導(dǎo)入數(shù)位電源控制技術(shù)的專用LED照明驅(qū)動器

　　要讓LED能在穩(wěn)定條件下亮燈并進(jìn)行調(diào)光，LED驅(qū)動積體電路(IC)是不可或缺的，且最理想的LED驅(qū)動IC必須能夠適用于各種功率、調(diào)光方式及電源等。

　　LED驅(qū)動IC執(zhí)掌定電流控制

　　為因應(yīng)此一市場需求，LED照明專用驅(qū)動IC要讓LED在固定亮度的條件下亮燈，就必須具備可定電流控制的能力。一般來說，如要利用交流電(AC)電源進(jìn)行定電流控制，通常會采用降壓型切換式穩(wěn)壓器方式(圖1)。

　　圖1 一般的照明專用電源模組

　　傳統(tǒng)方式會造成輸入電壓/輸出電壓變化過大，且依應(yīng)用條件不同，有可能還須重新設(shè)計(jì)電源模組。當(dāng)輸入電壓變化過大時(shí)，交流電電壓的頻率如全波整流后的100～120Hz，會導(dǎo)致輸入電壓出現(xiàn)漣波，此時(shí)，LED的亮度將會變得非常不穩(wěn)定。若要讓輸入電壓穩(wěn)定，勢必要在電源模組設(shè)計(jì)上加上一些不同的巧思。當(dāng)輸入電壓的變化愈大，就須根據(jù)光源的輸出電壓或LED顆數(shù)，改變外接零件的常數(shù)，但卻也同時(shí)造成電源模組的樣式增加，耗費(fèi)設(shè)計(jì)工時(shí)(圖2)。此外，由于LED的順向電壓(Vf)不穩(wěn)定，因此照明燈具之間可能會出現(xiàn)亮度差異的情形。

　　圖2 輸入電壓的特性

　　切換式穩(wěn)壓器利用切換時(shí)的開關(guān)(On/Off)時(shí)間比來控制LED電流值。一般傳統(tǒng)所采用的控制方法是利用線圈的峰值電流來決定切換ON的時(shí)間。此一方法會因?yàn)檩斎?輸出電壓的改變而讓線圈電流的斜率發(fā)生變化，結(jié)果導(dǎo)致LED電流也跟著改變(圖3)。

　　圖3 峰值檢測控制的LED電流波形

　　要解決此一問題，就須利用LED電流平均值，而非峰值電流來控制LED電流(平均電流控制法)。但透過一般所采用的類比電源控制，不但不易進(jìn)行平均電流控制法，而且還可能會造成外接零件的增加。先進(jìn)的LED照明專用驅(qū)動IC若運(yùn)用數(shù)位電源控制法，則不須要增加外接零件，只要檢測線圈電流，即可解決前述問題(圖4)。

　　圖4 附有Triac調(diào)光的LED照明用驅(qū)動IC

　　運(yùn)用數(shù)位電源控制法后，無論輸入/輸出電壓值為何，皆可達(dá)成控制LED電流平均值的目標(biāo)。此種方法就是將線圈電流取樣(A/D轉(zhuǎn)換)并進(jìn)行數(shù)位化，然后根據(jù)取樣資料，運(yùn)算峰值電流值，以便讓LED電流的平均電流達(dá)成穩(wěn)定的目標(biāo)。接著，再將演算結(jié)果進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并反饋至用來檢測峰值電流的比較器中(圖5)。

　　圖5 平均值控制的LED電流波形

　　以切換式電源來說，雖然業(yè)界對于數(shù)位電源控制的關(guān)注程度愈來愈高，但一般均會使用數(shù)位訊號處理器(DSP)，因此仍然存在著電路過于龐大而導(dǎo)致成本高、耗電量過大等問題，因此要運(yùn)用在LED小型照明上仍十分不易。而專用的邏輯IC，以照明為重點(diǎn)功能，并且排除數(shù)位電源控制電路/耗電量增大的缺點(diǎn)。

　　除平均電流控制功能外，調(diào)光功能也是數(shù)位電源控制的特征。先進(jìn)的LED照明專用驅(qū)動IC支援雙向矽控整流器調(diào)光、PWM調(diào)光、線性調(diào)光等三種調(diào)光方式，適用于各種配備調(diào)光功能的照明燈具。

泄流器電路可確保電流穩(wěn)定#e#泄流器電路可確保電流穩(wěn)定

　　此外，也可以考慮將LED照明與傳統(tǒng)照明燈具所使用的調(diào)光器互相搭配使用。傳統(tǒng)的調(diào)光器所采用的調(diào)光方式系利用雙向矽控整流器等切換元件來截?cái)嗖糠纸涣鬏斎腚妷?，同時(shí)利用相位角來調(diào)整亮度，當(dāng)ON時(shí)，雙向矽控整流器調(diào)光器必須要保持電流(Holding Current)持續(xù)通過，因此保持電流降低時(shí)，就會造成雙向矽控整流器OFF。相較于傳統(tǒng)照明，LED照明的耗電量極低，因此一旦雙向矽控整流器的保持電流降低，就會導(dǎo)致調(diào)光器不定期OFF，因而出現(xiàn)閃爍(Flicker)的情形(圖6)。

　　圖6 雙向矽控整流器錯(cuò)誤動作時(shí)的波形

　　為避免此一情形發(fā)生，此時(shí)須加上能確保電流穩(wěn)定的泄流器(Breeder)電路，各家廠商架構(gòu)泄流器電路的方式各有不同。其中，羅姆所開發(fā)的LED照明專用驅(qū)動IC配備該公司獨(dú)創(chuàng)的泄流器電路，能有效避免電流的無謂損耗。但是即使是配備能夠確保保持電流的泄流器電路，仍可能無法避免雙向矽控整流器調(diào)光器所造成的誤動作發(fā)生。原因就在于當(dāng)雙向矽控整流器ON時(shí)，會因輸入電容充電產(chǎn)生突波電流，而造成嚴(yán)重的震鈴(Ringing)現(xiàn)象，此時(shí)，因?yàn)殡p向矽控流整器OFF了，保持電流即瞬間下降(圖7)。

　　圖7 雙向矽控整流器On時(shí)所產(chǎn)生的震鈴電流

　　若極力想避免震鈴現(xiàn)象，反而會導(dǎo)致電路效率不佳，想要找到解決對策并不是一件容易的事。因此，為了解決此一突發(fā)性的震鈴現(xiàn)象，目前已經(jīng)有廠商透過數(shù)位的控制方式來防止閃爍的發(fā)生。

　　傳統(tǒng)方式是利用電容器來檢測雙向矽控整流器的相位角，然后再將平滑化之后的電壓輸入調(diào)光解碼器中。電容器在功能上雖然能夠過濾震鈴現(xiàn)象所造成的誤動作，然而對于100Hz/120Hz等低頻區(qū)所出現(xiàn)的誤動作，卻完全無法過濾，最后還是會造成閃爍的情形。

　　先進(jìn)的LED照明專用驅(qū)動IC有內(nèi)建數(shù)位濾波器，可以有效解決上述問題，其先針對相位角進(jìn)行取樣，然后再以數(shù)位方式儲存至記憶體中。調(diào)整亮度前，先讓電流通過以雙向矽控整流器調(diào)光為重點(diǎn)功能的數(shù)位濾波器，如此便能將雙向矽控整流器調(diào)光器，因其突發(fā)性的誤動作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤值完全進(jìn)行遮蔽，藉此達(dá)到防止閃爍的目的(圖8)。

　　圖8 Triac調(diào)光器誤動作時(shí)內(nèi)建數(shù)位濾波器驅(qū)動IC的LED電流波形

　　目前已有廠商能夠?yàn)榭蛻籼峁┒喾NLED照明燈具的LED驅(qū)動IC解決方案，這些解決方案皆期盼能夠?yàn)長ED照明的普及化盡一分心力，進(jìn)一步加速產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。