面向LED照明的低压交流应用

如果灯串内的LED在20个以下（Vf=3.5V，LED驱动电流为350mA的条件下）即在低压限制的范围内（70VDC——在84.85 VPP低压限制内）保持升压输出。使用美国国家半导体的LM342X器件可以轻松实现上述设计要求，并能提供大量保护机制，如超压、欠压和电流限制特性，及需要的热折返特性。

更好地理解器件特性将发挥重要作用。要想到，我是否希望支持脉冲宽度调制（PWM）调光？模拟调光？或我是否希望结合某种光学或热反馈来改变我的光输出情况？这些问题都有助于进行不同选择。LM3421/23具有使能引脚和众多的的附加故障检测报警功能，这让其成为需要高保护水平和需求对微控制器提供反馈信息的应用系统的理想选择。LM3424内置热折返性能使其适用于光学和热反馈（降低与LED温度相关的输出电流）应用系统。LM3429是该系列中最基础的版本，但其过压保护和电流限制在升压应用系统中仍十分有效。

图1 大阵列：升压配置的LM3429，在24VAC电源和350mA电流下可驱动20个LED

图1所示为20个LED灯的串联驱动电路，每个LED灯基于3.5V的正向电压和350mA的电流。此外，可以修改电路可以用于模拟调光——光输出会随着输入等级的降低而减少——这允许使用一种非常简单，但受到充分保护的大串驱动器。如果想要更高的彩色精确度，则可以使用脉宽调制（PWM）调光。

简单地说，升压可以恢复交流整流过程中损失的电压，从而能更有效地在低压限制范围内驱动大的LED串前端消耗的功率大约为27W（92%有效——24.5W 用于LED），因此很容易弄清在真正的大型设计中，该怎样在单个电路中扩展系统从而对LED串内的每个LED进行充分保护。使用四个类似电路就能实现100W的设计目标，并充分保护（控制）每个LED串，且可以只用一个普通的整流器前端（只需四倍的电桥二极管电流额定值，和四倍的C1，C2电容量）。在使用LED照明的低压系统内，300W到600W的可用功率（和25A总电流）为设计者提供了多种选择方案。

不要忘记了桥式整流器！它是该电路的和多数交流-直流（AC-DC）转换的前端基础。

D1到D4必须设定额定值，以确定整个范围内最大净电压和电流。输出电容可通过一个简单的公式计算出来：
C=0.7(I)/ΔE(f)
其中，I表示通向下行电路的输入电流值（直流-直流（DC-DC）转换器部分），AE表示您所容许的纹波电压，f表示您的交流行频。

因为该设计具有的效率可达92%，假设LED的功率为24.5W，这就意味着直流-直流（DC-DC）前端部分的功率为26.6W。在整流后（34VDC）24VAC电压源产生的平均输入电流约为782mA。这样我们可以相应地确定整流二极管的尺寸，而容许纹波对所需的电容量中也至关重要。假设一个800mA的输入电流，在120Hz（因为使用桥式整流，所以为2 x 60 Hz）的电路上允许出现1V纹波，则需要约9300 uF电容。使用3V纹波（9%在34VDC线路上）时，则仅需要约1500 uF的电容。

较少的纹波有助于延长电解电容器的使用寿命——在这种情况下，可能要选择大容量电容。

小型阵列设计

取105°C的额定电容——将其冷却到65°C或以下——在您的设计中将无需这些弱电连接。电解电容器在额定温度下运作，温度每降低10°C寿命就会延长一倍。也就是说，如果一名设计者可以将105°C的额定电容维持在65°C或更低——那么他就能将其额定寿命延长16倍。这样的话，额定寿命为5000小时的额定电容应能持续使用80,000个小时。

良好的热设计在LED应用系统中是至关重要的，使用像LM3429这样的高效驱动器将使设计更加轻松。对此类特殊设计，温度最高的器件是转换场效应晶体管（FET）M1。其温度约为65°C。这样固然很好，但你需要确保其它重要的热源远离那些电解电容器。在30°C的环境下底板上所有其它器件的温度应在50°C以下。如何将LED灯而不是电子设备的上热量排出去是您会一直面临的最大挑战。

设计谱的另外一端即小型灯具。小型灯具可包括一个单一的LED组件或最多三个LED组件。现代LED产品的光效令1W到3W的LED解决方案对环境和花园照明而言极具吸引力。

一个简单的12 VAC的系统可为降压转换器拓扑架构提供充足的空间来高效地驱动LED产品。橱柜照明和陈列照明是低压交流系统的另外的重要应用领域。试想一下一个正向电压为3V的1W LED的工作电流为350mA。

图2所示的LM3407 的输出极限为350mA采用小型封装及最少量的外部部件来驱动LED。

此处，交流-直流（AC-DC）转换与大型阵列设计的处理方式相同。在输入电流至直流-直流（DC-DC