洞悉驅(qū)動器特性設(shè)計(jì)出低電壓AC的LED應(yīng)用設(shè)計(jì)

低電壓交流電照明系統(tǒng)在市場上愈來愈受歡迎，從室內(nèi)重點(diǎn)照明(Accent Lighting)到一般的軌道燈，乃至于應(yīng)用在戶外照明系統(tǒng)。零售商和家居建材行如IKEA和Home Depot已經(jīng)將這些技術(shù)迅速而廣泛的傳達(dá)給顧客，使電源系統(tǒng)納入特定低電壓的使用規(guī)則，使用者便不必經(jīng)過承包商而能自行安裝。

低電壓交流電LED照明應(yīng)用興起

所有低電壓交流電照明系統(tǒng)使用的是一種獨(dú)立式主電源，這個主電源提供離線交流電轉(zhuǎn)換成低電壓的方案，在任何負(fù)載下，即使電路處于開路的情況，其輸出均不會超過30伏特有效值(VRMS)。其次，在所有狀況下，電路必須有一個25安培(A)的電流限制，這兩個條件將決定低電壓交流電照明應(yīng)用的最大電力。典型的輸出電壓是12或24伏特交流電(VAC)，但仍須保持25安培最大電流值不變，不論是12伏特、300瓦(W)的系統(tǒng)或24伏特600瓦的系統(tǒng)皆是。

鑑于上述塬因，低電壓交流電照明在發(fā)光二極體(LED)照明應(yīng)用中，相當(dāng)受到青睞，該技術(shù)甚至可應(yīng)用在300瓦的LED照明功率中，相當(dāng)于叁至四個街燈的輸出。此舉讓設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)上擁有很大的彈性，可允許相對較大型的單一組件或由單一電源提供的多組態(tài)燈器設(shè)計(jì)，亦或是在這兩者之間的設(shè)計(jì)?？纱_定的是，透過具彈性的LED照明應(yīng)用設(shè)計(jì)，將使照明系統(tǒng)從傳統(tǒng)白熾燈大步往前邁進(jìn)。

而在低壓交流電系統(tǒng)中，可考慮叁個不同的照明燈具，首先是僅在一到兩個個別系統(tǒng)中裝置一個大/高輸出設(shè)計(jì);其次為可支援十到二十個裝置于系統(tǒng)小燈源的中型輸出設(shè)計(jì)；最后則是可允許在單一系統(tǒng)中存在五十到一百個照明器的小型輸出設(shè)計(jì)。

大型陣列設(shè)計(jì)打造高燈源輸出應(yīng)用

以大型陣列設(shè)計(jì)而言，在兩個不同的範(fàn)圍中，立即能顯現(xiàn)出LED獨(dú)特設(shè)計(jì)的好處，特別是在更獨(dú)特的大型照明燈源例子中，可透過大型陣列創(chuàng)造出高燈源輸出應(yīng)用。一般而言，在街燈的應(yīng)用(採用高電壓離線解決方案)上會使用100瓦的LED燈源，雖然不建議其使用低電壓交流電系統(tǒng)(這會帶來整個規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的新設(shè)置)，但設(shè)計(jì)者卻有機(jī)會以低電壓交流電的預(yù)算達(dá)到同樣效果，進(jìn)而從一個3.5伏特的順向電壓和使用350毫安培電流的標(biāo)準(zhǔn)LED著手進(jìn)行設(shè)計(jì)，大致上以每個1.2瓦或約八十個LED為基礎(chǔ)。

為達(dá)到所期待的輸出電力，使用單一驅(qū)動器并使用多組串聯(lián)/并聯(lián)組合方式的LED方案便很有吸引力，但產(chǎn)業(yè)界通常不鼓勵此種設(shè)計(jì)規(guī)則，塬因在于若支持個別控制每一個LED線路，首先遇到的問題為，LED和溫度有前饋的關(guān)係，當(dāng)溫度上升時，須嚴(yán)格控制順向電壓下降，以避免更多電流流動，進(jìn)一步使LED的溫度升高。其最大的影響就是在不同線路共享相同電流之下，將會很快產(chǎn)生搭配不當(dāng)?shù)膯栴}，若電流沒有被個別安排，以便通過整個線路，便很可能成為系統(tǒng)故障的來源。

利用線上設(shè)計(jì)工具尋找適合LED驅(qū)動器

如同前述，市場上有各式各樣的驅(qū)動器能符合需求。美國國家半導(dǎo)體(NS)就有幾款LED驅(qū)動器能夠達(dá)到所需的最大輸入範(fàn)圍，同時也具備簡易設(shè)計(jì)的特性和效能表現(xiàn)。先從24VAC系統(tǒng)談起，此為最引人注意的特殊大型燈具，目前談及的驅(qū)動器都是直流對直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器，所以在主電源提供的交流電訊號將會有進(jìn)行一些整流的情形，基于此種情況，對轉(zhuǎn)換器的輸入條件須改為：24VRMS=67.88VPP和在調(diào)整后驅(qū)動器最大的輸入電壓範(fàn)圍34伏特。

就確實(shí)可知的條件來說，在此階段的設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)者心中可能已有一個特定的LED規(guī)格，而本文討論的所有設(shè)計(jì)，都可以使用如美國國家半導(dǎo)體的 WEBEBCH LED Designer線上設(shè)計(jì)工具進(jìn)行開發(fā)，可以鍵入輸入電壓(34伏特直流電)、LED類型/值及所需的輸出組態(tài)。此外，在350毫安培和Vf=3.5伏特條件下，可驅(qū)動九個LED組合而成的24VAC燈串，整流后為34伏特直流電(VDC)。而透過線上工具中的參數(shù)搜索工具，看似擁有許多適用的輸入範(fàn)圍，然因工作週期的限制，其實(shí)并沒有大量可支援的線路。在此情況下，僅有美國國家半導(dǎo)體的LM3401和LM3409兩款LED驅(qū)動器可作支援，若把LED的數(shù)量從九顆減少至八顆，在驅(qū)動器的選擇上才會增加。

值得注意的是，當(dāng)燈串的LED數(shù)量增加時，則須要經(jīng)由電壓的升壓來支援，現(xiàn)今大多低電壓交流電應(yīng)用的主要轉(zhuǎn)換器拓?fù)錇榻祲恨D(zhuǎn)換器(輸出到LED的驅(qū)動電壓比輸入到轉(zhuǎn)換器的電壓還低)，這是對較少LED線路的主要觀點(diǎn)。

了解驅(qū)動器角色對癥下藥

一般來說，盡可能使用單一驅(qū)動器來驅(qū)動多個LED最符合成本效益，然并不主張?jiān)趩我或?qū)動器中使用并聯(lián)線路，而是希望串聯(lián)線路盡可能延長;其有利條件在于，即使線路受到嚴(yán)格規(guī)範(fàn)和保護(hù)，亦可確保通過LED的電流皆相同。如此一來，一個較大的輸入電壓就能簡單驅(qū)動大量的LED線路，只是在經(jīng)過整流后，該線路通常會流失一半的交流電電壓值，故其優(yōu)勢大打折扣;為解決此一問題，則可改採升壓解決方案(輸出電壓比輸入電壓大時)，以減輕驅(qū)動大量LED線路的負(fù)擔(dān)。

另一個觀點(diǎn)是，若燈串可維持低于二十個LED(Vf=3.5V和350mA的LED驅(qū)動電流)，就能在低電壓限制下維持升壓輸出(在84.85VPP 的低電壓限制下有70VDC)，可經(jīng)由美國國家半導(dǎo)體任一款LM342X驅(qū)動器達(dá)到，它提供過壓/欠壓保護(hù)機(jī)制、電流限制，以及依需求選配的過熱保護(hù)功能。

此外，對于驅(qū)動器裝置特色的了解在電路設(shè)計(jì)上扮演重要的角色，如是否須支援脈衝寬度調(diào)變(PWM)調(diào)光、類比調(diào)光等，或是為改變光源輸出是否須加入一些光學(xué)要件及過熱保護(hù)，以上考量均為選用何種驅(qū)動器的因素。