由燈泡等小型照明到路燈等大型照明，LED照明的電源必須能夠驅(qū)動廣泛的多種應(yīng)用。此外，其所使用的電源還必須支援傳統(tǒng)照明燈具所使用的雙向硅控整流器(Triac)調(diào)光、LED照明專用的脈衝寬度調(diào)變(PWM)調(diào)光，以及利用旋鈕可變電阻的線性調(diào)光等多種調(diào)光方式。

　　要讓LED能在穩(wěn)定條件下亮燈并進(jìn)行調(diào)光，LED驅(qū)動積體電路(IC)是不可或缺的，且最理想的LED驅(qū)動IC必須能夠適用于各種功率、調(diào)光方式及電源等。

　　LED驅(qū)動IC執(zhí)掌定電流控制

　　為因應(yīng)此一市場需求，LED照明專用驅(qū)動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。一般來說，如要利用交流電(AC)電源進(jìn)行定電流控制，通常會採用降壓型切換式穩(wěn)壓器方式(圖1)。

圖1 一般的照明專用電源模組

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

圖2 輸入電壓的特性

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　　切換式穩(wěn)壓器利用切換時的開關(guān)(On/Off)時間比來控制LED電流值。一般傳統(tǒng)所採用的控制方法是利用線圈的峰值電流來決定切換ON的時間。此一方法會因為輸入/輸出電壓的改變而讓線圈電流的斜率發(fā)生變化，結(jié)果導(dǎo)致LED電流也跟著改變(圖3)。

圖3 峰值檢測控制的LED電流波形

　　要解決此一問題，就須利用LED電流平均值，而非峰值電流來控制LED電流(平均電流控制法)。但透過一般所採用的類比電源控制，不但不易進(jìn)行平均電流控制法，而且還可能會造成外接零件的增加。先進(jìn)的LED照明專用驅(qū)動IC若運用數(shù)位電源控制法，則不須要增加外接零件，只要檢測線圈電流，即可解決前述問題(圖4)。

圖4 附有Triac調(diào)光的LED照明用驅(qū)動IC

　　運用數(shù)位電源控制法后，無論輸入/輸出電壓值為何，皆可達(dá)成控制LED電流平均值的目標(biāo)。此種方法就是將線圈電流取樣(A/D轉(zhuǎn)換)并進(jìn)行數(shù)位化，然后根據(jù)取樣資料，運算峰值電流值，以便讓LED電流的平均電流達(dá)成穩(wěn)定的目標(biāo)。接著，再將演算結(jié)果進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并反饋至用來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

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

　　除平均電流控制功能外，調(diào)光功能也是數(shù)位電源控制的特徵。先進(jìn)的LED照明專用驅(qū)動IC支援雙向硅控整流器調(diào)光、PWM調(diào)光、線性調(diào)光等叁種調(diào)光方式，適用于各種配備調(diào)光功能的照明燈具。

　　洩流器電路可確保電流穩(wěn)定

　　此外，也可以考慮將LED照明與傳統(tǒng)照明燈具所使用的調(diào)光器互相搭配使用。傳統(tǒng)的調(diào)光器所採用的調(diào)光方式係利用雙向硅控整流器等切換元件來截斷部分交流輸入電壓，同時利用相位角來調(diào)整亮度，當(dāng)ON時，雙向硅控整流器調(diào)光器必須要保持電流(Holding Current)持續(xù)通過，因此保持電流降低時，就會造成雙向硅控整流器OFF。相較于傳統(tǒng)照明，LED照明的耗電量極低，因此一旦雙向硅控整流器的保持電流降低，就會導(dǎo)致調(diào)光器不定期OFF，因而出現(xiàn)閃爍(Flicker)的情形(圖6)。

圖6 雙向硅控整流器錯誤動作時的波形

　　為避免此一情形發(fā)生，此時須加上能確保電流穩(wěn)定的洩流器(Breeder)電路，各家廠商架構(gòu)洩流器電路的方式各有不同。其中，羅姆所開發(fā)的LED照明專用驅(qū)動IC配備該公司獨創(chuàng)的洩流器電路，能有效避免電流的無謂損耗。但是即使是配備能夠確保保持電流的洩流器電路，仍可能無法避免雙向硅控整流器調(diào)光器所造成的誤動作發(fā)生。塬因就在于當(dāng)雙向硅控整流器ON時，會因輸入電容充電產(chǎn)生突波電流，而造成嚴(yán)重的震鈴(Ringing)現(xiàn)象，此時，因為雙向硅控流整器OFF了，保持電流即瞬間下降(圖7)。

圖7 雙向硅控整流器On時所產(chǎn)生的震鈴電流

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　　若極力想避免震鈴現(xiàn)象，反而會導(dǎo)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(xiàn)象，目前已經(jīng)有廠商透過數(shù)位的控制方式來防止閃爍的發(fā)生。

　　傳統(tǒng)方式是利用電容器來檢測雙向硅控整流器的相位角，然后再將平滑化之后的電壓輸入調(diào)光解碼器中。電容器在功能上雖然能夠過濾震鈴現(xiàn)象所造成的誤動作，然而對于100Hz/120Hz等低頻區(qū)所出現(xiàn)的誤動作，卻完全無法過濾，最后還是會造成閃爍的情形。

　　先進(jìn)的LED照明專用驅(qū)動IC有內(nèi)建數(shù)位濾波器，可以有效解決上述問題，其先針對相位角進(jìn)行取樣，然后再以數(shù)位方式儲存至記憶體中。調(diào)整亮度前，先讓電流通過以雙向硅控整流器調(diào)光為重點功能的數(shù)位濾波器，如此便能將雙向硅控整流器調(diào)光器，因其突發(fā)性的誤動作所出現(xiàn)的錯誤值完全進(jìn)行遮蔽，藉此達(dá)到防止閃爍的目的(圖8)。

圖8 Triac調(diào)光器誤動作時內(nèi)建數(shù)位濾波器驅(qū)動IC的LED電流波形

　　目前已有廠商能夠為客戶提供多種LED照明燈具的LED驅(qū)動IC解決方案，這些解決方案皆期盼能夠為LED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。

　　除本次所介紹的數(shù)位電源技術(shù)與調(diào)光技術(shù)外，如何運用更多樣化的技術(shù)，并且根據(jù)各種廣泛用途，推出像是內(nèi)建功率因數(shù)改善電路等產(chǎn)品系列供客戶選擇，將會是未來LED驅(qū)動IC的趨勢。