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

圖1 大型陣列設(shè)計(jì)應(yīng)用LM3429的升壓配置，採(cǎi)用24VAC系統(tǒng)，在電流為350毫安培的條件下，可驅(qū)動(dòng)二十個(gè)LED

圖1所示為驅(qū)動(dòng)二十個(gè)LED，每一個(gè)平均電流均為350毫安培，3.5伏特順向電壓的電路圖，此外，電路也許會(huì)因?yàn)轫氁M(jìn)行類(lèi)比調(diào)光(當(dāng)輸入減少時(shí)光源的輸出就會(huì)降低)而有所改變，以符合簡(jiǎn)單又全面受到保護(hù)的線路驅(qū)動(dòng)器。如欲尋求更嚴(yán)格的顏色準(zhǔn)確度，可採(cǎi)用PWM調(diào)光。大電容方案降低漣波　延長(zhǎng)電解質(zhì)電容壽命

有一個(gè)簡(jiǎn)單的概念是應(yīng)用升壓解決方案來(lái)恢復(fù)以交流電整流驅(qū)動(dòng)大量LED燈串時(shí)損失的電壓，且仍保持在低壓限制中，這大約是前端消耗的27瓦(在92%效率下的24.5瓦LED)，故顯而易見(jiàn)，系統(tǒng)是如何在單一附件下拓展成每個(gè)線路都受到完整保護(hù)的高規(guī)格設(shè)計(jì)。

若進(jìn)一步採(cǎi)用四條這樣的電路，則每條線路均能達(dá)成完整保護(hù)和控制的100瓦設(shè)計(jì)目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)此一架構(gòu)，則可能在前端使用一個(gè)一般的整流器(只需要×4 電流率的橋接二級(jí)管和C1/C2的×4電容)。此外，LED照明設(shè)計(jì)如果在低電壓系統(tǒng)下有300～600瓦的可用電力，25安培的總電流對(duì)設(shè)計(jì)人員而言就具有很多選擇。舉例來(lái)說(shuō)，從D1～D4需要被規(guī)範(fàn)出最大電壓和電流的余量(Headroom)。輸出的電容可用下列方程式表示：

C=0.7(I)/ΔE(f)

其中，I代表到下游電路的輸入電流(直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換區(qū))，ΔE為可允許的漣波電壓，而f則是交流電頻率。由于此設(shè)計(jì)有92%的效率，鑑于LED功率為 24.5瓦，這代表前端的直流對(duì)直流區(qū)將有26.6瓦的功率;而在整流(34VDC)后，從24VAC的電源使用26.6瓦并產(chǎn)生約782毫安培的平均輸入電流，如此一來(lái)，將可適當(dāng)調(diào)整二級(jí)管整流器的規(guī)格。

另一方面，可接受的漣波也影響著電容的需求，舉例來(lái)說(shuō)，執(zhí)行一個(gè)800毫安培的輸入電流，且在120Hz線路上允許一個(gè)1伏特的漣波(因橋接整流器的關(guān)係為2×60Hz)需要9，300μF的大電容；如果是3伏特的漣波則只需要1，500μF，由于降低漣波對(duì)電解質(zhì)電容的壽命提供較佳的保護(hù)，故此情況下，大電容將是可能採(cǎi)取的選擇方案。

小型陣列設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)重重　降低電容溫度勢(shì)在必行

另一個(gè)極端的設(shè)計(jì)範(fàn)圍是小型陣列設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可能是單一LED元件或是一個(gè)單獨(dú)的組件中包含叁個(gè)元件，可讓1瓦變成3瓦的現(xiàn)代化LED照明效率解決方案，在環(huán)境和公園照明設(shè)備中頗受歡迎。

小型陣列設(shè)計(jì)對(duì)105℃額定值的電容而言，讓它們保持冷卻在65℃及更低的溫度，為此設(shè)計(jì)中較薄弱的環(huán)節(jié);不過(guò)，由于電解質(zhì)電容每低于額定溫度 10℃，就能增加一倍的使用壽命，意味著若一個(gè)設(shè)計(jì)師可維持65℃或更佳的溫度狀況，105℃額定電容將能延長(zhǎng)十六倍的額定壽命，在此比率下，5，000 小時(shí)的額定電容可延長(zhǎng)到80，000小時(shí)，對(duì)小型陣列設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，雖為極大的挑戰(zhàn)但仍勢(shì)在必行。

由此可證，良好的熱能設(shè)計(jì)在LED應(yīng)用扮演關(guān)鍵角色，且使用有效率的驅(qū)動(dòng)器如LM3429，則使設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)更容易解決。在此設(shè)計(jì)上，最熱門(mén)的裝置是單結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)電晶體(FET)M1開(kāi)關(guān)，其可達(dá)到約65℃的溫度表現(xiàn)，雖然并沒(méi)有多大影響，但是設(shè)計(jì)者必須確定它與其他重要熱源均與電解質(zhì)電容保持距離，且所有板上的元件都保持在50℃以下，可見(jiàn)從LED散出的熱能永遠(yuǎn)是最大的挑戰(zhàn)，而不是電子學(xué)。

小型陣列設(shè)計(jì)獲櫥柜/展示用照明青睞

櫥柜和展示用照明是低電壓交流電系統(tǒng)中，關(guān)于小型陣列設(shè)計(jì)的另一個(gè)受歡迎應(yīng)用，可考慮一個(gè)3伏特正向電壓、350毫安培、1瓦的LED，搭載一個(gè)簡(jiǎn)單的12VAC系統(tǒng)，即可因降壓轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)提供充分余量，并可有效率的驅(qū)動(dòng)LED。如圖2所示，LM3407提供一個(gè)350毫安培的輸出限制、小型封裝，和極少的外部元件，以驅(qū)動(dòng)此類(lèi)型的LED。由于低功率消耗的設(shè)計(jì)(在輸入端稍為超出1.5W)概念，可在一個(gè)單獨(dú)的低電壓12VAC電路支援多達(dá)兩百個(gè)模組，若使用24VAC系統(tǒng)操作，則可超過(guò)兩百五十個(gè)(大部分低電壓系統(tǒng)的電流限制最大為25安培)。

圖2 符合小型陣列設(shè)計(jì)的LM3407採(cǎi)用12VAC系統(tǒng)，可驅(qū)動(dòng)電流為350毫安培的3Vf單一LED

反觀交流對(duì)直流(AC-DC)的轉(zhuǎn)換則是以大型陣列設(shè)計(jì)處理，基于直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換區(qū)的輸入電流，可為輸入整流二極管和保持電容選擇適當(dāng)值。在此設(shè)計(jì)中，小于100毫安培的輸入電流和允許2伏特漣波約需290μF電容，因此，330μF將能輕易實(shí)現(xiàn)這樣的需求。