2.1 LED驱动电源的设计要求
LED驱动电源需要满足一系列设计要求：首先要满足LED光源的驱动要求，即可以为LED光源提供需要的工作电压和电流，这主要是由LED光源中LED器件及其串并联连接方式决定的；其次，还需要满足保证自身安全高效工作以及与周边环境和谐共处的功能要求；最后，还需满足表征其质量的性能指标要求。
2.1.1 LED光源的基本驱动要求
大功率白光LED虽然光效很高，但单个白光LED所发出的光通量还不够大，因此用于照明时往往需要将若干LED连接在一起使用。多个LED的基本连接方式一般有串联、并联和串并混联三种，采用单路驱动电源供电时需其提供不同的工作电压、电流。
1.串联方式
串联方式要求LED驱动器输出较高的电压，如图2-1所示。设VT1～VTn为n个串联LED，每个LED的正向电压为UF，正向电流为IF，Rbp是镇流电阻，则驱动电源输出电压UO、输出电流IO需分别为
这种方式的优点是通过每个LED的电流相同，LED的亮度一致。当某个LED品质不良短路时，如果采用恒压驱动，由于驱动器输出电压不变，那么分配在剩余LED两端电压将升高，驱动器输出电流将增大，容易损坏其余所有LED；如采用恒流驱动，由于驱动器输出电流保持不变，不影响余下所有LED正常工作。当某个LED品质不良断开后，串联在一起的LED将全部不亮。
图2-1 LED串联方式
2.并联方式
并联方式要求驱动器输出较大电流，输出电压则较低，如图2-2所示。则驱动电源输出电压UO、输出电流IO需分别为
这种方法分配在所有LED两端的电压相同，当LED的一致性差别较大时，通过每个LED的电流不一致，LED的亮度也不同。当某个LED品质不良断开时，如果采用恒压驱动，驱动器输出电流将减小，而不影响其余各支路LED正常工作；如果采用恒流驱动，由于驱动器输出电流保持不变，分配在其余各支路LED的电流将增大，容易导致所有LED损坏。当某一个LED品质不良短路时，那么所有的LED将不亮，但如果并联LED数量较多，通过短路的LED电流较大，足以将短路LED烧成断路。
图2-2 LED并联方式
3.混联方式
当LED数量较多时，如果将所有LED串联，则需要驱动器输出较高的电压；如果将所有LED并联，则需要输出较大的电流。两种方式均会增加驱动电源的复杂度，因此一般采用图2-3所示的先串后并或图2-4所示的先并后串混联方式，这样可将驱动电压和电流保持在适当水平。此时驱动电源输出电压UO、输出电流IO需分别为
图2-3 LED先串后并混联方式
图2-4 LED先并后串混联方式
图2-3所示的先串后并混联方式中，当采用恒流驱动方式时，如果某LED断路，则该LED所在的整串灯都不亮，总恒定电流分摊到其他LED灯串上，影响与并联方式在恒流驱动时发生断路的情况相同；如果某LED短路，则该LED所在串联支路在少了一个LED的情况下与其他支路并联，该支路的每个LED的端电压增加、支路电流增加。当采用恒压驱动方式时，如果某串联支路上某个LED发生断路，该串不亮，除该串LED以外，对其他LED没有影响；如果某串联支路上的某个LED发生短路，则同样该串LED的每个LED的端电压增加、该串LED会因电流增加而造成损坏。
图2-4所示的先并后串混联方式中，当采用恒流驱动方式时，如果某个LED断路，则在该LED所在并联分组上电路总电流分摊到其他LED上，若并联LED较多则影响不大；如果某个LED短路，电流全部从该LED流过，若并联LED较多则电流较大而最后将此处熔断，最终影响与该LED断路时相同。当恒压驱动方式时，如果某LED断路，那么该并联LED灯组与其他并联LED灯组的LED数目不同，电路总输出电流减小，分配到每个LED上的电流也减小，且流过发生故障LED灯组内各LED的电流与其他LED灯组内LED的电流不同，会造成亮度不同；如果某LED短路，相当于少串联了一行LED，加到其他LED并联串上的电压升高，电流因此也升高，会对其他LED造成损坏[1]。
2.1.2 LED驱动电源的功能要求
1.恒流或恒压功能
按照上述LED光源要求的驱动电流或电压值，驱动电源应具有恒定电流或恒定电压输出的功能，以保证LED光源稳定工作在设定点。恒定输出是指驱动电源在各种波动和干扰情况下，仍能保证输出值不变或相对于理想输出的误差控制在允许范围内。波动和干扰包括供电输入端电气参数（如电压、频率等）的波动，电源内部元器件参数的变化，输出端LED负载参数（如工作点、启动电压、等效电阻等）的变化，以及外部环境干扰、噪声等。驱动电源一般应为恒流输出模式，特殊情况下也可恒压输出。
2.异常保护功能
驱动电源不仅能在正常情况下稳定工作，还能在工作出现异常状况时进行自我保护（以避免电源损坏），并在异常状况去除后能自动恢复正常工作。常规的保护功能主要包括输出过电压、过电流、短路、开路保护。此外，为了增强可靠性，还可增加过热、欠电压等保护功能。
3.电磁兼容（EMC）功能
由于驱动电源常采用高频开关电路方式，容易引起电磁兼容方面的问题，因此驱动电源需要具有电磁兼容功能，主要包括电源工作时对外界产生的电磁干扰（EMI）及电源对外界干扰的抗扰度（EMS），均需满足相应的国家标准，出口产品还应满足所在地区或国家的相关标准。
4.安全与防护功能
独立外置式驱动电源应满足安全要求，保证其在正常使用过程中不对使用者或周围环境构成危险，包括防止意外接触带电部件、防电击、接地保护、防潮和绝缘、耐热防火及耐漏电起痕、耐腐蚀等，爬电距离、电气间隙、介电强度等也需满足安全要求；此外，驱动电源外壳还要有防水、防尘等功能。如果驱动电源集成于灯具内部，则灯具需要具有上述安全与防护功能。安全与防护方面均有相应的国家标准。
5.光输出调节功能
对于需要调光的灯具，其驱动电源还需具有相应的调节功能。对于单种基色的LED组成的光源，其调光主要是调节其亮度，主要通过调节驱动电源的输出电流来实现；对于多种基色的LED组成的光源，一般每种基色的LED组成一路单独驱动，不仅可以调节亮度，白光灯具还可调节色温，彩色灯具还可调节其颜色，调节色温或颜色主要通过调节电源对各基色LED的驱动电流相对比例来实现，调节亮度则通过调节电源对各基色LED的驱动电流绝对值来实现。
6.自动控制功能
随着智能照明的发展，许多灯具需要具备自动控制功能，该功能如果集成于驱动电源内部，则驱动电源也需要兼有控制器的功能。此时，可以通过通信模块接收上位机、远程端或遥控器等的控制指令；可以集成传感器以检测环境中的人因信息及自然光强，或根据内置时间表进行灯具自适应控制；当然，还需有CPU完成数据采集处理与控制算法，以实现灯具的灵活控制。
2.1.3 LED驱动电源的性能要求
LED驱动电源不仅需要满足上述的功能要求，还需要满足一系列性能指标的要求。表征其性能优劣的主要指标包括以下五类。
1.基本电气性能指标
（1）输入电压额定值及其范围
该指标是驱动电源工作时的输入条件，也是设计电源时的依据，输入电压额定值是指驱动电源在规定的工作条件下其特定的输入电压，工频交流电输入时一般为220V，其他类型输入时根据供电条件确定；输入电压范围是指驱动电源能够正常工作时允许的输入电压变化范围，体现电源对供电的适应性能，一般电压变化范围为额定值的±10%，220V工频交流电输入时范围为198～242V（或近似为200～240V），为了使驱动电源能够适应全球的电网电压（最低的电网电压为100V，最高为240V），也可采用宽电压范围（90～264V）。
（2）输入交流频率
该指标针对交流输入类型，是指输入交流电压的频率，是驱动电源的工作条件和设计依据，我国为50Hz，有的国家为60Hz，电源设计时可以根据使用国家选用其一，也可兼容二者以适用所有国家。
（3）功率因数
该指标针对交流输入类型，是指输入端有功功率与视在功率的比值。当采用正弦波交流电供电时，如φ为由容性/感性负载引起的输入电流比输入电压滞后/超前的相位角，则电源的功率因数（Power Factor）的计算公式为，PF=cosφ；当电流存在畸变失真情况下时，PF=γcosφ，其中，γ为电流畸变因数，定义为基波电流有效值与电网电流有效值的比值。如果cosφ低，则会造成较大的无功功率；如果γ低，则意味着输入端电流谐波分量较大，会造成电流波形失真，污染电网，甚至损坏其他电子设备。LED驱动电源的输入电路一般由桥式整流器和其后的电容组成，该电容可以维持电压接近于输入正弦波峰值电压处，直到下一个峰值对其充电。整流器一般采用二极管，这种模式使得整流器件的导通角远远小于180°，从而产生大量谐波电流成分，而谐波电流不做功，只有基波电流做功，导致功率因数很低[2]。虽然单个LED灯具功率因数低点对电网影响不大，但是大量灯具集中使用时就会产生严重影响，因此，功率因数是LED驱动电源的一个重要性能指标，许多国内外标准都对其做出了限值要求。
功率因数可以用功率计很方便测得，测量时，驱动电源在额定输入电压下，负载电流/电压（斜杠前对应恒压类型驱动电源，斜杠后对应恒流类型驱动电源，下同）从标称最小值变化到最大值，每次变化稳定工作后测量功率因数，取其最小值。
（4）待机功耗
该指标是指LED驱动电源在待机模式下消耗的平均功率。待机模式是电源设计时设定的最低功率消耗模式，此时驱动电源与供电端及LED负载正常连接，但该模式会自动停止主电路工作、停止为负载供电，这种模式可能会无限期持续，该模式一般会根据外部指令、环境变化等自动启动或退出，这些功能需要辅助模块实现，如工作状态指示、环境监测、通信、自动寻址等，这些辅助功能模块在待机模式下的功耗即为待机功耗。
（5）空载功耗
该指标是指LED驱动电源输入端接到供电端、输出端不连接负载时的功耗。如果驱动电源没有待机模式，或者有待机模式而没有进入待机状态，则空载时整个电路中有些部分仍在工作（如输入整流滤波电路由于滤波电容自放电到一定程度后，输入端会开始为其充电），有些电源管理芯片仍在部分工作，这部分电功率会构成空载功耗；如果有辅助功能，还要加上该部分功耗。
（6）输出电压/电流额定值
该指标是驱动电源恒压/恒流性能指标之一，是设计时的主要目标值，是指驱动电源在额定输入电压、额定负载条件下应输出到LED光源入口的电压/电流规定值，该值应与LED光源连接方式要求的驱动电压/电流一致。
（7）输出电压/电流准确度
该指标是驱动电源恒压/恒流性能指标之一，体现其实际输出电压/电流相对于额定值的准确度。测量时，驱动电源在额定输入电压、额定负载条件下稳定工作后，在一段时间内连续测量输出电压/电流，设输出电压/电流额定值为UONOM/IONOM，与UONOM/IONOM偏差最大的实测值为Um/Im，则输出电压准确度δU、输出电流准确度δI分别为
（8）输出稳压/稳流范围
该指标是驱动电源恒压/恒流性能指标之一，体现其实际输出电压/电流的稳定性，是指在所有其他影响量不变时，由输入电压或负载变化引起驱动电源输出电压/电流的相对变化量。测量时，驱动电源在额定负载条件下的输入电压从额定值的85%变化到110%，每次变化稳定工作后测量输出电压/电流值；在额定输入电压下负载电流/电压从标称最小值变化到标称最大值，每次变化稳定工作后测量输出电压/电流值；设与输出额定值UONOM/IONOM偏差最大的实测值为Um/Im，则输出稳压范围SU、输出稳流范围SI分别为
（9）输出电压/电流的负载调整率
该指标与输出稳压/稳流范围类似，是指在所有其他影响量保持不变时，由于负载的变化所引起驱动电源输出电压/电流的相对变化量。测量时，驱动电源在额定输入电压下的负载电流/电压从标称最小值变化到标称最大值，每次变化分别在稳定工作后测量输出电压/电流值，找出与额定输出值的偏差最大值计算输出电压/电流的负载调整率，计算公式同式（2-6）和式（2-7）。
（10）输出电压/电流的输入电压调整率
该指标与输出稳压/稳流范围类似，是指在所有其他影响量保持不变时，由于输入电压的变化所引起驱动电源输出电压/电流的相对变化量。测量时，驱动电源在额定负载条件下的输入电压从规定输入范围的最小值变化到最大值，每次变化稳定工作后测量输出电压/电流值，找出与额定输出值的偏差最大值，计算输入电压调整率，计算公式同式（2-6）和式（2-7）。
（11）输出电压/电流纹波及峰-峰值
该指标是驱动电源恒压/恒流性能指标之一，是指输出直流电压/电流中所包括的交流分量峰-峰值。测量时，驱动电源在额定输入电压下的负载电流/电压从标称最小值变化到标称最大值，每次变化分别在稳定工作后，从示波器上观测输出电压/电流上叠加的交流分量的峰-峰值，所有峰-峰值中的最大值就是其纹波峰-峰值。输出纹波是高频开关方式的特点，频率一般与开关频率一致，纹波会导致功率损失及电容发热，设计时应尽量减小纹波。
（12）效率
该指标是驱动电源的重要性能指标之一，指驱动电源输出到LED负载的有效功率与输入功率的比值。驱动电源的高效率不仅可以保证LED灯具的整体高光效及节能优势，而且可以减小自身的功耗及发热，提高可靠性。测量时，驱动电源在额定输入电压、额定负载条件下，单路输出时测量输出电压UO、输出电流IO，多路输出时分别测量n路输出电压UOi、输出电流IOi（i=1，2，…，n），以及输入功率PIN。单路和多路输出时的效率计算公式分别为
（13）启动时间
该指标是驱动电源的暂态性能指标之一，是指从驱动电源上电到输出额定电压/电流的90%所需的时间。测量时，驱动电源在额定输入电压下，依次调整负载电流/电压从标称最小值到标称最大值，每次上电启动后，从示波器上观测输出电压/电流波形，计算启动时间，取各次启动时间值中的最大值。
（14）启动输入冲击电流
该指标是驱动电源的暂态性能指标之一，指驱动电源上电启动时输入回路最大瞬时电流值。测量时，驱动电源在额定输入电压、额定负载条件下上电启动，测出输入电流波形，得出启动输入冲击电流。
（15）启动输出电压/电流过冲幅度
该指标是驱动电源的暂态性能指标之一，是指驱动电源上电启动过程中输出电压/电流偏离稳定值的最大瞬变幅度。测量时，驱动电源在额定输入电压下，依次调整负载电流/电压从标称最小值到标称最大值，每次上电启动，从示波器上观测输出电压/电流波形得到过冲幅度，取各次过冲幅度值的最大值。
（16）过电压/过电流保护值
该指标是驱动电源的保护性能指标之一，当驱动电源工作状态下的输出电压/电流值超过某一限值时应自动进入保护状态，该限值即为过电压/过电流保护值。
2.电磁兼容性能指标
该类指标主要包括EMI部分的传导发射骚扰、辐射电磁骚扰、谐波电流发射值[3]，及EMS部分的射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、射频场感应的传导骚扰抗扰度、电压暂降/短时中断/电压变化抗扰度、静电放电抗扰度、浪涌抗扰度等[4]，相关国内外标准均有明确要求。
3.安全性能指标
该类指标主要包括绝缘耐压、绝缘电阻、接地电阻、漏电流、介电强度、爬电距离、电气间隙等[5]，相关国内外标准均有明确要求。
4.环境适应性能指标
该类指标主要包括工作温度、湿度范围，储存运输温度、湿度范围，防护等级，抗振频率与幅度等，相关国内外标准均有明确要求。
5.可靠性指标
一般采用平均故障间隔时间（MTBF）衡量驱动电源的可靠性水平，也称为寿命。目前LED驱动电源的寿命远比LED器件的寿命要短，这极大地影响了LED灯具的整体可靠性，因此有些国内外标准对其提出了寿命要求。设计驱动电源时，应从系统角度进行可靠性平衡设计，避免可靠性短板影响整体寿命。