如何洞悉驱动器特性设计出低电压AC的LED应用

获橱柜/展示用照明青睐

　　橱柜和展示用照明是低电压交流电系统中，关于小型阵列设计的另一个受欢迎应用，可考虑一个3伏特正向电压、350毫安培、1瓦的LED，搭载一个简单的12VAC系统，即可因降压转换器的架构提供充分余量，并可有效率的驱动LED。如图2所示，LM3407提供一个350毫安培的输出限制、小型封装，和极少的外部元件，以驱动此类型的LED。由于低功率消耗的设计（在输入端稍为超出1.5W）概念，可在一个单独的低电压12VAC电路支援多达两百个模组，若使用24VAC系统操作，则可超过两百五十个（大部分低电压系统的电流限制最大为25安培）。

　　图2 符合小型阵列设计的LM3407採用12VAC系统，可驱动电流为350毫安培的3Vf单一LED。

　　反观交流对直流（AC-DC）的转换则是以大型阵列设计处理，基于直流对直流转换区的输入电流，可为输入整流二极管和保持电容选择适当值。在此设计中，小于100毫安培的输入电流和允许2伏特涟波约需290μF电容，因此，330μF将能轻易实现这样的需求。

　　有一项额外考虑係针对较小负载设计而生，主要係一次侧变压器的工作可能需要某一个最低负荷，当处在非常小且低功耗的系统中，便须要特别考量此问题。以一个60瓦低电压交流变压器而言，可能需10瓦的负载才能正常运行，而LED装置的效率可根据主电源的供应範围处理该问题。

　　举例来说，在美国国家半导体的RD-148参考设计中，运用LM3405A展示在12VAC系统下驱动一个3.6Vf、600毫安培的单一LED解决方案。而基于该参考设计架构的LM3405A和LM3407均适用于在较小灯光模组中，因其有较小的封装尺寸（LM3405A採SOT23封装）和极少的外部元件。透过RD-148的实例，将能简易实行一个尺寸为14毫米×21.5毫米的完整解决方案，甚至是更小的解决方案也可能实现。

　　实现中型阵列系统　热能管理至为关键

　　目前中型设计（中型阵列，但许多个别系统）已提出最新的进展，藉由使用单一封装的较大多组件阵列就能提高照明输出，且有更好的效率和热能管理技术。欲完成此种设计，可考虑一个10.5伏特的Vf暖白光阵列，和一个典型的640毫安培电流。值得注意的是，维持阵列在典型的电流或适当的热能管理设计，特别能延长产品寿命，甚至是在高温有害的环境中，虽然这对许多IC驱动器是很困难的挑战，但在市场需求的推动之下，可预期不久之后就有大量符合此需求的产品出现。然而，在经过几个设计循环后，产业界便发现许多整合FET的驱动器，对于热能设计有处理上的困难。

　　承续上述论点，许多整合FET的产品在30℃环境温度下操作，其IC接面点温度超过90℃，这代表元件在外部环境建议的操作温度下，只有35℃的余量（到达150～160℃时就会进入热能关机，但最大的建议操作温度是125℃），这对热能机械设计来说是很难处理的，故须确保该情况不会在LED的应用上发生。

　　热能挑战迎刃而解　高整合控制器功不可没

　　总括来说，60℃温差的热能循环（从LED帽到焊接点，一直到驱动板）在设计上并不完美。谈到LED的使用寿命和可靠性，热能永远是必须解决的问题，而图3所示的LM3409控制器就是一个优异的选择，它能让设计者透过各种外部元件将热能排出，以一个低成本的P-Channel金属氧化物半导体场效电晶体（PFET）外部元件为例，藉由使用LM3409就能显着降低系统温度，而其中最热的元件应该是53℃的PFET。

　　图3 适合中型阵列设计的LM3409採用12VAC系统，可驱动640毫安培电流和10.4伏特的LED阵列封装。

　　由于LM3409的接面温度是43℃，而所有测试都在30℃环境温度下进行，这表示其拥有充分的热能余量，也使设计者更容易达到热能设计的目标。此外，LM3409係一个高度整合的控制器，特别是用于固定电流的LED驱动应用中，所以只需要少数的外部元件，便可以解决尺寸问题和降低生产成本。

　　LM3409亦具有容易进行调光控制的优势，不论是PWM调光（在EN接脚上）或是类比调光，均可藉由一个电压分压器隔开主要输入轨来获得类比调光功能，如此一来，就能在输入电压直接降低时，连带使LED电流下降，以达到设计弹性。其次，如果要求绝对色彩準确性或其他特殊的调光功能，则可使用PWM讯号（外部的微控制器或类似装置所提供）或是类比IADJ接脚，完成此一需求。

另一方面，LM3409具有两个有效的监视电流迴路，一个是设置在高端电流感测电阻RSNS，另一个直接在ISENS。设计者有叁个方法经由ISENS来达到类比调光，首先是透过ISENS开路以让RSNS控制LM3409；再者係提供接脚一个从0～1.24伏特的外部电压（由RSNS设置时1.2伏特是最大输出）；或可从接脚到地