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(yīng)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(shè)計更有效率
LED照明的特性已使室內(nèi)照明設(shè)計人員可進一步設(shè)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(shè)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(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)工作而不遭受過大應(yīng)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(shè)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(shè)計，并在生產(chǎn)當中,，未來可望以此設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計。
在此設(shè)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(dǎo)致電路過熱而失控,，故還須要求設(shè)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(yīng)用廣泛，可以是復(fù)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(fù)雜的開關(guān)穩(wěn)壓器極適合高光輸出應(yīng)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(shè)計，雖然其效能要求可能不像復(fù)雜的開關(guān)穩(wěn)壓器高,，但低成本和簡單的設(shè)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(dǎo)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(dǎo)電并導(dǎo)通Q1(MPSA44)。當Q1被導(dǎo)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(shè)計余量(Head Room)來讓Q1保持在導(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(shè)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(shè)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,。