 3~4 年前已经在 LED 照明这个江湖上开始扬名立万，这是属于 LED 照明行业特有的专有术语。当照明行业开始兴起时，业界技术上碰到的一个技术难题便是 LED 芯片的寿命和开关电源驱动中使用的电解电容不匹配。

成熟的 LED 发光芯片把寿命做到 5~10 万小时并不是难事，但是驱动 LED 发光芯片电源中所使用的电解电容标称的寿命只有 8000~10000 小时/105C，当电解电容寿命终结时，从严格意义上来讲，LED 灯寿命基本上也就终结了。这严重不匹配啊！而且还不能给客户多配几个电解电容，坏了得自己换。

这可怎么办？当然电源界中不缺大牛，很快就有人想到，既然 LED 发光芯片也是半导体，单颗 LED 的驱动电压只有 3V，那有没有办法在整流之后让电流直接去驱动 LED 灯串？只要整流之后的输出电压高于 LED 灯串不就可以了吗？再通过 IC 限制一下最大输出电流不就行了吗？这显然是行得通的，好主意。于是诞生了第一代线性驱动方案。

看，不需要电解电容，LED 灯串能被点亮了。不是挺好的吗?

不过，如果对电源驱动和 LED 负载特性有比较深入了解的童鞋很快就会发现一个问题：输入的电解电容取消了，那么经 BD1(桥堆)整流后的电压波形是 100~120Hz 的馒头波。这个波形去驱动多串多并后的 LED 灯串后，必然会存在有部分时间 LED 灯串会没有电流，导致 LED 灯串熄灭并且通过灯串的电压越高，熄灭的时间越长。

如果想让 LED 导通时间延长的话，在这种拓扑架构下，只能减少 LED 灯串数从而降低 LED 灯串电压。

好童鞋，眼光真是犀利！

由于 LED 要亮起来必然要求有电流通过，因此这种方案在做成整灯后必然会有比较大的频闪(LED 中的电流断续流过)。

今生

当然更牛的大咖还是会有。既然单段线性恒流方案不够好，那么可以改进一下，怎么样才能尽量让暗区的时间变小而且保持不是那么低的 LED 灯串数和电压，目前线性恒流的方案一般都是多段线性恒流。

从分段导通示意图中可以看出：当整流后电压只达到 LED1 灯串开启时，电流通过 IC 中的 D1 脚和 CS1 脚回流到整流管；当整流后的电压继续上升，达到 LED1+LED2 灯串的驱动电压时，电流通过 IC 的 D2 脚和 CS2 回流到整流管；继续上升达到 LED1+LED2+LED3 灯串电压时，电流通过 D3 和 CS3 回到整流管。

反之，当整流后的电压下降时，则逐步关闭相应的灯串。这种思路就可以通过调整 LED1/LED2/LED3 灯串的电压分配来达到扩宽导通时间的目的。

当然由于在一个周期内实际上由于每个 LED 导通的时间不同，光通还是有一定程度的变化，频闪的幅度会比单段线性恒流要好一些。

线性恒流实物图：

我从照明微课堂老司机徐工那里”盗”来几张实测电流波形和闪烁度的测试图：

▲以上三张图只能说有些电流平稳性比较差，有些很差。

闪烁度测试：

从这张闪烁度值 99.83% 中,我们可以看到照度呈现脉冲状起伏，照度从最低 0 到 1600 lx 变化。当然由于人眼的视觉暂留功能感觉也许不会像测试数据那么差，但是快速明暗变化的光对人眼的伤害是不言而喻的。

对了，我还没有回答文章刚开始微信群里那位朋友的问题。为什么线性方案装到风扇灯中故障率如此之高？

那是因为风扇是感性负载，当风扇一启动时，瞬态的电压可以冲得很高，是正常市电电压的好几倍都有可能。而做线线方案时很多工厂出于成本考虑，把必要的抗雷击浪涌器件去除，以及没有电解电容，导致抗外界冲击能力不够(EMS)。结果 IC 可能已经被浪涌电压打坏，自然就没有办法实现预定的各项功能。各种故障现象也就出来了，比如不亮/乱闪等等。

那是不是说，打死也不用线性方案？那倒也不至于。线性方案的优点是可将光源和驱动集成在同一块铝基板上，驱动的成本低，加工容易，容易做成符合 Zhaga 标准要求的光引擎。个人觉得在对光品质要求不高的领域，比如楼道灯，小夜灯等场合来应用并且供电系统电压稳定下应该是适用的。

未来

线性方案今后要是能解决驱动灯珠光效不高，频闪和抗干扰能力弱问题后，也许能赢得较大的市场份额。