LED 技術(shù)推動了照明領(lǐng)域的一場革命。結(jié)合小型、低功耗、高可靠性和低成本，使得照明可以在不可能用白熾燈或熒光燈技術(shù)的地方實施。因此，LED 照明在辦公室、家庭甚至在我們的車上激增。
目前固態(tài)照明方案的主要缺點不是 LED 本身，而是提供照明能量的電源。這些開關(guān)電源(SMPS)的預(yù)期壽命比 LED 短得多，這主要是因為它們所含的磁性元件和電解電容器的使用壽命。此外，含有風扇等有源冷卻設(shè)備的開關(guān)電源尤其易受早期故障的影響。另一個缺點是 SMPS 通常體積龐大，是電磁干擾(EMI)的主要來源。考慮到它們的尺寸和通常有限的照明安裝空間，它們不太可能與 LED 安裝在相同的 PCB 上，因此需要互連和引線，這是另一個潛在的故障來源。
然而，電力技術(shù)和拓撲的最新進展包括交流直接驅(qū)動(DACD)電源方案的出現(xiàn)。這種新的方法完全無需傳統(tǒng)的 SMPS，在成本、體積、使用壽命和可靠性方面提供多種優(yōu)勢 - 然而，并不是所有的 DACD 方案都是相同的。
DACD 拓撲
所有 DACD 方案的共同之處是輸入整流橋，使用經(jīng)典的 4 個二極管配置，將 50/60 Hz 輸入交流波形校正為 100/120 Hz 半正弦波。峰值幅值從 110 V 交流輸入的 155 V 左右變化到 230 V 交流輸入的 325 V，但原理保持不變。
用于 LED 驅(qū)動的 DACD 拓撲通常分為兩種配置，每一種都各有優(yōu)缺點。
圖 1：典型的 DACD 拓撲及其主要的特點
這兩種方法都支持采用單板方案，而不是 SMPS 方案所需的雙板方案。分流型 DACD 采用單片集成電路，降低了物料單(BoM)成本。它還具有易于擴展的優(yōu)點，但散熱性能相對較差。
相比之下，旁路類型傾向于使用多個集成電路，因而導(dǎo)致更高的 BOM 成本。而這種方法更適合于需要許多 LED 串的應(yīng)用。與分流法相比，雖然擴展性有限，但電氣性能更好，總諧波失真(THD)通常小于 10%，而分流法為 30%左右。
雖然與傳統(tǒng)的開關(guān)電源法相比，這些 DACD 法是個顯著進步，但它們并不是驅(qū)動基于 LED 的現(xiàn)代應(yīng)用的完全理想的方案。目前市場上有許多基于 IC 的 DACD 方案，但這些方案在穩(wěn)壓、散熱性能、耐浪涌性能、調(diào)光能力和成本方面都可改進。
圖 2：基本工作波形和電路圖
圖 2 顯示了 DACD 方案的基本工作模式。當交流線路電壓通過半正弦時，IC 內(nèi)的開關(guān)指示電流(ILEDn)照亮每個 LED。但這種線性開關(guān)法有一個主要的缺點，即高 THD。
最新的好方法
最新的 DACD 方案之一是 NCL30170。基于分流拓撲，它提供了前述的這種方法的所有優(yōu)點，包括：是單個 IC 方案，具有較低的 BoM 成本和易于擴展功率。但這種新方案的一個獨特特性是能夠驅(qū)動多個外部 MOSFET 開關(guān)，從而支持連接多個 LED 串；NCL30170 是市場上首個能夠這樣做的產(chǎn)品。因此，功率可從 10W 擴展到 200 W，連接的 LED 串的總數(shù)和外部開關(guān)僅受最高功率水平的限制。
圖 3：NCL30170 是單輸出、多串、分流 DACD 方案
在大多數(shù)應(yīng)用中，盡管電源電壓波動，但 LED 亮度保持不變是很重要的。通常，DACD 驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)±10%的穩(wěn)壓 - 新器件達到±1%，這是非常顯著的提升，從而確保連接 LED 的持續(xù)光輸出。
NCL30170 用一種專有的方法來調(diào)節(jié)電流，而不是用于傳統(tǒng) DACD 方案的線性方法。電壓觸發(fā)點保持不變，但以這樣一種方式調(diào)節(jié)電流使其不再是一個階梯形狀，從而產(chǎn)生平滑的正弦波電流(如圖 4 右圖所示)，導(dǎo)致低于 10%的極佳的 THD 水平。
Conventional Shunt Type：傳統(tǒng)的分流類型
Stepped input current：階梯式的輸入電流
Sine input current：正弦輸入電流
圖 4：專有的電流平滑 / 整形提供平滑的正弦波形
除了極佳的 THD，NCL30170 還提供領(lǐng)先行業(yè)的功率因數(shù)校正(PFC)性能，超過 0.98。
有效調(diào)光的重要性
在許多應(yīng)用中，能進行 LED 調(diào)光很重要，可通過脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)(通常稱為切相)或模擬控制來實現(xiàn)。PWM 提供寬范圍的調(diào)光能力，但也有明顯的缺點，包括閃爍，這已被證明會導(dǎo)致處于這種視線環(huán)境的人頭痛。高電平的 PWM 調(diào)光也會導(dǎo)致室內(nèi)應(yīng)用中尤其不受歡迎的可聞噪聲。
雖然許多 DACD 方案可調(diào)低到 10%，NCL30170 能夠提供 5%的模擬調(diào)光，從而滿足具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)代應(yīng)用的需要。該器件在整個調(diào)光范圍內(nèi)保持穩(wěn)壓，從而確保即使在低功率下，從 LED 發(fā)出的光仍然保持不變。
對于使用 TRIAC 的切相調(diào)光，NCL30170 強大的 PWM 性能確保基于它的照明方案非常適合于改裝應(yīng)用。
總結(jié)
LED 照明在當今照明方案中占很大比例。由于現(xiàn)代應(yīng)用的低功耗、低成本和小尺寸要求，這比例將增長；用更加靈活和通用的 LED 照明改裝舊的白熾燈裝置也將是未來增長的重要推動力。
直到最近，SMPS 一直被用于為 LED 裝置供電，但存在耐用性和使用壽命的問題，而且體積龐大，使在受限空間安裝 LED 方案變得復(fù)雜和受限。
最近，DACD 已成為一種為 LED 串供電的可行技術(shù)。這項技術(shù)解決了 SMPS 的許多缺點，特別是耐用性和使用壽命、大小和成本，且未來將大大促進更多的 LED 照明裝置。
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