最根底的LED照明电路原理及其剖析：
选用AC-DC 电源的LED 照明使用中，电源转化的构建模块包含二极管、开关（FET）、电感及电容及电阻等分立元件用于履行各自功用，而脉宽调制（PWM）稳压器用于操控电源转化。
电路中一般参加了变压器的阻隔型AC-DC 电源转化包含反激、正激及半桥等拓扑结构，参见图3，其间反激拓扑结构是功率小于30 W 的中低功率使用的规范挑选，而半桥结构则最适合于供给更高能效/功率密度。就阻隔结构中的变压器而言，其尺度的巨细与开关频率有关，且大都阻隔型 LED 驱动器根本上选用“电子”变压器。
选用 DC-DC 电源的LED 照明使用中，能够选用的LED 驱动办法有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等，根本的使用示意图参见图 4。电阻型驱动办法中，调整与LED 串联的电流检测电阻即可操控LED 的正向电流，这种驱动办法易于规划、本钱低，且没有电磁兼容（EMC）问题，下风是依赖于电压、需求挑选（binning） LED，且能效较低。
线性稳压器相同易于规划且没有EMC 问题，还支撑电流稳流及过流维护（fold back），且供给外部电流设定点，缺乏在于功率耗散问题，及输入电压要一直高于正向电压，且能效不高。开关稳压器经过PWM 操控模块不断操控开关（FET）的开和关，然后操控电流的活动。
开关稳压器具有更高的能效，与电压无关，且能操控亮度，缺乏则是本钱相对较高，复杂度也更高，且存在电磁搅扰（EMI）问题。LED DC-DC 开关稳压器常见的拓扑结构包含降压（Buck）、升压（Boost）、降压-升压（Buck-Boost）或单端初级电感转化器（SEPIC）等不同类型。
其间，一切作业条件下最低输入电压都大于LED 串最大电压时选用降压结构，如选用24 Vdc 驱动6 颗串联的LED；与之相反，一切作业条件下最大输入电压都小于最低输出电压时选用升压结构，如选用12 Vdc 驱动 6 颗串联的LED；而输入电压与输出电压规模有交迭时能够选用降压-升压或SEPIC 结构，如选用12 Vdc 或12 Vac 驱动 4 颗串联的LED，但这种结构的本钱及能效最不抱负。
选用交流电源直接驱动LED 的办法近年来也获得了必定的开展， 其使用示意图参见图5。这种结构中LED 串以相反方向摆放，作业在半周期，且LED 在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势，如防止AC-DC 转化所带来的功率损耗等。可是，这种结构中LED 在低频开关，故人眼可能会察觉到闪耀现象。此外，在这种规划中还需求参加LED 维护办法，使其免受线路浪涌或瞬态的影响。
LED维护电路规划原理及其思路：
导言
跟着LED外延资料、芯片工艺及封装技能的前进，LED的发光功率不断提高，这使得LED光源替代传统光源成为可能。理论上说，LED具有寿数长、功率高级长处，但在一些实践使用中却给人留下了光衰大、寿数短的形象，这大大影响了半导体照明的遍及和推行。究其原因，主要是LED的驱动电源问题。
LED寿数长、功率高是有条件的，即适合的作业条件。其间影响寿数和发光功率的主要因素是LED的作业结温。从干流LED厂家供给的测验数据标明，LED的发光功率与结温简直成反比，寿数跟着结温升高近乎以指数规则下降。因而，将结温操控在必定规模是保证LED寿数和发光功率的要害。而将结温操控在必定规模的手法除散热办法外，将结温归入驱动电源的操控参数是非常必要的。
LED结温的检测
LED的结温是指PN结的温度，实践丈量LED的结温比较困难，可是能够依据LED的温度特性间接丈量。
LED的伏安特性和一般的二极管类似。用于白光照明的蓝光LED典型的伏安特性如图1所示。
图1 LED的伏安特性
LED的伏安特性和其它二极管相同具有负温度系数的特色，即在结温升高时I/V曲线呈现左移现象，如下图所示。
图2 伏安特性的温度特性
一般LED的结温每升高1°C ，I/V曲线会向左平移1.5~4mV，假设所加的电压为安稳，那么显着电流会添加，电流添加只会使它的结温升得更高，乃至导致恶性循环。所以，现在LED驱动电源一般规划为恒流供电。
依据I/V曲线随结温升高左移的规则，在恒流供电的情况下，丈量LED的正向电压就能够核算LED结温。
在实践使用中，往往不需求确认LED结温的特别准确的数值，此刻能够用实验的办法确认全体灯具LED光源结温的预算数值。以一个12W筒灯为例，光源部分由4并6串中功率LED组成，其电路衔接方式如下：
图3 LED光源电路衔接图
确认正向电压与结温的联系的实验过程为：1）将光源置入恒温箱中；2）设置恒温箱的温度；3）待恒温箱内温度充沛平衡安稳后，在光源两头接入恒流源；4）敏捷丈量光源的正向电压并记载；5）重复上述过程1）~（4），恒温箱温度由低到高，测得多点数据。
按上述过程，对12W筒灯光源进行三次丈量，数据如下：
表1 LED正向压降与结温的丈量数据
由表1能够看出，丈量数据的一致性和规则性很显着。
因测验时刻较短，能够将丈量时恒温箱设置温度近似等于LED光源的结温。在600mA恒流的情况下，经过数学办法不难得出光源模块正向电压与结温的联系。使用ExcEL东西，以温度为X轴，平均值为Y轴，生成（X，Y）散点图，挑选线性回归剖析类型则可生成如下趋势图和公式。
图4 Excel生成的趋势图
由此可见，一个由4并6串中功率LED组成的光源，在600mA恒流驱动时其正向电压与结温的联系为：
Vf = -0.0207Tj+ 20.332 （1）
Tj= 982.22-48.31Vf （2）
式中Vf为LED光源的正向压降，Tj为结温。需求留意的是，不同厂家不同标准的LED产品尽管都契合上述趋势，但详细数据却有必定的差异，因而替换厂家后标准型号需从头实验。
LM3404介绍
跟着LED照明使用的开展，国内外厂家推出了许多用于驱动LED的器材。其间美国国家半导体公司推出的LM3404及系列产品便是一款非常适用于中小功率LED光源的恒流驱动芯片。
LM3404内置MOS开关管，最大输出电流1A，功率高达95%.这款芯片选用8引脚SOIC封装，其间的一条引脚能够使用脉宽调制（PWM）输入信号操控LED的光亮度。
此外，这款芯片能够使用低至0.2V的反应电压供给电流检测功用。输入电压6~42V，其内部电路结构如图5所示。
图5 LM3404内部电路结构图
引脚界说：
SW：内部MOS管输出端，一般需外接一个电感和一个肖特基二极管；
BOOT：内部MOS管发动引脚，一般用一个10nF电容与SW端相连；
DIM:PWM调光输入端，经过输入不同占空比的PWM信号，可调整输出的平均功率；
GND：接地端；
CS：反应引脚，用于设置恒流值；
RON：在线操控端，该引脚接地可使芯片停止作业并处于低功耗状况；
VCC：供电引脚，该端由芯片内部供给一个7V电压，使用时接一个滤波%&&&&&%到地；
VIN：输入端，电压规模6~42V，关于LM3404H规模为6~75V.
LM3404使用非常简略，一个用LM3404的典型使用如图6所示。
图6 LM3404典型使用电路图
图中，Rsns为取样电阻，可依据规划恒流值确认；Ron一般选用100k左右的电阻；可决定开关频率；L1为输出电感，可依据规划纹涉及开关频率等参数确认。
依据结温维护的LED电源规划
依据结温维护的LED驱动电路要害在于结温检测和怎么维护。依据上述结温与LED正向电压的联系，丈量LED光源的正向电压即可确认结温，但一般LED恒流驱动电路的纹波较大，为防止误维护，检测电路有必要要对丈量值进行滤波。另一方面，当结温超越设定值时的维护办法，如能使光源下降功率作业，整个灯具降级运转，是较为合理的计划。选用带模仿输入的低功耗的单片机，能够对检测数据进行数字滤波，并经过PWM输出操控驱动调理LED光源功率，可简化检测电路和操控电路的规划。
Microchip公司PIC12F675具有可编程的4通道模仿量输入、10位分辨率模数转化的低功耗在线可编程的单片机，其内置看门狗、4MHz振荡器、128字节EEPROM，单字节指令系统，8脚封装。是一款简略有用的、性价比较高的单片机。将LED光源的正向电压经取样后接入PIC12F675的模仿输入端，经AD转化、去除粗大差错、取多个数据的均值作为结温判别依据，输出PWM信号对恒流驱动芯片进行操控，以到达调理输出功率的作用。
此外，依据丈量值还能够进行开路判别，然后也简化了开路维护电路。
仍以光源部分由4并6串中功率LED芯片组成的筒灯为例，规划恒流值为600mA，结温维护点为80℃左右，依据式（1）得出其光源电压维护点为18.68V，即光源两头的电压低于18.68V时，LED结温会超越80℃，此刻驱动应采纳维护办法。由LM3404和PIC12F675组成的依据结温维护的LED电源电路原理图如图7所示。
图7 依据结温维护的LED电源电原理图
原理图中，CX1、L1、L2组成输入EMC滤波电路，经AC/DC转化输出24V直流，如为电池供电的应急照明、太阳能照明、及车载照明等使用时，则该部分省掉。R1、LM3404、C4、D1、L3、R7组成典型的恒流驱动电路，关于4并6串的LED中功率芯片组成的光源模块，取样电阻为0.39Ω。R2、R3、R4与LM431组成稳压电路，为PIC12F675供给安稳的5V电源和内部AD转化的电压基准。
LM3404的输出经R5、R6分压后输入PIC12F675的模仿端口AN2，PIC12F675经内部AD转化、核算获取LED光源的正向电压，依据设定值程序发生PWM信号，经过GP4引脚接入LM3404的DIM端对其输出功率进行调整。
PIC12F675初始设置GP4输出高电平，如测得LED正向电压在合理规模内，则保持高电平输出使LM3404正常作业；如LED正向电压逐步变低并低于设定值18.68V，则在GP4引脚输出PWM信号，其占空比可顺次下降，直至LED正向电压低于设定值。当测得LED正向电压很高时可断定输出开路， PIC12F675可输出低电平封闭LM3404的输出。
需求指出的是，输出电压取样包含了用于LM3404恒流操控的电流取样电压约0.23V，在PIC12F675的核算程序中应予以调整。
P%&&&&&%12F675的程序框图见图8.
图8 单片机程序框图
结语
关于由4并6串中功率LED组成的12W筒灯，在选用上述驱动计划的实验中，人为向散热外壳吹热风或光源与散热外壳触摸脱离时，LED光源将敏捷变暗，光源基板温度随之下降，有效地维护了光源自身。当使灯具康复正常状况后，LED光源亮度也很快康复正常。
实践使用中，结温超出设定值的原因许多，如恶劣的环境、散热器触摸问题、或在强制风冷条件下的风机停转等。结温升高将导致LED光源的正向电压下降，特别在光源由多个LED串联的情况下，下降起伏非常显着。
经过检测LED光源正向电压的办法，间接丈量结温，并使用单片机调理LED光源的功率，可大大提高全体灯具的可靠性和寿数。此外，依据结温维护的LED电源因为使用单片机进行操控，很简单扩展其它功用。如作为路灯，可经过编程使后半夜下降功率运转，然后进一步节能和延伸灯具寿数；参加其它传感器，可完成按需照明；参加长途通讯模块，能够使灯具组成智能操控网络等等。
