LED 电光源的拓扑结构选择取决于是直流供电还是交流供电、输出功率的大小以及输入电压和输出电压之间的关系等因素。像汽车内部的LED 照明灯、太阳能LED 草坪灯等,均由直流供电。直流供电的LED 驱动电路根据LED 串的数量选择升压、降压或者升降压变换器电路拓扑结构。如果LED 照明电源为交流供电,在对交流输入电压整流滤波后可采用的拓扑结构主要有以下几种。

1.降压型（Buck）拓扑

降压型变换器分线性和开关型两种。因线性降压变换器自身功率损耗太大,致使工作效率过低,故目前一般不被采用。由于开关型降压变换器的能效高,故被广泛地应用于各个领域。

图3.2所示为典型的Buck拓扑。变换器由开关管Q、储能电感L、续流二极管D 和输出电容C 组成,在连续模式下,Buck电路的输出电压Uo=DUi(D 为变换器的占空比,0＜D＜1),所以输出电压总是低于输入电压,因此该电路被称为降压电路。

图3.2　典型的Buck拓扑

Buck电路的主要特点是结构简单,所需元器件少,由于在连续模式下负载电流即为电感电流峰值的一半,因此恒流控制比较容易实现。其缺点是在大输出电流或者低输出电压的应用场合下系统效率比较低,而且输入、输出之间无隔离措施。

2.升降压型（Buck-Boost）拓扑

图3.3所示为典型的Buck-Boost拓扑,在连续模式下,Buck-Boost 电路的输出电压为。通过控制占空比D 的大小,可以通过调节输出电压,实现升压或者降压的功能。这种电路能够实现较宽的升降压比例,适用于输入电压范围波动比较大的场合。

图3.3　典型的Buck-Boost拓扑(www.daowen.com)

3.反激式（Flyback）拓扑

图3.4所示为典型的Flyback拓扑,其本质上就是一个升降压电路,区别在于将升降压电路中的储能电感替换成了隔离变压器,这样就实现了输入和输出之间的电气隔离,提高了电路的安全性能。与Buck-Boost电路相比,Flyback拓扑可任意改变匝比N,使其在应用时更加灵活。

Flyback拓扑弥补了降压电路的不足,可以在低电压、小电流的场合下应用,而且输入与输出之间加入了变压器,实现了电气隔离。

4.LLC 半桥谐振式拓扑

对于LED 路灯这类照明应用,功率往往达到100W 以上,建议选择LLC半桥电感—电感—电容谐振架构,如图3.5所示。

图3.4　典型的Flyback拓扑

图3.5　LLC半桥谐振式拓扑

半桥LLC电路能够实现软开关,有效地降低开关管的损耗,以提高电源效率。在大功率场合,采用LLC谐振式拓扑结构,可以实现90%以上的高效率。但是这种结构需要的元器件相对较多,而且需要增加一个前级功率因数调整(PFC)电路,因此成本较高。

由于LED 电源可直接与LED 灯珠一起封装成球泡灯,这些照明产品可能会和消费者直接接触,考虑到安全因素,Buck和Buck-Boost电路的输入与输出无电气隔离,因此不考虑选用这两种拓扑,而半桥LLC 电路设计较为烦琐,成本较高,多用在大功率场合,故Flyback拓扑是低功率应用的最佳选择。