新一代LED區(qū)域照明應(yīng)用的研究

　　LED陣列燈具的設(shè)計因所在位置的特殊照明需求會有大幅度變化，目標(biāo)照明區(qū)域依照明高度以及和照明源間的距離而定，例如行人或腳踏車道的照明燈柱間隔相對較窄，因此需要20個LED來提供照明，而在住宅區(qū)街道則需要100個或更多的LED。另外，由于主要目的是要照亮道路而不影響街道旁的住家，因此街道照明會有相當(dāng)特別的發(fā)光模式要求，同時這些特別模式也必須滿足各種不同安裝型式所要求的復(fù)雜光學(xué)工程設(shè)計。此外，在LED使用數(shù)量和驅(qū)動電流上也必須進(jìn)行權(quán)衡?；旧?，采用較高電流驅(qū)動的較少數(shù)量LED看起來是個可行的選擇，但較高的電流和功耗卻會讓溫度管理復(fù)雜化，此外，LED的效率會隨著電流和接面溫度的升高而降低，當(dāng)然我們也必須記住，要達(dá)到指定的LED壽命，就必須遵守接面溫度的指定規(guī)范，在采用LED照明時，溫度管理是個相當(dāng)重要的因素，原因是散熱集中在LED的封裝上，因此必須要由燈具移除。

　　LED照明可以由一或多個LED陣列搭配將交流電源轉(zhuǎn)換為LED所使用電流的控制電路組成，由于區(qū)域照明需求通常需要各種不同的流明度輸出，因此可以考慮選擇包含一串LED和驅(qū)動電路的模塊化設(shè)計，并依所需的光度輸出使用多個LED燈條，這個概念的優(yōu)點是相同的電路設(shè)計可以通過在不同照明需求下增加更多的陣列而重復(fù)利用。另外，由于在照明源中使用多個陣列，因此如果有單一LED出現(xiàn)問題，那么只會有一部分的LED停止運作，而整個照明源還是能夠以較低的亮度繼續(xù)提供照明輸出，電子控制電路則必須符合產(chǎn)業(yè)和國際標(biāo)準(zhǔn)，在歐盟中，這類產(chǎn)品屬于IEC61000-3-2等有關(guān)電力線諧波失真(功率因數(shù))的規(guī)范，不過雖然在美國等地區(qū)并不使用這個標(biāo)準(zhǔn)，但電力公司通常也會對不計量的區(qū)域照明要求最低0.90的功率因數(shù)。雖然我們可以使用較笨重的主頻率(50/60 Hz)電感器和電容器來提供無源解決方式，但有源開關(guān)模式經(jīng)常被應(yīng)用到鎮(zhèn)流器中，后者通常還會在主電源轉(zhuǎn)換電路前加入升壓式功率因數(shù)校正(PFC)轉(zhuǎn)換器來提供功率因數(shù)校正。

　　另一個額外的考量則是是否需要進(jìn)行電流隔離來達(dá)到安全性，對于不容易更換的區(qū)域照明源，事實上相當(dāng)容易見到非隔離的設(shè)計，采用非隔離設(shè)計的主要優(yōu)點是可以以成本較低的電感器來取代笨重的變壓器。接下來驅(qū)動LED的實際需求考慮也相當(dāng)重要，雖然LED需要定電流驅(qū)動，但這個電流卻不一定需要是純直流，因此也可以以脈波式直流波形來推動，只要平均和最大電流值符合LED本身所指定的電流規(guī)范即可。再者，雖然RMS電流輸出必須經(jīng)過控制，但LED對電源展現(xiàn)的是固定負(fù)載的形式，使得電源的瞬態(tài)響應(yīng)特性不會成為問題，也因此，我們可以使用安森美半導(dǎo)體的NCP1216控制芯片搭配上一個高功率MOSFET、一顆電感以及少數(shù)外接無源器件，在一個單功率級電路上實現(xiàn)一個簡單高能效的PFC和定電流轉(zhuǎn)換器，由于輸出通常不需濾除100/120 Hz主電源的頻率成份，因此可以不需在電路中使用大型電解電容，如此不僅可以縮小電路尺寸，同時還能改善整體電源的可靠度，圖1為相關(guān)電路的電路圖。

　　圖1 115Vac, 350mA配置的電路設(shè)計圖