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掌握驱动器特性　低电压 AC LED 应用放光芒低电压交流电照明系统在市场上愈来愈受欢迎在零售商和家居建材行大力推广下，已使电源系统纳入特定低电压的使用规则，用户不必经过承包商便能自行安装此外，低电压交流电 LED 系统也能实现稳定的电路分析，有助提升产品的可靠性低电压交流电照明系统在市场上愈来愈受欢迎，从室内重点照明(Accent Lighting)到一般的轨道灯，乃至于应用在户外照明系统零售商和家居建材行如 IKEA 和 Home Depot已经将这些技术迅速而广泛的传达给顾客，使电源系统纳入特定低电压的使用规则，使用者便不必经过承包商而能自行安装低电压交流电 LED 照明应用兴起所有低电压交流电照明系统使用的是一种独立式主电源，这个主电源提供离线交流电转换成低电压的方案，在任何负载下，即使电路处于开路的情况，其输出均不会超过 30 伏特有效值(VRMS)其次，在所有状况下，电路必须有一个 25 安培(A)的电流限制，这两个条件将决定低电压交流电照明应用的最大电力典型的输出电压是 12 或 24 伏特交流电(VAC)，但仍须保持 25 安培最大电流值不变，不论是 12 伏特、300 瓦(W)的系统或 24 伏特600 瓦的系统皆是。

鉴于上述原因，低电压交流电照明在发光二极管(LED)照明应用中，相当受到青睐，该技术甚至可应用在 300 瓦的 LED 照明功率中，相当于三至四个路灯的输出此举让设计者在设计上拥有很大的弹性，可允许相对较大型的单一组件或由单一电源提供的多组态灯器设计，亦或是在这两者之间的设计可确定的是，透过具弹性的 LED 照明应用设计，将使照明系统从传统白炽灯大步往前迈进而在低压交流电系统中，可考虑三个不同的照明灯具，首先是仅在一到两个个别系统中装置一个大/高输出设计;其次为可支持十到二十个装置于系统小灯源的中型输出设计;最后则是可允许在单一系统中存在五十到一百个照明器的小型输出设计大型数组设计打造高灯源输出应用以大型数组设计而言，在两个不同的范围中，立即能显现出 LED 独特设计的好处，特别是在更独特的大型照明灯源例子中，可透过大型数组创造出高灯源输出应用一般而言，在路灯的应用(采用高电压离线解决方案)上会使用 100 瓦的 LED 灯源，虽然不建议其使用低电压交流电系统(这会带来整个规则和标准的新设置)，但设计者却有机会以低电压交流电的预算达到同样效果，进而从一个 3.5 伏特的顺向电压和使用 350 毫安电流的标准 LED着手进行设计，大致上以每个 1.2 瓦或约八十个 LED 为基础。

为达到所期待的输出电力，使用单一驱动器并使用多组串联/并联组合方式的 LED 方案便很有吸引力，但产业界通常不鼓励此种设计规则，原因在于若支持个别控制每一个 LED线路，首先遇到的问题为，LED 和温度有前馈的关系，当温度上升时，须严格控制顺向电压下降，以避免更多电流流动，进一步使 LED 的温度升高其最大的影响就是在不同线路共享相同电流之下，将会很快产生搭配不当的问题，若电流没有被个别安排，以便通过整个线路，便很可能成为系统故障的来源利用设计工具寻找适合 LED 驱动器如同前述，市场上有各式各样的驱动器能符合需求美国国家半导体(NS)就有几款LED 驱动器能够达到所需的最大输入范围，同时也具备简易设计的特性和效能表现先从24VAC 系统谈起，此为最引人注意的特殊大型灯具，目前谈及的驱动器都是直流对直流(DC-DC)转换器，所以在主电源提供的交流电讯号将会有进行一些整流的情形，基于此种情况，对转换器的输入条件须改为：24VRMS=67.88VPP 和在调整后驱动器最大的输入电压范围 34 伏特就确实可知的条件来说，在此阶段的设计上，设计者心中可能已有一个特定的 LED 规格，而本文讨论的所有设计，都可以使用如美国国家半导体的 WEBEBCH LED Designer 设计工具进行开发，可以键入输入电压(34 伏特直流电)、LED 类型/值及所需的输出组态。

此外，在 350 毫安和 Vf=3.5 伏特条件下，可驱动九个 LED 组合而成的 24VAC 灯串，整流后为 34 伏特直流电(VDC)而透过工具中的参数搜索工具，看似拥有许多适用的输入范围，然因工作周期的限制，其实并没有大量可支持的线路在此情况下，仅有美国国家半导体的 LM3401 和 LM3409 两款 LED 驱动器可作支持，若把 LED 的数量从九颗减少至八颗，在驱动器的选择上才会增加值得注意的是，当灯串的 LED 数量增加时，则须要经由电压的升压来支持，现今大多低电压交流电应用的主要转换器拓扑为降压转换器(输出到 LED 的驱动电压比输入到转换器的电压还低)，这是对较少 LED 线路的主要观点了解驱动器角色对症下药一般来说，尽可能使用单一驱动器来驱动多个 LED 最符合成本效益，然并不主张在单一驱动器中使用并联线路，而是希望串联线路尽可能延长;其有利条件在于，即使线路受到严格规范和保护，亦可确保通过 LED 的电流皆相同如此一来，一个较大的输入电压就能简单驱动大量的 LED 线路，只是在经过整流后，该线路通常会流失一半的交流电电压值，故其优势大打折扣;为解决此一问题，则可改采升压解决方案(输出电压比输入电压大时)，以减轻驱动大量 LED 线路的负担。

另一个观点是，若灯串可维持低于二十个 LED(Vf=3.5V 和 350mA 的 LED 驱动电流)，就能在低电压限制下维持升压输出(在 84.85VPP 的低电压限制下有 70VDC)，可经由美国国家半导体任一款 LM342X 驱动器达到，它提供过压/欠压保护机制、电流限制，以及依需求选配的过热保护功能此外，对于驱动器装置特色的了解在电路设计上扮演重要的角色，如是否须支持脉冲宽度调制(PWM)调光、模拟调光等，或是为改变光源输出是否须加入一些光学要件及过热保护，以上考虑均为选用何种驱动器的因素针对上述需求，LM3421/23 驱动器具备阻止和察觉额外错误警告的特色，对于欲达到高层级保护及提供微控制器(MCU)反应的应用来说，是很合适的组件而 LM3424 内建的过热保护功能有利于光学或过热保护应用(降低与 LED 温度有关的输出电流);再者，LM3429虽为此系列产品最基本款的驱动器，但仍具有在升压应用中的过压保护和电流限制，协助升压检测图 1 所示为驱动二十个 LED，每一个平均电流均为 350 毫安，3.5 伏特顺向电压的电路图，此外，电路也许会因为须要进行模拟调光(当输入减少时光源的输出就会降低)而有所改变，以符合简单又全面受到保护的线路驱动器。

如欲寻求更严格的颜色准确度，可采用PWM 调光图 1 大型数组设计应用 LM3429 的升压配置，采用 24VAC 系统，在电流为 350 毫安的条件下，可驱动二十个 LED大电容方案降低涟波　延长电解质电容寿命中　　有一个简单的概念是应用升压解决方案来恢复以交流电整流驱动大量 LED 灯串时损失的电压，且仍保持在低压限制中，这大约是前端消耗的 27 瓦(在 92%效率下的 24.5瓦 LED)，故显而易见，系统是如何在单一附件下拓展成每个线路都受到完整保护的高规格设计若进一步采用四条这样的电路，则每条线路均能达成完整保护和控制的 100 瓦设计目标，为实现此一架构，则可能在前端使用一个一般的整流器(只需要×4 电流率的桥接二级管和 C1/C2 的×4 电容)此外，LED 照明设计如果在低电压系统下有 300～600 瓦的可用电力，25 安培的总电流对设计人员而言就具有很多选择举例来说，从 D1～D4 需要被规范出最大电压和电流的余量(Headroom)输出的电容可用下列方程式表示：C=0.7(I)/ΔE(f)其中，I 代表到下游电路的输入电流(直流对直流转换区)，ΔE 为可允许的涟波电压，而 f 则是交流电频率。

由于此设计有 92%的效率，鉴于 LED 功率为 24.5 瓦，这代表前端的直流对直流区将有 26.6 瓦的功率;而在整流(34VDC)后，从 24VAC 的电源使用 26.6 瓦并产生约 782 毫安的平均输入电流，如此一来，将可适当调整二级管整流器的规格另一方面，可接受的涟波也影响着电容的需求，举例来说，执行一个 800 毫安的输入电流，且在 120Hz 线路上允许一个 1 伏特的涟波(因桥接整流器的关系为 2×60Hz)需要9,300μF 的大电容;如果是 3 伏特的涟波则只需要 1,500μF，由于降低涟波对电解质电容的寿命提供较佳的保护，故此情况下，大电容将是可能采取的选择方案小型数组设计挑战重重　降低电容温度势在必行另一个极端的设计范围是小型数组设计，该设计可能是单一 LED 组件或是一个单独的组件中包含三个组件，可让 1 瓦变成 3 瓦的现代化 LED 照明效率解决方案，在环境和公园照明设备中颇受欢迎小型数组设计对 105℃额定值的电容而言，让它们保持冷却在 65℃及更低的温度，为此设计中较薄弱的环节;不过，由于电解质电容每低于额定温度 10℃，就能增加一倍的使用寿命，意味着若一个设计师可维持 65℃或更佳的温度状况，105℃额定电容将能延长十六倍的额定寿命，在此比率下，5,000 小时的额定电容可延长到 80,000 小时，对小型数组设计来说，虽为极大的挑战但仍势在必行。

由此可证，良好的热能设计在 LED 应用扮演关键角色，且使用有效率的驱动器如LM3429，则使设计挑战更容易解决在此设计上，最热门的装置是单结型场效应晶体管(FET)M1 开关，其可达到约 65℃的温度表现，虽然并没有多大影响，但是设计者必须确定它与其它重要热源均与电解质电容保持距离，且所有板上的组件都保持在 50℃以下，可见从 LED 散出的热能永远是最大的挑战，而不是电子学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。