HVHB LED采用PFC升壓配置驅動，具有體積小，PFC高，效率高，成本低，復雜度低等優點，是CFL照明解決方案的有競爭力的替代品。

作為消費者，公司甚至各國都在尋找低成本，高能效的照明光源，發光二極管（LED）和緊湊型熒光燈（CFL）已成為主要的替代品。這兩種解決方案都是可行的，但差別很大。 CFL照明設備價格便宜，但開啟速度慢，并且調光性能差。另一方面，LED具有“快速接通”特性并且很暗，但由于成本的原因，采用速度很慢。

半導體制造商繼續創造新的LED驅動器組件，以降低系統復雜性和成本。與此同時，LED制造商正在推動高亮度LED的功效（發光效率），以減少所需的LED數量，并降低調節它們所需的功率。

其中一項創新是引入高壓，高亮度（HVHB）LED。這些LED需要更高的電壓才能啟動電流，從而產生光發射。這些新型LED帶來了新的挑戰和機遇。雖然最初設計為直接從交流線路自驅動，但低效率，低功率因數和無法調暗等因素限制了它們可以服務的應用數量。

在圖1中我們看到了將這些LED直接從交流線路上驅動。為了滿足整個電壓范圍（90至135 Vac或207至253 Vac），正向壓降（Vf）必須處于最低AC電壓或更低。這意味著當電壓處于標度的上限時，電壓會在限流電阻上下降。這會造成損失并大大降低效率。這也會產生熱量，這可能會限制LED的壽命。現在讓我們看一下圖1中的開啟時間。由于LED僅在達到或超過Vf時導通，因此僅使用峰值電壓創造光明。由于它在整個AC周期中占很小的比例，因此功率因數非常低（遠低于美國，歐洲和印度所稱的額定值，使得它們在這些國家的住宅和商業照明中無法使用）。這意味著如果要滿足這些LED的峰值功率需求，電力公司需要提供比運行所需的更多的電力。最后，由于大多數調光器（TRIAC或電子）通過斬波提供給燈的AC波形來操作，因此僅在燈導通的短暫時段期間發生調光。這意味著，對于90％或更多的調光范圍，燈光將全部開啟或全部關閉

圖1：沒有驅動器的HVHB LED特性。

盡管如此，HVHB LED與其低壓同類產品相比具有一些優勢。從驅動器的角度來看，它們非常適合直接從升壓功率因數校正（PFC）電源驅動（見圖2）。該拓撲結構通過將電流消耗與AC電壓波形相匹配來控制輸送到負載的功率，從而確保良好的功率因數（通常為0.97或更高）。使用這種形式的PFC，它很容易超過0.7或0.9的監管機構要求，這是在美國，歐洲和印度銷售商業和住宅照明所必需的。提高輸入電壓的另一個好處是能夠產生足夠高的電壓，因此無論輸入電壓如何，都可以使用一種電源設計。因此，可以實現通用輸入LED燈（90至253Vac）。與往常一樣，存在通用輸入的權衡。滿足120 Vac和220 Vac應用的設計提供了一個產品設計，一個構建和一個庫存項目的好處。但是，為了實現這一點，您必須允許設計處理比110 Vac操作所需的更高電壓，以及高于高壓應用所需的電流。與針對每個電壓范圍的優化解決方案相比，這相當于更高的總物料清單（BOM）成本和更大的組件。

高電壓還意味著對于給定輸出功率的低電流。例如，要創建一個16 W LED光源（使用四個串聯/并聯的4 W LED），總Vf為380 Vdc，所需電流僅為42 mA。

這種低電流意味著更小的存儲電容，允許使用壽命長，價格低廉的陶瓷電容器。使用這種電容器可以延長整個光源的使用壽命，因為它不需要電解電容器。典型的長壽命電解電容額定為20，000小時，但如果它們過熱則會顯著降低，而壽命長達50，000小時的LED則會顯著降低。這是在街道照明，高棚照明和其他高環境溫度應用應用中的重大成就。從效率方面來看，開關模式LED驅動器中的主要損耗元件是LED本身：開關電源電源（IC），驅動FET和整流器。將開關頻率保持在合理的頻率（例如150 kHz）可以最大限度地降低FET中的開關損耗，而低電流意味著整流器中的功率損耗很低。可以預期效率大于90％，并且僅在整個VIN范圍內略有不同。

功率因數校正可通過多種方式實現：

主動：使用具有用于匹配電流消耗與輸入電壓的內置算法

谷填充技術：當AC輸入處于轉換狀態時，需要路由二極管和存儲電容來提供電流

自然：一般情況下不連續運行的反激式配置中的開關模式電源（SMPS）

谷填充操作通過要求低壽命電解來限制驅動器壽命。反激操作需要變壓器的費用，以及產生大量電磁干擾（EMI）輻射（通過變壓器的磁通損耗）和傳導（通過不連續操作引起的高電壓和電流尖峰，以及反射電壓，等于VIN + VOUT）

圖2：使用有源PFC器件的簡單升壓設計。

使用相同技術驅動低壓LED意味著首先必須提升PFC的輸入電壓，然后降低電壓到LED燈串的Vf下降。這增加了驅動器的復雜性和成本，通常增加了整個功率級以將高PFC電壓轉換為LED電流。驅動低壓LED的一種更常見的方法是使用以不連續模式運行的反激式拓撲中的電源（參見圖3）。變壓器的匝數比有助于橋接VIN和Vf之間的電壓差。這種拓撲結構的缺點是復雜性（并且通過關聯，成本較高），不能接受通用AC輸入，增加EMI傳導和輻射（由變壓器的反射電壓和磁通量損耗引起）。而且，沒有大容量電容器設計要困難得多。高壓大容量電容器通常是電解的并且具有有限的壽命，尤其是在炎熱的環境中。此外，較低的電壓會產生較高的電流，從而增加了電源路徑元件的溫度和尺寸，并限制了所選LED的輸出。

圖3：基于變壓器的低壓LED驅動器

LED照明的一個重要特性是能夠使用現有的調光解決方案（主要是基于TRIAC）進行調光。這種在整個TRIAC范圍內調暗的能力是將正確驅動的LED與不良或自驅動LED以及CFL選項分開的原因。必須注意避免閃爍（TRIAC失火）并在昏暗的光線下提供足夠的負載以使調光器保持導電模式。過濾AC線對于降低60 Hz波形不會影響LED的驅動電壓以及限制傳導EMI傳播回輸入波形（因此違反FCC規范）至關重要。

通過“解碼”實現調光“在TRIAC調光期間的AC特征，并將結果轉換為電壓或電流等效值。然后可將其直接插入電源，或轉換為脈沖寬度調制（PWM）信號，以根據調光百分比調節LED“開啟”時間。

調光時需要權衡利弊。注入驅動器反饋路徑的模擬電壓或電流是最便宜的方法，需要最少的附加電路。但是，它有幾個缺點。在PWM SMPS中可能損害環路穩定性，并且在電壓瞬變期間可能發生振蕩或振鈴。這可能會在LED的光輸出中顯示為閃爍。另一個缺點是模擬調光減少了通過LED的電流并導致調光范圍內的顏色變化。例如，全電流的藍白色LED在低電流時可能會出現更多的黃白色。

通過數字調光（例如PWM），LED串通過并聯FET短路來打開和關閉，通過將FET與電流檢測電阻并聯來斷開或斷開接地。以這種方式，電流通過LED保持恒定，但由于在一段時間內被點亮，它們看起來更暗。優點是顏色在調光范圍內不會發生變化Everlight HiVo系列等LED具有Vf范圍，可容納110 Vac和220 Vac電壓。使用220 Vac系列中的兩個可確保所有輸入電壓（90至277 Vac）均可通過有源PFC升壓設計實現。以串聯或并聯方式連接它們可以靈活地覆蓋許多電源和電壓配置。

總結

總之，HVHB LED在采用PFC升壓配置驅動時具有體積小，PFC高，高等優點效率高，成本低，復雜度低。所有這些都為當今市場上的CFL照明解決方案提供了極具競爭力和吸引力的解決方案。