LED驱动器工作原理全解析：从整流滤波到恒流输出

发布时间：2025-09-03

来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)

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LED驱动器作为LED照明系统的“心脏”，其核心功能是将市电或直流电源转换为LED器件所需的稳定恒流电源，直接决定了LED灯具的发光效率、寿命及可靠性。不同于传统照明负载，LED属于电流驱动型半导体器件，其正向伏安特性呈现非线性，微小的电压波动就可能导致电流急剧变化，进而引发光衰加速甚至器件烧毁，因此LED驱动器的核心技术逻辑围绕“电源转换”与“电流稳定”两大核心展开，从市电输入到恒流输出需经过整流滤波、功率因数校正、DC-DC转换、恒流控制及保护机制等多个关键环节的协同作用。​

市电作为LED驱动器最常见的输入电源，其标准参数为220V/50Hz的交流电，而LED需要的是低压直流电，因此第一步必须完成交流电到直流电的转换，这一过程由整流电路实现。整流电路的核心元件是二极管，利用二极管的单向导电特性将交流电的负半周“翻转”为正半周，从而得到方向不变但波形脉动的单向电流。目前行业内普遍采用桥式整流电路，由四个二极管按“桥式”结构连接组成，当市电正半周输入时，两个对角的二极管导通，电流沿固定路径流过负载；负半周输入时，另外两个对角的二极管导通，电流仍沿同一方向流过负载，最终在整流电路输出端得到脉动的直流电压。但这种脉动直流含有大量的交流谐波成分，无法直接为LED供电，必须通过滤波电路进行平滑处理。滤波电路通常由电解电容器构成，利用电容器“隔直通交”的特性，当整流输出电压高于电容两端电压时，电容充电储存电能；当整流输出电压低于电容两端电压时，电容放电释放电能，通过充放电的动态平衡，将脉动的直流电压平滑为波动较小的直流电压。需要注意的是，电解电容的容量选择需根据输入电压、输出电流及允许的电压纹波来确定，容量过大虽能降低纹波，但会增加驱动器体积和成本，容量过小则无法满足LED对电源稳定性的要求。​

经过整流滤波后的直流电源虽然解决了“交直流转换”问题，但存在功率因数偏低的问题。功率因数是衡量电力系统效率的重要指标，传统整流滤波电路由于电容的容性负载特性，会导致输入电流波形畸变，呈现出窄脉冲状，而非与输入电压同相位的正弦波，使得有功功率远小于视在功率，不仅降低了电网利用率，还会产生谐波干扰，影响其他用电设备的正常工作。因此，现代LED驱动器普遍加入功率因数校正（PFC）电路，其核心目标是使输入电流波形跟踪输入电压波形，提高功率因数至0.9以上。PFC电路主要分为无源式和有源式两种，无源式PFC通过电感、电容等无源元件组成滤波网络来改善电流波形，结构简单、成本低，但校正效果有限，仅适用于低功率LED驱动器；有源式PFC则采用开关电源技术，通过控制芯片驱动功率开关管（如MOSFET）的导通与关断，调节电感的储能与释能过程，使输入电流实时跟随输入电压变化，校正精度高，可实现接近1的功率因数，广泛应用于中高功率LED驱动器。

DC-DC转换电路是LED驱动器实现电压调节与电流控制的核心环节，其作用是将PFC电路输出的高压直流电压转换为LED所需的低压直流电压，并为恒流输出奠定基础。根据拓扑结构的不同，DC-DC转换电路可分为Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost（升降压）等多种类型，实际应用中需根据LED模组的额定电压与输入电压的关系选择合适的拓扑。以最常用的Buck拓扑为例，其由功率开关管、续流二极管、电感和输出电容组成，工作过程分为两个阶段：当开关管导通时，输入电压加在电感两端，电感开始储能，同时向负载（LED模组）和输出电容供电；当开关管关断时，电感因“阻碍电流变化”的特性产生反向电动势，续流二极管导通，电感释放储存的能量，继续向负载和电容供电。通过控制芯片调节开关管的导通占空比（导通时间与开关周期的比值），即可改变电感的储能与释能时间，从而调节输出电压的平均值。需要强调的是，DC-DC转换电路的开关频率通常在几十kHz到几百kHz之间，较高的开关频率可减小电感和电容的体积，有利于驱动器的小型化设计，但同时也会带来开关损耗和电磁干扰（EMI）问题，因此需在开关频率、效率和EMI性能之间进行平衡。

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恒流输出是LED驱动器的最终目标，也是区别于普通电源适配器的关键特征。恒流控制技术主要通过反馈调节机制实现，核心思路是实时检测LED的工作电流，与预设的基准电流进行比较，根据偏差值调节DC-DC转换电路的开关占空比，从而使输出电流稳定在设定值。电流检测通常采用两种方式：一种是串联检测电阻，利用欧姆定律通过检测电阻两端的电压降计算电流大小，该方式成本低、精度高，但会产生功率损耗，适用于中低功率场景；另一种是利用电感的峰值电流或谷值电流进行间接检测，通过检测功率开关管的电流来反映电感电流，可避免检测电阻的损耗，适用于高功率驱动器。恒流控制模式主要包括脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）两种，PWM模式通过固定开关频率、调节导通占空比来稳定电流，响应速度快、输出纹波小；PFM模式通过固定导通时间、调节开关频率来稳定电流，轻载效率高，但输出纹波相对较大。​

从整流滤波的交直流转换，到功率因数校正的电网效率优化，再到DC-DC转换的电压调节和恒流控制的电流稳定，最后通过多重保护机制确保安全可靠，LED驱动器的工作过程是一个多环节协同的精密电源转换系统。每个环节的技术参数和设计方案都直接影响驱动器的整体性能，如效率、电流精度、纹波系数和可靠性等。随着LED照明技术的不断发展，驱动器正朝着高效率、小型化、智能化和高可靠性的方向演进，但无论技术如何升级，其核心工作原理始终围绕“稳定恒流输出”这一根本目标，通过各功能模块的有机结合，为LED器件提供持续、稳定的电力支持，保障照明系统的优异性能。

关键词：升压LED驱动器

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