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螢光燈技術的地方實現。因此，LED照明在辦公室、家庭甚至在汽車上激增。
LED技術推動照明領域的一場革命。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螢光燈技術的地方實現。因此，LED照明在辦公室、家庭甚至在汽車上激增。
目前固態照明方案的主要缺點不是LED本身，而是提供照明能量的電源。這些開關電源(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元件(magnetic components)和電解電容(electrolytic capacitors)的使用壽命。此外，含有風扇等主動(active)冷卻設備的開關電源尤其易受到在初期故障影響，而另一個缺點是SMPS的體積龐大，是電磁干擾(Electro-Magnetic Interference；EMI)的主要原因。考慮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，這是另一個潛在的故障原因。
然而，電力技術和拓撲的最新進展包含交流直接驅動(Direct AC Drive；DACD)電源配置的出現。這種新方法完全無需傳統的SMPS，在成本、體積、使用壽命及可靠性方面提供多種優勢，然而，並不是所有的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)，使用經典的4個二極體配置，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。
用於LED驅動的DACD拓撲通常分為兩種配置，每一種都各有優缺點(圖1)。
圖1 典型的DACD拓撲及其主要的特點。
這兩種方法都支援採用單板(single board)方案，而不是SMPS方案所需的雙板方案。分流型(shunt type)DACD採用單片IC，降低物料清單(Bill of Material；BOM)成本，並且還具有可擴充的優點，但散熱性能相對較差。
相比之下，旁路類型(bypass type)傾向於使用多個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)通常小於10%，而分流法為30%左右。
雖然與傳統的開關電源法相比，DACD法有顯著的進步，但並不是驅動現代LED應用的理想方案。目前市場上仍有許多IC的DACD方案，但這些方案在線路電壓調整(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。
圖2顯示DACD方案的基本工作模式。當交流線路電壓通過半正弦時，IC內的開關指示電流(ILEDn)照亮每個LED。但這種線性開關法有一個主要的缺點，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。基於分流拓撲，它提供前述方法的所有優點，包含：是單個IC方案，具有較低的BOM成本及易於擴展功率。此種新方案的一個獨特性是能夠驅動多個外部MOSFET開關，支援多個LED燈串連接，功率能從10W擴展到200W，連接的LED燈串總數和外部開關僅受最高功率水準的限制。
圖3 NCL30170是單輸出、多串、分流DACD方案。
在大多數應用中，儘管電源電壓波動，但LED亮度保持不變是很重要的。通常，DACD驅動器能夠實現±10%的穩壓，而新元件可達到±1%，這是非常顯著的提升，因而確保連接LED的持續光輸出。
新元件用一種特有的方法來調節電流，而不是用於傳統DACD方案的線性方法。電壓觸發點保持不變，但以此種方式調節電流使其不再是一個階梯形狀，因而產生平滑的正弦波電流(sinusoidal current)(圖4右)，導致低於10%的極佳THD水準。
圖4 專有的電流平滑/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數校正(Power Factor Correction；PFC)性能，超過0.98。
有效調光的重要性
在許多應用中，能進行LED調光很重要，能透過脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation；PWM)技術(通常稱為切相)或類比控制來實現。PWM提供大範圍的調光能力，但亦有明顯的缺點，包括閃爍，這已被證實會造成處於這種視線環境的人頭痛，高電頻的PWM調光也會導致在室內使用時產生不受歡迎的聲頻雜訊(audible noise)。
雖然許多DACD方案能調低到10%，新方案能夠提供5%的類比調光，進而滿足具有挑戰性的現代應用需求。該設備在整個亮度範圍內保持穩壓，進而確保即使在低功率下，從LED發出的光仍然保持不變。
對於使用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於改裝應用。
總結
LED照明在目前照明方案中佔很大比重。由於現代應用的低功耗、低成本和小尺寸的要求，將使這比例增長，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成長的重要推力。
直到最近，SMPS一直被用於為LED裝置供電，但存在耐用性和使用壽命的問題，而且體積龐大，使得在受限空間安裝LED方案變得複雜與受限。
近期，DACD已成為一種為LED燈串供電的可行技術。這項技術解決SMPS的許多缺點，特別是耐用性和使用壽命、大小和成本，且未來將大幅促進更多的LED照明裝置。現在，業者開發的新CACD元件有助於交流直接技術提供應用所需的性能、靈活性和耐用性，應用於許多終端市場領域。
文章來源https://www.eettaiwan.com/news/article/20181220TA31-Bright-Ideas-for-Driving-LEDs
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