【導讀】LED技術(shù)推動(dòng)照明領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。因結合小型、低功耗、高可靠性和低成本，使得照明可以在不可能使用白熾燈或熒光燈技術(shù)的地方實(shí)現。因此，LED照明在辦公室、家庭甚至在汽車(chē)上激增。

LED技術(shù)推動(dòng)照明領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。因結合小型、低功耗、高可靠性和低成本，使得照明可以在不可能使用白熾燈或熒光燈技術(shù)的地方實(shí)現。因此，LED照明在辦公室、家庭甚至在汽車(chē)上激增。

目前固態(tài)照明方案的主要缺點(diǎn)不是LED本身，而是提供照明能量的電源。這些開(kāi)關(guān)電源(Switched-Mode Power Supplies；SMPS)的預期壽命比LED短得多，主要是因為它們所含的磁性組件(magnetic components)和電解電容(electrolytic capacitors)的使用壽命。此外，含有風(fēng)扇等主動(dòng)(active)冷卻設備的開(kāi)關(guān)電源尤其易受到在初期故障影響，而另一個(gè)缺點(diǎn)是SMPS的體積龐大，是電磁干擾(Electro-Magnetic Interference；EMI)的主要原因?？紤]到尺寸和有限的照明安裝空間，SMPS不太可能與LED安裝在相同的PCB上，因此需要互連和引線(xiàn)，這是另一個(gè)潛在的故障原因。

然而，電力技術(shù)和拓撲的最新進(jìn)展包含交流直接驅動(dòng)(Direct AC Drive；DACD)電源方案的出現。這種新方法完全無(wú)需傳統的SMPS，在成本、體積、使用壽命及可靠性方面提供多種優(yōu)勢，然而，并不是所有的DACD方案都相同。

DACD拓撲

所有DACD方案的共同之處是輸入橋式整流器(bridge rectifier)，使用經(jīng)典的4個(gè)二極管配置，將50/60Hz輸入交流波形(AC waveform)，校正為100/120Hz半正弦波(half-sine wave)。峰值振幅(peak amplitude)從110V交流輸入的155V左右變化到230V交流輸入的325V，但原理保持不變。

用于LED驅動(dòng)的DACD拓撲通常分為兩種配置，每一種都各有優(yōu)缺點(diǎn)(圖1)。

圖1 典型的DACD拓撲及其主要的特點(diǎn)。

這兩種方法都支持采用單板(single board)方案，而不是SMPS方案所需的雙板方案。分流型(shunt type)DACD采用單片IC，降低物料清單(Bill of Material；BOM)成本，并且還具有可擴充的優(yōu)點(diǎn)，但散熱性能相對較差。

相比之下，旁路類(lèi)型(bypass type)傾向于使用多個(gè)IC，因而導致更高的BOM成本，這種方法更適合需要許多LED燈串的應用。與分流法相比，雖然擴展性有限，但電氣性能(electrical performance)更好，總諧波失真率(Total Harmonic Distortion；THD)通常小于10%，而分流法為30%左右。

雖然與傳統的開(kāi)關(guān)電源法相比，DACD法有顯著(zhù)的進(jìn)步，但并不是驅動(dòng)現代LED應用的理想方案。目前市場(chǎng)上仍有許多IC的DACD方案，但這些方案在線(xiàn)路電壓調整(line regulation)、散熱性能(thermal performance)、突波電阻(surge resistance)、調光能力和成本方面都能改進(jìn)。

圖2顯示DACD方案的基本工作模式。當交流線(xiàn)路電壓通過(guò)半正弦時(shí)，IC內的開(kāi)關(guān)指示電流(ILEDn)照亮每個(gè)LED。但這種線(xiàn)性開(kāi)關(guān)法有一個(gè)主要的缺點(diǎn)，即高THD。

圖2 基本工作波形和電路圖。

最新的好方法

最新的DACD方案之一是安森美半導體的NCL30170?；诜至魍負?，它提供前述方法的所有優(yōu)點(diǎn)，包含：是單個(gè)IC方案，具有較低的BOM成本及易于擴展功率。此種新方案的一個(gè)獨特性是能夠驅動(dòng)多個(gè)外部MOSFET開(kāi)關(guān)，支持多個(gè)LED燈串連接，功率能從10W擴展到200W，連接的LED燈串總數和外部開(kāi)關(guān)僅受最高功率水平的限制。

圖3 NCL30170是單輸出、多串、分流DACD方案。

在大多數應用中，盡管電源電壓波動(dòng)，但LED亮度保持不變是很重要的。通常，DACD驅動(dòng)器能夠實(shí)現±10%的穩壓，而新組件可達到±1%，這是非常顯著(zhù)的提升，因而確保連接LED的持續光輸出。

新組件用一種特有的方法來(lái)調節電流，而不是用于傳統DACD方案的線(xiàn)性方法。電壓觸發(fā)點(diǎn)保持不變，但以此種方式調節電流使其不再是一個(gè)階梯形狀，因而產(chǎn)生平滑的正弦波電流(sinusoidal current)(圖4右)，導致低于10%的極佳THD水平。

圖4 專(zhuān)有的電流平滑/整形提供平滑的正弦波形。

除了極佳的THD，新CACD方案還提供較佳的功率因子校正(Power Factor Correction；PFC)性能，超過(guò)0.98。

有效調光的重要性

在許多應用中，能進(jìn)行LED調光很重要，能透過(guò)脈沖寬度調變(Pulse Width Modulation；PWM)技術(shù)(通常稱(chēng)為切相)或模擬控制來(lái)實(shí)現。PWM提供大范圍的調光能力，但亦有明顯的缺點(diǎn)，包括閃爍，這已被證實(shí)會(huì )造成處于這種視線(xiàn)環(huán)境的人頭痛，高電頻的PWM調光也會(huì )導致在室內使用時(shí)產(chǎn)生不受歡迎的聲頻噪聲(audible noise)。

雖然許多DACD方案能調低到10%，新方案能夠提供5%的模擬調光，進(jìn)而滿(mǎn)足具有挑戰性的現代應用需求。該設備在整個(gè)亮度范圍內保持穩壓，進(jìn)而確保即使在低功率下，從LED發(fā)出的光仍然保持不變。

對于使用TRIAC的切相調光器，新CACD方案的PWM性能確保照明方案非常適用于改裝應用。

總結

LED照明在目前照明方案中占很大比重。由于現代應用的低功耗、低成本和小尺寸的要求，將使這比例增長(cháng)，用更加靈活和通用的LED照明汰換舊的白熾燈裝置亦將是未來(lái)成長(cháng)的重要推力。

直到最近，SMPS一直被用于為L(cháng)ED裝置供電，但存在耐用性和使用壽命的問(wèn)題，而且體積龐大，使得在受限空間安裝LED方案變得復雜與受限。

近期，DACD已成為一種為L(cháng)ED燈串供電的可行技術(shù)。這項技術(shù)解決SMPS的許多缺點(diǎn)，特別是耐用性和使用壽命、大小和成本，且未來(lái)將大幅促進(jìn)更多的LED照明裝置?，F在，業(yè)者開(kāi)發(fā)的新CACD組件有助于交流直接技術(shù)提供應用所需的性能、靈活性和耐用性，應用于許多終端市場(chǎng)領(lǐng)域。

（來(lái)源：中電網(wǎng)）

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