在現代照明系統中,尤其是智能照明領域,整機的能效指標很大程度上取決于LED光源的發光效率以及整個驅動電路的設計質量。二極管作為基礎卻至關重要的元器件,其性能直接影響整流轉換效率、穩定性、功率損耗、熱管理表現等許多重要功能。

一、二極管在LED驅動中的功能角色解析

LED是一種直流工作器件，但大多數市電或工業輸入為交流電，因此整流是基礎步驟。整流電路通常使用二極管構建為單相或橋式結構，將交流信號轉換為單向的脈動直流信號。為降低電流脈動和供電干擾，通常后端還配有濾波和穩壓模塊。

在這個過程中，二極管的性能指標至關重要：

- 正向導通壓降（VF）

- 反向恢復時間（trr）

- 反向漏電流（IR）

- 封裝散熱能力

若所用二極管VF較高，會在導通時產生更多的功耗熱量。例如，硅整流管一般VF為0.6～0.7V；而肖特基二極管通常在0.2～0.4V之間，大大降低了能耗。

此外，在PWM調光或DC-DC升降壓電路中，開關頻率通常在幾十kHz甚至數百kHz的范圍之內。在這種情況下，普通二極管的反向恢復時間通常較長，這會影響效率。在這種情況下，快恢復二極管(如UF4007)、超快恢復二極管甚至同步整流MOSFET都是最好的選擇。

二、高效能LED照明電源中常見二極管類型及選型建議

1. 整流二極管：用于AC輸入整流，推薦使用肖特基整流橋（如MB6S、MB10F）或獨立高壓整流器件（如1N5408）

2. 續流/回掃二極管：用于DC-DC降壓或升壓拓撲中的續流支路（如SS34、ES1J）

3. 保護二極管：如TVS管（如SMBJ系列）、穩壓管（如1N4742A），用于抗浪涌保護和過壓抑制

4. 超快恢復二極管：在反激式、隔離式LED驅動電源中使用，提升轉換效率，如HER108、FR107等

三、隔離與非隔離LED驅動電路中的二極管應用策略

1. 非隔離驅動(Buck 或 Linear Topology)

多用于低功率LED燈具，例如吸頂燈和燈絲燈。它的優點包括效率高、成本低和結構緊湊。如SS34和ES2A，二極管主要用于輸入整流和Buck拓撲續流。

優化建議：

- 使用低VF肖特基，減少發熱

- 注意PCB走線寬度和熱設計，避免二極管發熱積聚在LED燈珠區域

- 安裝TVS保護，防止市電浪燒毀二極器件。

2. 隔離型驅動（Flyback或LLC）

應用于較高功率LED燈具，如工礦燈、戶外泛光燈、投光燈等。輸入側和輸出側之間通過變壓器實現電氣隔離，安全等級高。

關鍵器件：

- 高耐壓整流二極管（如UF4007、MUR460）

- 輸出端快恢復或超快二極管（如FR107、HER308）用于高頻次整流

- 輸出保護TVS用于EMC與靜電抗擾性能提升

四、案例分析：LED球泡燈與道路照明電源優化對比

【案例一：10W球泡燈】

原始設計使用普通硅二極管整流，燈具整機效率約為84%，二極管溫升超過30℃。改用MB6S橋堆并配SS34替代輸出二極管后，效率提升至90%，燈具溫度下降近6℃，顯著提升使用壽命。

【案例二：120W道路照明驅動】

隔離式反激拓撲，輸出整流原采用普通快恢復FR107，系統效率為87%。更新為HER208后效率提升至91%，降低EMI干擾并提升調光響應穩定性。

五、未來發展與前沿趨勢

隨著碳中和政策推動，照明系統對能效要求將越來越高。SiC、GaN等新型寬禁帶器件正加速進入照明驅動市場，高壓、高頻、高效率將成為主旋律。

同步整流MOS管也在逐步替代傳統二極管，用以進一步降低功耗。但從系統成本與技術成熟度來看，二極管仍將在中低功率LED照明中占據主導地位。

總結

在LED照明系統中，如何選好、用好二極管，不僅關乎產品性能，也直接影響終端應用中的能源效率與系統穩定性。未來照明電源設計將更依賴于器件級的精細控制與協同優化，而二極管仍是這條優化路徑中的基礎一環。