全球照明用电量占总用电量的15%左右。以白炽灯、荧光灯、节能灯和卤素灯为代表的上一代光源和配套的照明技术不仅无法取得较高的发光效率,一些成分更会对水体和土壤产生污染。对新型光源以及照明技术的研究对于节省电能、降低温室气体排放、减小土壤污染和水污染等方面均具有重大意义。以半导体作为发光材料的固态照明光源因具有高光效、无污染、寿命长等优势,已经成为下一代照明光源中最有力的竞争者,固态照明的普及也成为大势所趋。随着LED器件向高电压、大电流方向的发展,对固态照明电源电路与系统的设计需求也逐步提高。如何在保证高光效的前提下兼顾高功率因数、低电磁干扰和谐波失真、低成本等特性,已经成为固态照明驱动电路与系统设计中考虑的重点和难点。本文以目前两种最典型的LED驱动拓扑结构：PSR架构Fly-Back变换器和分段线性LED驱动器为研究对象,以高效、高精度的数学模型为指导,分别针对两种结构的能耗、稳定性、电磁兼容性、可靠性和功能扩展性等方面进行了深入的研究和分析,并针对这两种固态照明电源电路目前存在的缺陷,提出了具体的优化方法,包括控制策略、技术途径和实现电路。本文的主要研究成果如下：1.传统PSM调制方式由于采样机制问题不适合在PSR架构中引用。本文使用状态空间方程法对DCM模式下PSR架构Fly-Back驱动器进行数学建模,并将传统PSM调制方式引入数学模型进行仿真,得到了系统输出电压分布图和调制因子变化规律。仿真得到的输出电压分布图表明输出电压并没有出现振荡现象,而是以较小纹波分布在电压基准周围,为自适应PSM策略引入PSR架构Fly-Back变换器提供了充分理论依据。根据传统PSM调制方式在PSR架构Fly-Back变换器中仿真得到的调制因子变化规律,提出了一种适合PSR架构采样机制的自适应PSM调制策略。其核心思想是动态评估现有负载水平,并根据负载变化自适应调整调制因子,达到稳定输出电压和降低纹波的目的。基于组合逻辑和时序逻辑电路实现了该策略的核心算法,以较小的版图面积将PSM调制思想引入PSR架构Fly-Back变换器中,使用1 μm 5V/40V/700V BCD工艺进行投片验证。自适应PSM调制策略解决了此类变换器在恒压模式下,由于开关损耗过大导致电效率偏低的问题。2.针对分段线性LED驱动器在负载切换过程中出现的输入电流尖刺问题,提出了多环快反馈分段线性结构,分别搭建了宏模型和原理样机进行仿真和实测,结果证明引入快反馈环路可实现LED负载串的平稳切换,使分段线性LED驱动器的电磁兼容性和总谐波失真有很大改善。3.利用三环快反馈分段线性LED驱动器的行为特征和LED负载串的I/V特性,建立了此类驱动器的行为级数学模型。相比基于Spice仿真工具的电路宏模型,本文提出的行为级模型可在精确预测关键电路参数的前提下大幅降低运算量,使针对不同LED子串灯珠数量的大规模遍历运算成为可能。以行为级数学模型作为核心算法,开发了三环快反馈分段线性LED驱动器的CAD软件,通过GUI向用户推荐最优设计参数,并给出所有驱动器指标和电压电流波形。利用5V/20V/500V的SOI工艺对三环快反馈分段线性LED驱动器进行投片验证,进而搭建LED光引擎,实测验证了本文提出的行为级数学模型和配套CAD软件的准确性。结果证明,以行为级数学模型为核心算法的CAD软件可大幅提高三环快反馈分段线性LED驱动器的设计效率,帮助设计者快速得出最优电路设计方案。4.在多环快反馈分段线性LED驱动器结构的基础上,分别通过变压和变阻两种方式进一步提出了慢反馈环路结构,从而在平均输出电流与一个内部调光电平之间建立关系。针对慢反馈环路的特点,对其稳定性和零极点位置设计进行了介绍和分析。慢反馈环路仅使用极少的外围元件,就可使多环快反馈分段线性LED驱动器的设计灵活性得到很大拓展。5.基于慢反馈环路结构,分别针对分段线性LED驱动器对输入电压有效值要求苛刻、易过热和缺乏有效调光接口等缺陷,引入输入电压容差补偿、AOTP和线性电压/PWM调光三项技术,并基于1μm5V/20V/500V BCD工艺进行投片验证,实现了分段线性LED驱动器的功能拓展与性能提升,并给出电路实现方法。对于分段线性LED驱动器双倍工频固有频闪问题,提出了相位转移电路。在输入电压处在包络顶点附近时储存一部分电能,并保留到输入电压处在波谷期间释放,为LED负载提供持续电流。针对不同电路参数进行试验,在不影响PF和THD的前提下有效降低了Flicker Index和Percent Flicker指标,改善了该类型驱动器产生光源的频闪问题,为分段线性LED驱动器在更多场合中的应用提供了可能性。