洞悉驅動器特性設計出低電壓AC的LED應用設計

圖1 大型陣列設計應用LM3429的升壓配置，採用24VAC系統(tǒng)，在電流為350毫安培的條件下，可驅動二十個LED

圖1所示為驅動二十個LED，每一個平均電流均為350毫安培，3.5伏特順向電壓的電路圖，此外，電路也許會因為須要進行類比調光(當輸入減少時光源的輸出就會降低)而有所改變，以符合簡單又全面受到保護的線路驅動器。如欲尋求更嚴格的顏色準確度，可採用PWM調光。大電容方案降低漣波　延長電解質電容壽命

有一個簡單的概念是應用升壓解決方案來恢復以交流電整流驅動大量LED燈串時損失的電壓，且仍保持在低壓限制中，這大約是前端消耗的27瓦(在92%效率下的24.5瓦LED)，故顯而易見，系統(tǒng)是如何在單一附件下拓展成每個線路都受到完整保護的高規(guī)格設計。

若進一步採用四條這樣的電路，則每條線路均能達成完整保護和控制的100瓦設計目標，為實現(xiàn)此一架構，則可能在前端使用一個一般的整流器(只需要×4 電流率的橋接二級管和C1/C2的×4電容)。此外，LED照明設計如果在低電壓系統(tǒng)下有300～600瓦的可用電力，25安培的總電流對設計人員而言就具有很多選擇。舉例來說，從D1～D4需要被規(guī)範出最大電壓和電流的余量(Headroom)。輸出的電容可用下列方程式表示：

C=0.7(I)/ΔE(f)

其中，I代表到下游電路的輸入電流(直流對直流轉換區(qū))，ΔE為可允許的漣波電壓，而f則是交流電頻率。由于此設計有92%的效率，鑑于LED功率為 24.5瓦，這代表前端的直流對直流區(qū)將有26.6瓦的功率;而在整流(34VDC)后，從24VAC的電源使用26.6瓦并產生約782毫安培的平均輸入電流，如此一來，將可適當調整二級管整流器的規(guī)格。

另一方面，可接受的漣波也影響著電容的需求，舉例來說，執(zhí)行一個800毫安培的輸入電流，且在120Hz線路上允許一個1伏特的漣波(因橋接整流器的關係為2×60Hz)需要9，300μF的大電容；如果是3伏特的漣波則只需要1，500μF，由于降低漣波對電解質電容的壽命提供較佳的保護，故此情況下，大電容將是可能採取的選擇方案。

小型陣列設計挑戰(zhàn)重重　降低電容溫度勢在必行

另一個極端的設計範圍是小型陣列設計，該設計可能是單一LED元件或是一個單獨的組件中包含叁個元件，可讓1瓦變成3瓦的現(xiàn)代化LED照明效率解決方案，在環(huán)境和公園照明設備中頗受歡迎。

小型陣列設計對105℃額定值的電容而言，讓它們保持冷卻在65℃及更低的溫度，為此設計中較薄弱的環(huán)節(jié);不過，由于電解質電容每低于額定溫度 10℃，就能增加一倍的使用壽命，意味著若一個設計師可維持65℃或更佳的溫度狀況，105℃額定電容將能延長十六倍的額定壽命，在此比率下，5，000 小時的額定電容可延長到80，000小時，對小型陣列設計來說，雖為極大的挑戰(zhàn)但仍勢在必行。

由此可證，良好的熱能設計在LED應用扮演關鍵角色，且使用有效率的驅動器如LM3429，則使設計挑戰(zhàn)更容易解決。在此設計上，最熱門的裝置是單結型場效應電晶體(FET)M1開關，其可達到約65℃的溫度表現(xiàn)，雖然并沒有多大影響，但是設計者必須確定它與其他重要熱源均與電解質電容保持距離，且所有板上的元件都保持在50℃以下，可見從LED散出的熱能永遠是最大的挑戰(zhàn)，而不是電子學。

小型陣列設計獲櫥柜/展示用照明青睞

櫥柜和展示用照明是低電壓交流電系統(tǒng)中，關于小型陣列設計的另一個受歡迎應用，可考慮一個3伏特正向電壓、350毫安培、1瓦的LED，搭載一個簡單的12VAC系統(tǒng)，即可因降壓轉換器的架構提供充分余量，并可有效率的驅動LED。如圖2所示，LM3407提供一個350毫安培的輸出限制、小型封裝，和極少的外部元件，以驅動此類型的LED。由于低功率消耗的設計(在輸入端稍為超出1.5W)概念，可在一個單獨的低電壓12VAC電路支援多達兩百個模組，若使用24VAC系統(tǒng)操作，則可超過兩百五十個(大部分低電壓系統(tǒng)的電流限制最大為25安培)。

圖2 符合小型陣列設計的LM3407採用12VAC系統(tǒng)，可驅動電流為350毫安培的3Vf單一LED

反觀交流對直流(AC-DC)的轉換則是以大型陣列設計處理，基于直流對直流轉換區(qū)的輸入電流，可為輸入整流二極管和保持電容選擇適當值。在此設計中，小于100毫安培的輸入電流和允許2伏特漣波約需290μF電容，因此，330μF將能輕易實現(xiàn)這樣的需求。