探索低成本LED照明驅(qū)動方案

　　發(fā)光二極管（LED）是用于建筑物及室內(nèi)照明的下一代照明組件，發(fā)光能效比白熾燈高得多，不過，其必須以專用電子驅(qū)動電路，確保不遭受過大應力，從而使它們持續(xù)提供產(chǎn)品規(guī)格中所宣稱的長壽命。針對此一技術(shù)前提，本文將探討如何使用簡單LED驅(qū)動電路來提供必要的可靠性，并將燈具成本降至最低。

　　LED特性加持　室內(nèi)照明設計更有效率

　　LED照明的特性已使室內(nèi)照明設計人員可進一步設計出新的照明方案，舉例來說，LED尺寸小，且可密集排列，使其能置于軟性燈條內(nèi)，或易于隱藏在櫥柜及樓梯中，達成更多設計彈性。此外，LED的主要工作參數(shù)相對簡單，只要保持電流恒定，并低于可承受的最大電流，進一步在設計參數(shù)范圍內(nèi)工作而不遭受過大應力，LED使用壽命將比白熾燈泡長一百倍，成為另一項關(guān)鍵優(yōu)勢。所以，若驅(qū)動電路符合LED規(guī)格，其光源輸出將能維持恒定，基本上使用壽命可超過5萬小時。

　　另一方面，建筑物及室內(nèi)照明燈具的設計方針須針對全球普遍的規(guī)范，其燈具須以50或60Hz頻率在85～265VAC的完整通用電壓規(guī)格范圍內(nèi)工作。涵蓋此通用電壓要求的電源電路已完成設計，并在生產(chǎn)當中，未來可望以此設計為基礎(chǔ)，進一步滲透計算機及手機市場。必須注意的是，這些電源設計系針對終端產(chǎn)品進行優(yōu)化，但并不必然是LED驅(qū)動電路的最佳方案。

　　減輕設計負擔　保持電流恒定方案崛起

　　由于傳統(tǒng)電源提供精確的電壓輸出及不同電流電平，故將一顆電阻與LED串行，就可限制電流。而此類設計的先決條件是明確知道LED（串）兩端的電壓，且此電壓不會跟隨LED溫度變化而改變。但不利的是，LED正向電壓通常會隨著溫度而變化，因此LED制造商須根據(jù)正向電壓對其組件進行編碼，使燈具制造商可構(gòu)建在固定溫度時與LED正向電壓匹配的燈具設計。

　　在此設計考慮之下，不須經(jīng)過LED編碼的電路具有更強吸引力，因其可節(jié)省LED制造商的時間，且產(chǎn)制出的LED價格會更便宜。不僅如此，囿于安全性問題，LED正向電壓還具有負溫度系數(shù)（即溫度升高時正向電壓下降），可能導致電路過熱而失控，故還須要求設計人員構(gòu)建防護電路，又是一筆額外的成本。

　　因此，LED驅(qū)動電路的最佳方案是可監(jiān)測電流并保持電流恒定的方案。此類電路不受LED正向電壓影響，無須LED編碼，且消除LED在正向電壓負溫度系數(shù)的影響。加上此類電路應用廣泛，可以是復雜的開關(guān)穩(wěn)壓器或是帶回饋回路的線性穩(wěn)壓器，而復雜的開關(guān)穩(wěn)壓器極適合高光輸出應用，如以發(fā)光效能為主的街道照明。

　　由此可見，建筑物及室內(nèi)照明燈具均適合采用簡單、經(jīng)濟及強固的混合電路設計，雖然其效能要求可能不像復雜的開關(guān)穩(wěn)壓器高，但低成本和簡單的設計架構(gòu)使其成為極具吸引力的選擇。

　　成本LED驅(qū)動電路　截波器/穩(wěn)流器是關(guān)鍵

　　接下來將針對室內(nèi)照明的簡單、低成本LED驅(qū)動電路做介紹，圖1所示的電路由整流橋、截波器（Chopper）和簡單的穩(wěn)流器構(gòu)成，全波橋由二極管D1、D2、D3和D4（1N4004）構(gòu)成，為截波器電路注入訊號，開關(guān)Q2（NDD03N50Z）將立即導通電容C1（22μF）開始充電。

　　圖1 由整流橋、截波器和簡單的穩(wěn)流器構(gòu)成的電路圖

　　而分壓器電阻R1和R2分別為330（kΩ）和390千歐姆，當二極管D5（MMSZ5260BT1G）的陰極電壓達到43.5伏特（V）時，齊納（Zener）二極管即可導電并導通Q1（MPSA44）。當Q1被導通后，就會將Q2的閘極拉至低電平致其關(guān)閉，不過電路中須包含二極管D6（MMSZ15T1G），用于保護Q2的閘極。此時，電容C1兩端的電壓維持在80～90伏特之間。C1儲存的電荷為恒流穩(wěn)流器（CCR）（NSI45020AT1G）及LED串（此電路示例中含二十二顆LED）供電。CCR將LED串的電流維持在20毫安（mA）。電路中包含與LED串行的電阻R4（10Ω，1.0%），用于測量LED串電流（200mV=20mA）。

　　必須注意的是，圖2中跡線1代表的是整流橋電路的輸出波形；跡線2為截波器電路輸出部分的電容C1兩端的電壓；而跡線3則是電流感測電阻（10Ω，1.0%=200mV=20mA）兩端的電壓。 ‖

　　圖2 在150VAC輸入電壓條件下，電路周期不同部分呈現(xiàn)的電壓

　　當整流橋電壓增加到高于80伏特時，截波器電路開關(guān)也將會限制施加在穩(wěn)流器電路上的電壓。

　　另外，透過圖3的示波器跡線，顯示該電路仍有足夠的設計余量（Head Room）來讓Q1保持在導通狀態(tài)更長時間，并使電容C1保持在完整充電的狀態(tài)，只是當輸入電壓降低至54VAC后，LED電流便開始下降。此外，如圖4所示，在265VAC的高輸入電壓條件下，Q1導通時間極短，不過，圖4中跡線2顯示仍有足夠的能量來為Q1充電，并在關(guān)閉周期維持LED電流。

　　圖3 輸入電壓為85VAC條件下的電壓波形

　　圖4 在265VAC輸入電壓條件下所記錄的相同數(shù)據(jù)

　　發(fā)揮LED優(yōu)勢　照明燈具使用壽命再提升

　　事實上，上述的LED驅(qū)動電路設計可依不同需求進行調(diào)節(jié)，從而在不同LED的數(shù)組條件下工作。舉例來說，CCR已提供高達160毫安的額定電流，但若要支持更高電流，可并列布設CCR，而在C1、R1和R2的選擇上則須使用匹配的LED類型及數(shù)量，方能達成。

　　總結(jié)而言，本文介紹的電路設計使用簡單的截波器及CCR，其配置能以50或60Hz頻率在85～265VAC的完整通用電壓規(guī)格下工作，讓建筑物及室內(nèi)照明燈具，藉由簡單、經(jīng)濟及強固的混合電路，發(fā)揮LED的優(yōu)勢，以獲得更長的燈具使用壽命。