工程师分享：新型高功率LED驱动电路探索

　　逐渐取代传统白热灯泡与荧光灯的发光二极管(LED)，具备低污染、低消费电力、高发光效率、长寿命、无水银成分等优势，它的发展动向已经成为全球关注的焦点。最近几年随着LED发光效率甚至超越传统荧光灯，一般认为未来提高照明灯具整体的综合效率越来越重要，然而实际上不论是哪种型式的LED灯驱动电路，都会有10~20%左右的消费电力损失，因此改善电源的转换效率，再度成为重要课题。

　　以往使用AC100V平顺化后的DC140V电源方式，极容易发生突波电流。所谓「突波电流」突波电流是指开启电源后，流入平顺化电容器的巨大充电电流。具有平顺化电容器、可以驱动复数个LED的驱动电路，点灯时可能会造成断电器跳脱，此外电源切换器高温融溶附着，以及对电路组件的过负载，都可能引发各种问题。虽然突波电流抑制电路已经实用化，不过它的电源转换效率却很低，因此研究人员使用半导体继电器(Photo MOS Relay)，开发LED灯专用的驱动电路，实现LED驱动电路高效率化的目的。

　　根据实验结果证实90~110V变动的电源电压，电源转换效率高达80.7~91.8%，而且还能够降低突波电流。新型LED灯专用驱动电路，充分发挥2个半导体继电器特性，它具有高效率、低消费电力、低组件数量、低产业废弃物与低制作成本等特征。照明灯具即使提高1%的动作效率，对二氧化碳排放量的抑制、或是减缓地球暖化都有重大贡献，因此LED灯专用的驱动电路的发展，已经受到业者高度重视。接着本文要探讨使用半导体继电器突波电流抑制电路的新型LED灯驱动电路动作原理与特征。

　　LED驱动电路

　　图1是新型LED灯专用驱动电路。考虑照明灯具整体效率时，电源效率与LED发光效率同样重要。基本上LED的顺向电压只有数V非常低，因此LED灯可以使用各种方法，转换AC100~110V电源驱动LED，然而LED灯专用驱动电路本身，就有各式各样的特性与问题，接着根据电源效率的观点，透过各种驱动电路的比较，深入探讨各种驱动方式的特征。

　　驱动方式

　　驱动方式主要分成三大类，分别是：(1)降压、分压方式；(2)直接使用AC100~110V方式；(3)使用DC140V方式。

有关第(1)项降压、分压方式，本质上LED的顺向电压非常低，因此可以使用变压器降压，或是使用平顺化电容器降压，类似这样降压、分压方式，主要缺点是损失非常大，经常高达10~20%。此外LED高辉度化时，必须提高输出、增加电流，然而电流稳定化却需要使用电流稳定化控制电路，其结果反而造成组件使用数量、制作成本有增加之虞。

　　有关第(2)项，直接使用AC100~110V方式施加至LED灯群，由于这种方式没有任电力何损失，因此它的电源效率几乎是100%，目前所有交流驱动LED灯都采用这种方式。动作时它是直接对LED灯施加半波或是全波波形，由于这种方式并没有平顺化电路，因此辉度会急遽降低，严重时会出现闪烁现象，此外LED的使用数量高达2倍，即使如此下列驱动方式同样会使全光束降低。

　　有关第(3)项使用非降压DC方式，由于这种方式的AC100~110V未作降压、分压，直接进行全波整流、平顺化取得DC140V的电源，因此电源效率非常高，可以施加到LED灯群的电压也超过100V。非降压DC方式通常是串联连接LED，它可以获得非常明亮的照明，不过这种方式使用大静电容量的平顺化电容器，因此会有许多突发电流流动。

　　驱动方式的比较

　　表1为上述驱动方式的比较结果一览。

　　突波电流抑制电路

　　表1中的非降压DC型驱动方式，主要缺点会有突波电流的困扰。如上所述所谓「突波电流」是指开启电源后，流入平顺化电容器的巨大充电电流。突波电流经常成为断电器跳脱、或是对电路组件造成过负载的主要原因，如图2所示为抑制突波电流，类似电阻串联连接至平顺化电容器等方法都非常有效，然而突波电流是过渡期间发生的现象，过渡期间以外的恒定状态，抑制突波电流的电阻，反而会引发不必要的电力损失。为削减恒定状态时的额外电力损失，以往大多使用热敏型(Thermist)或是闸流体型(Thyristor)构成的电流抑制电路，不过这类电路却成为提升电源效率的主要障碍。

　　突波电流抑制电路的必要性

　　电荷未滞留在平顺化电容器时，切换器一旦变成ON，为了滞留电荷会有很大的突波电流流动，反过来说无突波电流抑制电路的场合，理论上该值会变成无限大。新开发的电路会先使电源电压以DC140V流入LED，接着再使用220μF使平顺化电容器，能够以最大电流155mA动作。

　　图3是测试突波电流的实验电路，根据测试结果显示突波电流的最大值为36A。为测试电流本电路刻意附加1Ω的电阻，不过实际上却是0Ω，换句话说可能有更多的电流流动，类似这样过大电流流动会引发上述弊害，因此必须设置突波电流抑制电路。