導入數位電源控制技術(shù)的專(zhuān)用LED照明驅動(dòng)器

　　要讓LED能在穩定條件下亮燈并進(jìn)行調光，LED驅動(dòng)積體電路(IC)是不可或缺的，且最理想的LED驅動(dòng)IC必須能夠適用于各種功率、調光方式及電源等。

　　LED驅動(dòng)IC執掌定電流控制

　　為因應此一市場(chǎng)需求，LED照明專(zhuān)用驅動(dòng)IC要讓LED在固定亮度的條件下亮燈，就必須具備可定電流控制的能力。一般來(lái)說(shuō)，如要利用交流電(AC)電源進(jìn)行定電流控制，通常會(huì )采用降壓型切換式穩壓器方式(圖1)。

　　圖1 一般的照明專(zhuān)用電源模組

　　傳統方式會(huì )造成輸入電壓/輸出電壓變化過(guò)大，且依應用條件不同，有可能還須重新設計電源模組。當輸入電壓變化過(guò)大時(shí)，交流電電壓的頻率如全波整流后的100～120Hz，會(huì )導致輸入電壓出現漣波，此時(shí)，LED的亮度將會(huì )變得非常不穩定。若要讓輸入電壓穩定，勢必要在電源模組設計上加上一些不同的巧思。當輸入電壓的變化愈大，就須根據光源的輸出電壓或LED顆數，改變外接零件的常數，但卻也同時(shí)造成電源模組的樣式增加，耗費設計工時(shí)(圖2)。此外，由于LED的順向電壓(Vf)不穩定，因此照明燈具之間可能會(huì )出現亮度差異的情形。

　　圖2 輸入電壓的特性

　　切換式穩壓器利用切換時(shí)的開(kāi)關(guān)(On/Off)時(shí)間比來(lái)控制LED電流值。一般傳統所采用的控制方法是利用線(xiàn)圈的峰值電流來(lái)決定切換ON的時(shí)間。此一方法會(huì )因為輸入/輸出電壓的改變而讓線(xiàn)圈電流的斜率發(fā)生變化，結果導致LED電流也跟著(zhù)改變(圖3)。

　　圖3 峰值檢測控制的LED電流波形

　　要解決此一問(wèn)題，就須利用LED電流平均值，而非峰值電流來(lái)控制LED電流(平均電流控制法)。但透過(guò)一般所采用的類(lèi)比電源控制，不但不易進(jìn)行平均電流控制法，而且還可能會(huì )造成外接零件的增加。先進(jìn)的LED照明專(zhuān)用驅動(dòng)IC若運用數位電源控制法，則不須要增加外接零件，只要檢測線(xiàn)圈電流，即可解決前述問(wèn)題(圖4)。

　　圖4 附有Triac調光的LED照明用驅動(dòng)IC

　　運用數位電源控制法后，無(wú)論輸入/輸出電壓值為何，皆可達成控制LED電流平均值的目標。此種方法就是將線(xiàn)圈電流取樣(A/D轉換)并進(jìn)行數位化，然后根據取樣資料，運算峰值電流值，以便讓LED電流的平均電流達成穩定的目標。接著(zhù)，再將演算結果進(jìn)行D/A轉換，并反饋至用來(lái)檢測峰值電流的比較器中(圖5)。

　　圖5 平均值控制的LED電流波形

　　以切換式電源來(lái)說(shuō)，雖然業(yè)界對于數位電源控制的關(guān)注程度愈來(lái)愈高，但一般均會(huì )使用數位訊號處理器(DSP)，因此仍然存在著(zhù)電路過(guò)于龐大而導致成本高、耗電量過(guò)大等問(wèn)題，因此要運用在LED小型照明上仍十分不易。而專(zhuān)用的邏輯IC，以照明為重點(diǎn)功能，并且排除數位電源控制電路/耗電量增大的缺點(diǎn)。

　　除平均電流控制功能外，調光功能也是數位電源控制的特征。先進(jìn)的LED照明專(zhuān)用驅動(dòng)IC支援雙向矽控整流器調光、PWM調光、線(xiàn)性調光等三種調光方式，適用于各種配備調光功能的照明燈具。

泄流器電路可確保電流穩定#e#泄流器電路可確保電流穩定

　　此外，也可以考慮將LED照明與傳統照明燈具所使用的調光器互相搭配使用。傳統的調光器所采用的調光方式系利用雙向矽控整流器等切換元件來(lái)截斷部分交流輸入電壓，同時(shí)利用相位角來(lái)調整亮度，當ON時(shí)，雙向矽控整流器調光器必須要保持電流(Holding Current)持續通過(guò)，因此保持電流降低時(shí)，就會(huì )造成雙向矽控整流器OFF。相較于傳統照明，LED照明的耗電量極低，因此一旦雙向矽控整流器的保持電流降低，就會(huì )導致調光器不定期OFF，因而出現閃爍(Flicker)的情形(圖6)。

　　圖6 雙向矽控整流器錯誤動(dòng)作時(shí)的波形

　　為避免此一情形發(fā)生，此時(shí)須加上能確保電流穩定的泄流器(Breeder)電路，各家廠(chǎng)商架構泄流器電路的方式各有不同。其中，羅姆所開(kāi)發(fā)的LED照明專(zhuān)用驅動(dòng)IC配備該公司獨創(chuàng )的泄流器電路，能有效避免電流的無(wú)謂損耗。但是即使是配備能夠確保保持電流的泄流器電路，仍可能無(wú)法避免雙向矽控整流器調光器所造成的誤動(dòng)作發(fā)生。原因就在于當雙向矽控整流器ON時(shí)，會(huì )因輸入電容充電產(chǎn)生突波電流，而造成嚴重的震鈴(Ringing)現象，此時(shí)，因為雙向矽控流整器OFF了，保持電流即瞬間下降(圖7)。

　　圖7 雙向矽控整流器On時(shí)所產(chǎn)生的震鈴電流

　　若極力想避免震鈴現象，反而會(huì )導致電路效率不佳，想要找到解決對策并不是一件容易的事。因此，為了解決此一突發(fā)性的震鈴現象，目前已經(jīng)有廠(chǎng)商透過(guò)數位的控制方式來(lái)防止閃爍的發(fā)生。

　　傳統方式是利用電容器來(lái)檢測雙向矽控整流器的相位角，然后再將平滑化之后的電壓輸入調光解碼器中。電容器在功能上雖然能夠過(guò)濾震鈴現象所造成的誤動(dòng)作，然而對于100Hz/120Hz等低頻區所出現的誤動(dòng)作，卻完全無(wú)法過(guò)濾，最后還是會(huì )造成閃爍的情形。

　　先進(jìn)的LED照明專(zhuān)用驅動(dòng)IC有內建數位濾波器，可以有效解決上述問(wèn)題，其先針對相位角進(jìn)行取樣，然后再以數位方式儲存至記憶體中。調整亮度前，先讓電流通過(guò)以雙向矽控整流器調光為重點(diǎn)功能的數位濾波器，如此便能將雙向矽控整流器調光器，因其突發(fā)性的誤動(dòng)作所出現的錯誤值完全進(jìn)行遮蔽，藉此達到防止閃爍的目的(圖8)。

　　圖8 Triac調光器誤動(dòng)作時(shí)內建數位濾波器驅動(dòng)IC的LED電流波形

　　目前已有廠(chǎng)商能夠為客戶(hù)提供多種LED照明燈具的LED驅動(dòng)IC解決方案，這些解決方案皆期盼能夠為L(cháng)ED照明的普及化盡一分心力，進(jìn)一步加速產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。