盡管為通用照明應用而設計的基本LED驅動器相對簡單，但是當需要切相調光(phase cut dimming)和功率因數校正等附加功能時，這種設計就將會變得非常復雜。不帶功率因數校正功能的非調光LED驅動器一般包括一個離線開關電源，用其進行調節以實現恒流輸出。這與標準離線開關電源和在AC-DC適配器中通用的型號并無太大差異。這種設計可以采用標準的SMPS(開關電源)電路拓樸，如降壓、升壓或反激式轉換器等。

　　2009年12月3日，美國能源局(DOE)為一體化LED燈項目發布了“能源之星”規格的最終版，規定在美國應用的LED驅動器的功率因數必須優于0.7，而工業應用則預計要優于0.9。目前市場的許多產品尚不能滿足這樣的要求，因此未來需要用更先進的產品來進行替代。有兩種方式可以實現功率因數校正(PFC)，每種都要求在電源轉換器的前端增加一些附加電路：簡單的低成本無源PFC，以及更復雜的有源PFC。

　　在更深入研究這些方法之前，需要強調的一點是為了獲得“能源之星”評級， LED驅動必須是可調光的。

　　一般而言，這就意味著其可調性會源于現有的基于切相工作原理的墻式電子調光器，這一原理最初是用來設計純阻抗白熾燈。盡管其它調光方法，如線性0-10V調光或DALI也可能合乎要求，但是它們可能都僅限于高端工業類LED驅動器。

　　到目前為止，切相調光器的應用相當廣泛，很顯然，能夠有效調光的LED燈將具有極大的優勢。由于市場上還有許多基于三端雙向可控硅開關的低成本調光器，因此保證LED驅動器與所有類別相兼容是不現實的，特別是許多調光器僅采用基本設計，性能十分有限?；谶@樣的原因，“能源之星”項目僅要求LED驅動器廠商在一個網頁中詳細說明哪些調光器可以與其產品相兼容。

　　在“能源之星” 規格中，值得注意的另外一個要求是LED的工作頻率必須大于150Hz，以消除出現可見閃爍的可能性。這就意味著給LED供電的輸出電流中不能帶有任何大量的頻率是線性頻率(50Hz或60Hz)兩倍的紋波。

　　在如辦公室照明、公共建筑和街區照明等離線應用中，越來越多的應用中采用LED照明，并且在未來幾年里仍將保持這一趨勢。在這些應用中，大功率LED會取代線性或大功率CFL熒光燈、HID燈以及白熾燈。這些應用需要一個LED驅動器，其典型功率范圍為25W至150W。在許多情況中，LED負載都由一個的高亮度白光LED陣列組成，通常采用多種形式的芯片封裝。用于驅動這些負載的DC電流通常至少為1安培。實際也有AC電流驅動的LED系統，但是一般認為DC系統可以為LED提供更理想的驅動條件。

　　在LED照明設備中需要進行電流隔離，以防止在可以接觸到的地方發生觸電危險，這種危險在大多數情況下都可能發生，除非采用一個絕緣的機械系統。這是由于與日光燈照明設備等不需要通過絕緣來實現安全性的產品不同，LED芯片需要與金屬散熱器連接。為了實現良好的熱傳導性，需要在LED芯片和散熱器之間形成熱障，這樣就無需通過添加絕緣材料來滿足絕緣要求。因此，在LED驅動器內部形成絕緣就是最佳選擇，同時也說明了電源轉換器拓樸技術是可行的。

　　兩種可能方案分別是反激式轉換器或包括一個PFC級的多級轉換器，然后是絕緣和降壓級，最后是后端電流調整級。兩種方案之中，反激式因其相對簡易且成本較低，應用比較廣泛。

　　反激式轉換器為許多應用提供了良好的解決方案(圖1)，然而，它卻具有如下的局限性：有限的功率因數校正能力;在寬輸入電壓范圍上效率有限;兩倍線頻(<150Hz))時的輸出紋波很難消除;需要通過附加電路進行調光。

圖1：采用反激式轉換器的LED調光

　　盡管多級設計(圖2)的額外成本限制了其在高端產品中的應用，但這種設計卻可以克服其中的一些問題。在較寬的AC輸出電壓范圍內，其可以實現高功率因數和較低的總諧波失真(THD)，從而使相同的LED驅動器可以利用110V、120V、220V、240V或277V的主電源供電。

圖2：采用多級轉換器的LED調光

　　能夠在很寬的范圍上保持高效率，而不是使效率在一個特定線負載點上達到峰值，但在不同的條件下卻又大幅下降。同時，它也更易于降低150Hz下的紋波輸出，多級系統使其自身能夠更加高效的采用不同的調光方式。

　　本文其余部分將深入探討寬電壓輸入范圍、絕緣、可調光、穩壓DC輸出多級LED驅動設計原則，主要針對25W至150W范圍的應用。該實例中的多級LED驅動器將分為三個部分：前端，功率因數校正(PFC)部分;絕緣和步降部分;后端，電流調制部分。

　　前端部分包括一個升壓轉換器，配置采用一個功率因數校正做預調節，在輸出端提供一個高壓DC總線，在電壓或負載的各種變化范圍上，將其穩定到一個固定的電壓。由于穩壓控制回路響應很慢，使得AC線頻率的許多周期都會受到負載變化的影響，它只吸收了一個基本的正弦線輸入電流。這個電路典型一般工作在臨界導通模式，否則就被認為是轉換模式。在這種模式中，PWM關斷周期和由此形成的開關頻率是可變的，所以，當存儲在升壓電感器中的所有能量傳輸到輸出端時，新的開關周期才開始。這種共振工作模式被廣泛應用，而且由于它的開關損耗最小，從而實現了高效率。在指定的功率范圍內使用這種設計是最佳方式。

　　中間級將高壓DC總線電壓(典型值在475V左右)轉換成為適用于驅動LED負載的低壓輸出?；诎踩矫娴目紤]，LED負載通常采用低壓驅動，因此驅動電路通常最小值為1安培。這里所推薦的絕緣和降壓級配置是一種諧振半橋，包括一對用相互反相的信號驅動開關MOSFET。高頻降壓變壓器初級繞阻的一端接到這兩個開關管的的中點，而另一端與DC總線至地回路的電容分頻網絡相連接。通過這種方式，變壓器初級可以看到一個正負電壓振幅相等的方波。二次繞阻將采用中心抽頭，這樣兩個二極管整流器即可用于將輸出電流轉換到DC。其中輸出電流高到可以用MOSFET取代整流二極管，從而作為同步整流系統的方式運行。在采用3安培電流的典型應用中，在30度的環境溫度下，同步MOSFET的表面溫度比采用相同封裝的肖特基二極管的溫度更低。

　　我們可以看出，隨著電流要求的增長，同步整流的熱優勢就變得更為顯著。最后，還需要一個平滑電容，以產生絕緣的低紋波DC電壓。這個電容的容值為數十法拉的級別，因此要采用陶瓷電容器。