1.LED必須采用恒流源供電

我們知道LED是一種發光二極管，它的伏安特性完全和一般的半導體二極管一樣，具有負溫度特性。所謂“ 負溫度特性”就是指當溫度升高時，伏安特性左移，其具體數值大約在9mV/°C。這時候假如采用恒壓電源供電，那么其正向電流就會隨溫度的增加而加大（見圖一），這樣，它的結溫也會隨著加大，從而形成正反饋，最終導致LED燒毀。

圖1. 采用恒壓電源供電將會使LED的電流隨溫度而增加

例如一個LED采用3.3V的恒壓電源供電時，在-40°C時，其正向電流是8mA，當環境溫度升高到25°C時，其正向電流就會升高到20mA，而當環境溫度為85度時，其正向電流就會增加到37mA。這顯然是不能允許的。所以LED必須采用恒流電源來供電。

2.幾種電源類型

這種恒流源可以有兩種方法來實現，一種是開關電源，另一種是線性電源。這兩種電源的性能比較如下表所示：

從表中可以看出，開關電源除了效率比線性電源高以外，其他都是缺點。線性電源唯一的缺點是效率低，如果改進了效率低這個缺點，那么就全都是優點了！

3.線性恒流源的具體電路

上面表中的線性恒流源需要5個元件，實際上它只是一個恒流二極管，其他兩個保護元件，一個整流橋，一個電解電容，具體電路如圖2所示：

圖2  采用恒流二極管的驅動電路

圖中的CRD就是恒流二極管，圖中采用了幾個CRD并聯，如果有一個電流足夠大的CRD。那么采用一個就可以了。恒流二極管的伏安特性如圖3所示：

圖3 恒流二極管的伏安特性

它可以在Vk一直到POV很大的輸入直流電壓范圍內都保持電流恒定。而Vk的絕對值低于3V，假定整流后的直流電壓為300V，恒流值為0.1A，那么總功率為30W，如果LED串的總電壓也正好接近300V，而使恒流二極管工作于Vk點，那么它消耗的功率就只有0.3W，其效率為(30-0.3)/30=99%。

但是當輸入電壓增加的時候，恒流二極管就必須承擔起消耗這些多余電壓的功能，它的工作點就右移，而功耗就逐漸增大，整體的效率也就逐漸降低，表現為其效率的線性下降。

它是以犧牲自己作為代價而不讓高電壓加到后面的LED上。

圖中還采用了兩個保護元件，一個是變阻器，實際上是一個抗浪涌的變電阻，它平時的阻值很高，所以并在電路里對整個電路沒有什么影響，一旦有一個高壓浪涌脈沖，它的阻值立刻降低從而吸收掉這個浪涌脈沖，使它不會對后面的電路有損害。第二個保護元件是大功率熱敏電阻NTC，它是為了吸收電解電容充電時的高峰值電流，平時它的電阻很小，串在電路里面沒有什么影響。一旦有一個高峰值電流，它的電阻因為發熱而很快增大，從而削減了峰值電流值。

4.如何讓恒流二極管始終工作在高效率的Vk點上

我們先來看一下恒流二極管的工作點是怎么決定的。外面的市電電壓（先假定是220V）經過整流橋和電解電容濾波以后得到的直流電壓大約是306V。這個電壓加在LED串和恒流二極管上。而LED串的電壓等于每個LED的正向電壓乘以LED個數（假定每個LED的伏安特性都是一樣的），而LED的正向電壓

是根據它的正向電流從伏安特性上查到的，實際上的正向電壓應該等溫度穩定以后測量，因為隨著溫度的升高，LED正向電壓會從額定的3.3V降到2.8V左右。不論如何，如果這串LED正向電壓的總和加上Vk正好等于整流后電壓，那么這個恒流二極管就可以正好工作在Vk點，從而得到最高的效率。

然而整流后電壓是由市電電壓決定的，而市電電壓雖然額定是220V，但實際上很多地方完全不是這樣，尤其是在工業區的工廠里，不但可能遠低于220V，而且還會有經常突變的情況發生。

5. 對市電電壓的自適應

為了適應這種市電電壓的不確定性和多變性，必須想出一種自適應的方法來適應這種情況。這就需要有兩個措施，一是測出恒流二極管上的電壓（高于3V的數值），二是想方法使得串聯的LED總電壓仍然能夠等于整流后電壓減去Vk。我們想出的方法就是改變串聯的個數，市電電壓高了就增加LED個數，電壓低了就減少串聯的個數。因為電壓的變化也是有限的，例如不超過+/- 20%，所以改變的數目也不會大于這個百分數。其實現的框圖如圖4所示。

圖4 實現自適應的方法

其中有一小串LED是可以切入至LED主串或從其中斷開的，取決于電壓高了還是低了。

采用這種方法以后其效率可以始終保持在99%。其實測的結果如圖5所示。

圖中藍色為恒流源本身的效率,紅色為加上整流器以后的總效率，在市電電壓在175V-265V內變化時，恒流源的效率都能保持99%不變，加上整流器的損耗也可以高于98%。

6. 對溫度的自適應

當環境溫度變化時，恒流二極管的功耗也會加大，例如當環境溫度升高時，由于LED伏安特性的負溫度系數，它的正向電壓也會降低，這時候LED串的總電壓就會低于整流后電壓，于是恒流二極管的壓降就會升高，功耗就會加大。對溫度的自適應仍然是靠測量恒流二極管上的電壓，假如這個電壓超過了Vk智能的恒流源就會增加LED串中的LED數目，使得其總正向電壓升高，而使這個總電壓和整流后電壓仍然保持匹配從而保持高效率，其實測結果如下：

由圖中可以看到，當環境溫度從35度升高到85度時，整個效率隨輸入電壓變化曲線幾乎完全一樣，始終保持在98%以上（包括了整流器的效率在內）。

7. 對不同正向電壓的LED的自適應

這種智能型LED恒流源還有一個自適應的功能，就是對不同正向電壓的LED的自適應。在同一個LED串中，可以采用具有不同正向電壓的LED，混編以后，自適應智能LED恒流源仍然可以自動地切換LED數，以保證其總效率在99%。其原理和前面一樣。

8. 改變LED的數目而不改變其光通量

如果只是改變LED的數目，由于恒流源的電流沒有改變，就會改變總的光通量。在智能型LED恒流源的整體設計中也考慮到這個問題，在改變LED數目的同時還自適應地改變恒流源的電流值，使得其總功率和總光通量不變。其結果如下：

由圖中可見，采用這種自適應調節以后，在不同的輸入電壓范圍內，其輸入功率，輸出光通量和整體光效都基本上保持不變。

9. 自適應智能芯片

以上的自適應技術是靠一種專用控制芯片來實現的。這個芯片稱為AISC（Adaptive Intelligent Current Source），即自適應智能恒流源。  是由埃菲萊公司自行設計并生產供給自家公司生產自適應智能光引擎之用。所以埃菲萊光電科技有限公司是國內唯一能夠自行發明，設計，生產芯片并用于自家的自適應智能光引擎的產品的擁有自主知識產權的公司。這個發明已經申請了美國、中國、臺灣、日本、和歐盟的專利。

最近這個專利已經得到美國專利局的授權。專利號為USP9398656，批準日期2016/07/19

中國專利號為2250338

10. 自適應智能光引擎

這種智能型LED恒流源徹底打破了教科書里描述的線性恒流源效率很低的常規認識，而破天荒地實現了99%的效率。從而可以實現把恒流源和光源放在同一塊鋁基板上，而做成光電一體化的光引擎。因為它本身的功耗極低，所以把它放到光源的鋁基板上不會增加LED的結溫。深圳埃菲萊公司采用這種智能型恒流源已經生產了一系列不同功率的光引擎：

結束語

這種智能型的LED恒流源的效率高達99%，這等于是說實現了一種不耗電的恒流源。通常LED恒流源的效率為85-90%，也就是說采用這種智能型的恒流源以后就可以進一步節能10-15%。其意義是十分重大的！

中國的照明用電量為總用電量的14.5%，2014年總發電量為56496億度電，即照明用電量為8191.9億度電。采用埃菲萊的光引擎以后至少可以節約10%的能量，也就是819.2億度電，而三峽發電站的年發電量為847億度電，所以也就能夠節約出一個三峽發電站來。而全球照明用電量占總用電量的19%，2014全球總發電量為238670億度電，所以照明用電量為45350億度電，采用埃菲萊的光引擎以后就可以節約4535億度電，相當于5.5個三峽電站的發電量！