新一代LED區(qū)域照明應用的研究

　　LED陣列燈具的設計因所在位置的特殊照明需求會有大幅度變化，目標照明區(qū)域依照明高度以及和照明源間的距離而定，例如行人或腳踏車道的照明燈柱間隔相對較窄，因此需要20個LED來提供照明，而在住宅區(qū)街道則需要100個或更多的LED。另外，由于主要目的是要照亮道路而不影響街道旁的住家，因此街道照明會有相當特別的發(fā)光模式要求，同時這些特別模式也必須滿足各種不同安裝型式所要求的復雜光學工程設計。此外，在LED使用數量和驅動電流上也必須進行權衡?；旧?，采用較高電流驅動的較少數量LED看起來是個可行的選擇，但較高的電流和功耗卻會讓溫度管理復雜化，此外，LED的效率會隨著電流和接面溫度的升高而降低，當然我們也必須記住，要達到指定的LED壽命，就必須遵守接面溫度的指定規(guī)范，在采用LED照明時，溫度管理是個相當重要的因素，原因是散熱集中在LED的封裝上，因此必須要由燈具移除。

　　LED照明可以由一或多個LED陣列搭配將交流電源轉換為LED所使用電流的控制電路組成，由于區(qū)域照明需求通常需要各種不同的流明度輸出，因此可以考慮選擇包含一串LED和驅動電路的模塊化設計，并依所需的光度輸出使用多個LED燈條，這個概念的優(yōu)點是相同的電路設計可以通過在不同照明需求下增加更多的陣列而重復利用。另外，由于在照明源中使用多個陣列，因此如果有單一LED出現問題，那么只會有一部分的LED停止運作，而整個照明源還是能夠以較低的亮度繼續(xù)提供照明輸出，電子控制電路則必須符合產業(yè)和國際標準，在歐盟中，這類產品屬于IEC61000-3-2等有關電力線諧波失真(功率因數)的規(guī)范，不過雖然在美國等地區(qū)并不使用這個標準，但電力公司通常也會對不計量的區(qū)域照明要求最低0.90的功率因數。雖然我們可以使用較笨重的主頻率(50/60 Hz)電感器和電容器來提供無源解決方式，但有源開關模式經常被應用到鎮(zhèn)流器中，后者通常還會在主電源轉換電路前加入升壓式功率因數校正(PFC)轉換器來提供功率因數校正。

　　另一個額外的考量則是是否需要進行電流隔離來達到安全性，對于不容易更換的區(qū)域照明源，事實上相當容易見到非隔離的設計，采用非隔離設計的主要優(yōu)點是可以以成本較低的電感器來取代笨重的變壓器。接下來驅動LED的實際需求考慮也相當重要，雖然LED需要定電流驅動，但這個電流卻不一定需要是純直流，因此也可以以脈波式直流波形來推動，只要平均和最大電流值符合LED本身所指定的電流規(guī)范即可。再者，雖然RMS電流輸出必須經過控制，但LED對電源展現的是固定負載的形式，使得電源的瞬態(tài)響應特性不會成為問題，也因此，我們可以使用安森美半導體的NCP1216控制芯片搭配上一個高功率MOSFET、一顆電感以及少數外接無源器件，在一個單功率級電路上實現一個簡單高能效的PFC和定電流轉換器，由于輸出通常不需濾除100/120 Hz主電源的頻率成份，因此可以不需在電路中使用大型電解電容，如此不僅可以縮小電路尺寸，同時還能改善整體電源的可靠度，圖1為相關電路的電路圖。

　　圖1 115Vac, 350mA配置的電路設計圖