洞悉驅(qū)動(dòng)器特性設(shè)計(jì)出低電壓AC的LED應(yīng)用設(shè)計(jì)

有一項(xiàng)額外考慮係針對(duì)較小負(fù)載設(shè)計(jì)而生，主要係一次側(cè)變壓器的工作可能需要某一個(gè)最低負(fù)荷，當(dāng)處在非常小且低功耗的系統(tǒng)中，便須要特別考量此問題。以一個(gè)60瓦低電壓交流變壓器而言，可能需10瓦的負(fù)載才能正常運(yùn)行，而LED裝置的效率可根據(jù)主電源的供應(yīng)範(fàn)圍處理該問題。

舉例來說，在美國國家半導(dǎo)體的RD-148參考設(shè)計(jì)中，運(yùn)用LM3405A展示在12VAC系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)一個(gè)3.6Vf、600毫安培的單一LED解決方案。而基于該參考設(shè)計(jì)架構(gòu)的LM3405A和LM3407均適用于在較小燈光模組中，因其有較小的封裝尺寸(LM3405A採SOT23封裝)和極少的外部元件。透過RD-148的實(shí)例，將能簡(jiǎn)易實(shí)行一個(gè)尺寸為14毫米×21.5毫米的完整解決方案，甚至是更小的解決方案也可能實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)中型陣列系統(tǒng)　熱能管理至為關(guān)鍵

目前中型設(shè)計(jì)(中型陣列，但許多個(gè)別系統(tǒng))已提出最新的進(jìn)展，藉由使用單一封裝的較大多組件陣列就能提高照明輸出，且有更好的效率和熱能管理技術(shù)。欲完成此種設(shè)計(jì)，可考慮一個(gè)10.5伏特的Vf暖白光陣列，和一個(gè)典型的640毫安培電流。值得注意的是，維持陣列在典型的電流或適當(dāng)?shù)臒崮芄芾碓O(shè)計(jì)，特別能延長產(chǎn)品壽命，甚至是在高溫有害的環(huán)境中，雖然這對(duì)許多IC驅(qū)動(dòng)器是很困難的挑戰(zhàn)，但在市場(chǎng)需求的推動(dòng)之下，可預(yù)期不久之后就有大量符合此需求的產(chǎn)品出現(xiàn)。然而，在經(jīng)過幾個(gè)設(shè)計(jì)循環(huán)后，產(chǎn)業(yè)界便發(fā)現(xiàn)許多整合FET的驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于熱能設(shè)計(jì)有處理上的困難。

承續(xù)上述論點(diǎn)，許多整合FET的產(chǎn)品在30℃環(huán)境溫度下操作，其IC接面點(diǎn)溫度超過90℃，這代表元件在外部環(huán)境建議的操作溫度下，只有35℃的余量(到達(dá)150～160℃時(shí)就會(huì)進(jìn)入熱能關(guān)機(jī)，但最大的建議操作溫度是125℃)，這對(duì)熱能機(jī)械設(shè)計(jì)來說是很難處理的，故須確保該情況不會(huì)在LED的應(yīng)用上發(fā)生。熱能挑戰(zhàn)迎刃而解　高整合控制器功不可沒

總括來說，60℃溫差的熱能循環(huán)(從LED帽到焊接點(diǎn)，一直到驅(qū)動(dòng)板)在設(shè)計(jì)上并不完美。談到LED的使用壽命和可靠性，熱能永遠(yuǎn)是必須解決的問題，而圖3所示的LM3409控制器就是一個(gè)優(yōu)異的選擇，它能讓設(shè)計(jì)者透過各種外部元件將熱能排出，以一個(gè)低成本的P-Channel金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體(PFET)外部元件為例，藉由使用LM3409就能顯著降低系統(tǒng)溫度，而其中最熱的元件應(yīng)該是53℃的PFET。

由于LM3409的接面溫度是43℃，而所有測(cè)試都在30℃環(huán)境溫度下進(jìn)行，這表示其擁有充分的熱能余量，也使設(shè)計(jì)者更容易達(dá)到熱能設(shè)計(jì)的目標(biāo)。此外，LM3409係一個(gè)高度整合的控制器，特別是用于固定電流的LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，所以只需要少數(shù)的外部元件，便可以解決尺寸問題和降低生產(chǎn)成本。

圖3 適合中型陣列設(shè)計(jì)的LM3409採用12VAC系統(tǒng)，可驅(qū)動(dòng)640毫安培電流和10.4伏特的LED陣列封裝

LM3409亦具有容易進(jìn)行調(diào)光控制的優(yōu)勢(shì)，不論是PWM調(diào)光(在EN接腳上)或是類比調(diào)光，均可藉由一個(gè)電壓分壓器隔開主要輸入軌來獲得類比調(diào)光功能，如此一來，就能在輸入電壓直接降低時(shí)，連帶使LED電流下降，以達(dá)到設(shè)計(jì)彈性。其次，如果要求絕對(duì)色彩準(zhǔn)確性或其他特殊的調(diào)光功能，則可使用PWM訊號(hào)(外部的微控制器或類似裝置所提供)或是類比IADJ接腳，完成此一需求。

另一方面，LM3409具有兩個(gè)有效的監(jiān)視電流迴路，一個(gè)是設(shè)置在高端電流感測(cè)電阻RSNS，另一個(gè)直接在ISENS。設(shè)計(jì)者有叁個(gè)方法經(jīng)由 ISENS來達(dá)到類比調(diào)光，首先是透過ISENS開路以讓RSNS控制LM3409;再者係提供接腳一個(gè)從0～1.24伏特的外部電壓(由RSNS設(shè)置時(shí) 1.2伏特是最大輸出)；或可從接腳到地面連結(jié)一個(gè)分壓器以改變電流(永遠(yuǎn)將RSNS設(shè)置到最大)。

透過以上叁種方式，在交流電轉(zhuǎn)換成直流電后，經(jīng)由電壓分壓器到主輸入軌就能輕易連結(jié)；不過若選擇電壓分配器在1.24伏特時(shí)，則可擁有最大的輸入電壓(12VAC系統(tǒng)16.97V，24VAC系統(tǒng)33.94V)，因此，當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，理所當(dāng)然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較低的光源輸出。

而值得討論的是，該情況與不具典型調(diào)光裝置驅(qū)動(dòng)器的差別，或沒有這個(gè)連結(jié)的話，LM3409將如何表現(xiàn)。

由于上述情況均是針對(duì)直流對(duì)直流的調(diào)節(jié)器，所以會(huì)有輸入到輸出改變的自然情形，有鑑于此，想要對(duì)一個(gè)固定的電壓或電流加以控制的想法便應(yīng)運(yùn)而生。舉例來說，若不提供一個(gè)調(diào)光訊號(hào)，電路就會(huì)嘗試維持電流的規(guī)格，直到輸入電壓接近輸出電壓(LED驅(qū)動(dòng)電壓)，且輸出電平將不會(huì)改變，直到輸入端進(jìn)入電路訊號(hào)損耗區(qū)(通常是在降壓調(diào)節(jié)器運(yùn)作下驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，輸入的伏特?cái)?shù)高于所要求的輸出)，當(dāng)輸入電壓開始下降時(shí)，輸出電壓也隨著快速減少。

反觀在PFET控制器的調(diào)節(jié)下，LM3409只有小範(fàn)圍的改變，能夠在整個(gè)工作週期下，維持非常低的損失，其使用類比調(diào)光功能可以線性方式降低LED 電流，使LED具備可調(diào)光的設(shè)計(jì)，在開關(guān)關(guān)閉前達(dá)到欠壓鎖定設(shè)定(或者可以用極小的輸出電壓驅(qū)動(dòng)LED)。藉由改變電壓的方式來達(dá)到調(diào)光功能，已能有效的控制輸入線路，而在交流對(duì)直流的前端，則需要額外的電容以達(dá)到光源輸出后，所造成的輸入漣波最小化。

此外，透過直接連結(jié)調(diào)光功能到輸入電壓，可不須顧慮LED驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定度。除非充分過