掌握驱动器特性　低电压AC LED应用放光芒[2]

　　小型数组设计获橱柜/展示用照明青睐

　　橱柜和展示用照明是低电压交流电系统中，关于小型数组设计的另一个受欢迎应用，可考虑一个3伏特正向电压、350毫安、1瓦的LED，搭载一个简单的12VAC系统，即可因降压转换器的架构提供充分余量，并可有效率的驱动LED。如图2所示，LM3407提供一个350毫安的输出限制、小型封装，和极少的外部组件，以驱动此类型的LED。由于低功率消耗的设计(在输入端稍为超出1.5W)概念，可在一个单独的低电压12VAC电路支持多达两百个模块，若使用24VAC系统操作，则可超过两百五十个(大部分低电压系统的电流限制最大为25安培)。

　　图2 符合小型数组设计的LM3407采用12VAC系统，可驱动电流为350毫安的3Vf单一LED

　　反观交流对直流(AC-DC)的转换则是以大型数组设计处理，基于直流对直流转换区的输入电流，可为输入整流二极管和保持电容选择适当值。在此设计中，小于100毫安的输入电流和允许2伏特涟波约需290μF电容，因此，330μF将能轻易实现这样的需求。

　　有一项额外考虑系针对较小负载设计而生，主要系一次侧变压器的工作可能需要某一个最低负荷，当处在非常小且低功耗的系统中，便须要特别考虑此问题。以一个60瓦低电压交流变压器而言，可能需10瓦的负载才能正常运行，而LED装置的效率可根据主电源的供应范围处理该问题。

　　举例来说，在美国国家半导体的RD-148参考设计中，运用LM3405A展示在12VAC系统下驱动一个3.6Vf、600毫安的单一LED解决方案。而基于该参考设计架构的LM3405A和LM3407均适用于在较小灯光模块中，因其有较小的封装尺寸(LM3405A采SOT23封装)和极少的外部组件。透过RD-148的实例，将能简易实行一个尺寸为14毫米×21.5毫米的完整解决方案，甚至是更小的解决方案也可能实现。

　　实现中型数组系统　热能管理至为关键

　　目前中型设计(中型数组，但许多个别系统)已提出最新的进展，藉由使用单一封装的较大多组件数组就能提高照明输出，且有更好的效率和热能管理技术。欲完成此种设计，可考虑一个10.5伏特的Vf暖白光数组，和一个典型的640毫安电流。值得注意的是，维持数组在典型的电流或适当的热能管理设计，特别能延长产品寿命，甚至是在高温有害的环境中，虽然这对许多IC驱动器是很困难的挑战，但在市场需求的推动之下，可预期不久之后就有大量符合此需求的产品出现。然而，在经过几个设计循环后，产业界便发现许多整合FET的驱动器，对于热能设计有处理上的困难。

　　承续上述论点，许多整合FET的产品在30℃环境温度下操作，其IC接面点温度超过90℃，这代表组件在外部环境建议的操作温度下，只有35℃的余量(到达150～160℃时就会进入热能关机，但最大的建议操作温度是125℃)，这对热能机械设计来说是很难处理的，故须确保该情况不会在LED的应用上发生。

　　热能挑战迎刃而解　高整合控制器功不可没

　　总括来说，60℃温差的热能循环(从LED帽到焊接点，一直到驱动板)在设计上并不完美。谈到LED的使用寿命和可靠性，热能永远是必须解决的问题，而图3所示的LM3409控制器就是一个优异的选择，它能让设计者透过各种外部组件将热能排出，以一个低成本的P-Channel金属氧化物半导体场效晶体管(PFET)外部组件为例，藉由使用LM3409就能显著降低系统温度，而其中最热的组件应该是53℃的PFET。

　　图3 适合中型数组设计的LM3409采用12VAC系统，可驱动640毫安电流和10.4伏特的LED数组封装。

　　由于LM3409的接面温度是43℃，而所有测试都在30℃环境温度下进行，这表示其拥有充分的热能余量，也使设计者更容易达到热能设计的目标。此外，LM3409系一个高度整合的控制器，特别是用于固定电流的LED驱动应用中，所以只需要少数的外部组件，便可以解决尺寸问题和降低生产成本。

　　LM3409亦具有容易进行调光控制的优势，不论是PWM调光(在EN接脚上)或是模拟调光，均可藉由一个电压分压器隔开主要输入轨来获得模拟调光功能，如此一来，就能在输入电压直接降低时，连带使LED电流下降，以达到设计弹性。其次，如果要求绝对色彩准确性或其它特殊的调光功能，则可使用PWM讯号(外部的微控制器或类似装置所提供)或是模拟IADJ接脚，完成此一需求。

　　另一方面，LM3409具有两个有效的监视电流回路，一个是设置在高端电流感测电阻RSNS，另一个直接在ISENS。设计者有三个方法经由ISENS来达到模拟调光，首先是透过ISENS开路以让RSNS控制LM3409;再者系提供接脚一个从0～1.24伏特的外部电压(由RSNS设置时1.2伏特是最大输出);或可从接脚到地面连结一个分压器以改变电流(永远将RSNS设置到最大)。

　　透过以上三种方式，在交流电转换成直流电后，经由电压分压器到主输入轨就能轻易连结;不过若选择电压分配器在1.24伏特时，则可拥有最大的输入电压(12VAC系统16.97V，24VAC系统33.94V)，因此，当输入电压较低时，理所当然会产生一个较低的光源输出。

　　而值得讨论的是，该情况与不具典型调光装置驱动器的差别，或没有这个连结的话，LM3409将如何表现。

　　由于上述情况均是针对直流对直流的调节器，所以会有输入到输出改变的自然情形，有鉴于此，想要对一个固定的电压或电流加以控制的想法便应运而生。举例来说，若不提供一个调光讯号，电路就会尝试维持电流的规格，直到输入电压接近输出电压(LED驱动电压)，且输出电平将不会改变，直到输入端进入电路讯号损耗区(通常是在降压调节器运作下驱动电流时，输入的伏特数高于所要求的输出)，当输入电压开始下降时，输出电压也随着快速减少。

　　反观在PFET控制器的调节下，LM3409只有小范围的改变，能够在整个工作周期下，维持非常低的损失，其使用模拟调光功能可以线性方式降低LED电流，使LED具备可调光的设计，在开关关闭前达到欠压锁定设定(或者可以用极小的输出电压驱动LED)。藉由改变电压的方式来达到调光功能，已能有效的控制输入线路，而在交流对直流的前端，则需要额外的电容以达到光源输出后，所造成的输入涟波最小化。

　　此外，透过直接连结调光功能到输入电压，可不须顾虑LED驱动器的稳定度。除非充分过滤，否则输入线路的任何暂时状态都会显示在输出上。因此，该连结方式较不受到支持，除非须要使用调光功能，让IADJ维持开路。

　　另一方面，低电压TRIAC调光装置也可能会带来设计上的挑战。使用调压变压器或以交流低电压波形降低峰值的低电压调光系统，若使用类似的电路就可以良好的运作，不过，TRIAC调光系统需要额外的电路用以适当的译码截波波形。

　　低电压交流电系统结合LED　照明解决方案大小通吃

　　总结而言，低电压交流电系统结合LED照明效能，可提供设计者创造各式各样从小型到大型照明解决方案的能力。美国国家半导体拥有适用于24VAC和12VAC系统广泛的产品组合，以协助实现其设计，在五花八门的产品阵容下，决定使用那种解决方案则取决于组件的特色，以及所需的解决方案尺寸。

　　尤其须要注意的是，整体系统的设计须透过现今驱动器的一些特性与进展，才能作出正确的决定，并使设计变得更简易、更健全和有效降低成本。拥有完备的解决方案知识，将能够进一步实现兼具快速及成本效益的解决方案，亦让设计人员拥有许多可用的选择。

　　不仅如此，低电压交流电LED在简化设计方面也提供稳定的电路分析，有关这些优点都能节省设计时间和金钱，同时也能提升产品的可靠性。

　　编辑：Sophy