現(xiàn)今市場上的一些照明設(shè)備對于可調(diào)光的范圍都有嚴(yán)格的限制，甚至?xí)霈F(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，因此業(yè)者已共同合作推出新的解決方案，該方案將可以使傳統(tǒng)相位截斷調(diào)光器實現(xiàn)固態(tài)照明之有效的調(diào)光。

　　外型/尺寸/功率環(huán)環(huán)相扣

　　新款實現(xiàn)固態(tài)照明有效調(diào)光的方案是以LED驅(qū)動器將90～135VRMS之交流電源輸入(牆壁插頭電源)轉(zhuǎn)換為350毫安培的直流穩(wěn)定電流源，以便驅(qū)動高功率的Cree白色 LED。使用常見于住宅、商用和工業(yè)建筑中的標(biāo)準(zhǔn)壁掛式調(diào)光器，交流電可能會被相位截斷或是斬波，以減少LED的燈光輸出。如圖1的電路設(shè)計，能確保用戶不會無意中接觸電路中的高電壓。圖1所示，該電路為非絕緣電路。這表示電流會直接從輸入端(交流電源)流往LED輸出端。

　　圖1非絕緣之LED驅(qū)動器電路圖

　　而眾所皆知，絕緣解決方案須要使用變壓器將電流絕緣。無論是絕緣或是非絕緣兩類型的電路都各有利弊。絕緣解決方案因為須要使用到變壓器及可能使用輸出回饋的光電藕合器，往往會需要更大的體積，而且效率也比較低，但如此一來，由于在交流電源和用戶之間提供與生俱來的安全保護，便能輕易通過安全法規(guī)UL60950的規(guī)范。相反地，非絕緣機制的解決方案雖然擁有較小體積的優(yōu)勢，因此更可能適合燈泡改型應(yīng)用所需的小尺寸，但仍須藉由燈泡材料和結(jié)構(gòu)的機械絕緣機制改良才能通過安全法規(guī)的規(guī)范。

　　文中的LED驅(qū)動器同時應(yīng)用于絕緣及非絕緣的解決方案中，并提供多種外形、尺寸和功率級別，但并非所有外形、尺寸和功率級別的產(chǎn)品都可以在一般的通路中購得，有些產(chǎn)品必須特別訂購。

　　功率因數(shù)校正技術(shù)提升電路功率

　　當(dāng)經(jīng)由牆面之交流電源供電時，有時會在輸入電流和電壓或者在輸入電流波形的波峰和波谷之間產(chǎn)生相位平移。最簡單的例子就是在交流電源上直接放置一個高電壓電容器。假定在理想設(shè)備中，輸入電壓對設(shè)備充電和放電時，電荷雖然傳入和傳出電容器，但是沒有真正的輸出功率被傳輸至該「負載」。這是因為輸入電壓和電流偏離了90度相位。電力公司并不喜歡這樣的狀況，因為即使能量正在「返回」電網(wǎng)的時候，在傳輸和變壓器轉(zhuǎn)換中也會發(fā)生能量的損耗。最佳的情況就是100%的傳輸電能都被負載使用。實際功率和表現(xiàn)功率的比值稱為功率因數(shù)，以0(無實際功率傳輸，所有能量都在電容器中)和1(100%的傳輸電能被負載消耗，如電阻器)之間的數(shù)字表示。對于商業(yè)固態(tài)照明應(yīng)用而言，能源之星(Energy Star)要求0.9以上的功率因數(shù)。當(dāng)輸入電壓的諧波成分如通常假設(shè)一樣為很低或為0時，功率因數(shù)計算如下方程式1：

　　方程式1

　　第一項須要考慮因為不連續(xù)(波峰和波谷)而導(dǎo)致電流中的諧波成分，第二項馀弦項考慮電壓和電流之間的相位平移。

　　圖2雙級填谷式電路操作示意圖

　　目前有許多不同的技術(shù)可以提升電路中的功率因素，這些技術(shù)往往都具有高諧波成分或相位平移，其中一個稱為功率因數(shù)校正(PFC)。PFC技術(shù)主要分為主動式及被動式兩種類型。主動式PFC使用電子驅(qū)動技術(shù)以形成輸入電流波形并且過濾掉暫態(tài)波峰和波谷;而被動式PFC使用如電感器和電容器等元件已達到相同的效果。文中范例的驅(qū)動系統(tǒng)可使用在主動式和被動式的PFC，而目前也有相當(dāng)多的電路板已經(jīng)開發(fā)完成。本文所介紹的解決方案系採用被動式PFC技術(shù)的非絕緣設(shè)計，稱之為「填谷式」電路，其電路和操作如圖2所示。

　　當(dāng)輸入電壓大于先前峰值電壓除以「填谷」級數(shù)(為電容器的數(shù)量)時，負載將會直接從線路傳輸。除此之外，作為二極體配置的結(jié)果，電容器以串聯(lián)方式進行充電，該方式導(dǎo)致它們以串聯(lián)電容器數(shù)量均分電壓。當(dāng)輸入電壓低于其峰值除以級數(shù)時，電容器被迫(同樣因為二極體配置)在該放電階段以并行方式為負載供電。

　　該「保持」電壓為先前的輸入峰值電壓除以「填谷」級數(shù)。該展示平臺電路使用了雙級「填谷式」電路。由于許多原因，該「填谷式」電路非常重要。首先，它提供PFC，因為在工作週期之內(nèi)，電路中負載的功率頻繁地來自于輸入端。其次，電容器在平行放電中提供能量儲存，所以LED電流中沒有120Hz漣波。最后，因為它迫使由輸入線路中得到大部分的電流，因此調(diào)光器開關(guān)僅接收使用于無閃爍操作中所需之電流。

　　相位調(diào)光應(yīng)用需求殷LED驅(qū)動器設(shè)計難度日增

　　由相位截斷調(diào)光器進行調(diào)光已成為各種非鎢絲照明技術(shù)的難題，因為相位調(diào)光器比較適用于如白熾燈或鹵素?zé)羲峁┑碾娮柝撦d。相位截斷調(diào)光器可以分為順向和逆向兩類(圖3)。相位調(diào)光器須要「洩放」電流以允許內(nèi)部定時電路得以適當(dāng)操作，許多調(diào)光器需要另外的「保持」電流以維持整個電路週期的適當(dāng)工作。本文提到的LED 驅(qū)動器的BLDR接腳提供洩放電流，而外部電阻器R5在必要時提供保持電流。美國國家半導(dǎo)體(NS)可提供其他展示電路板，包含額外的電路以調(diào)節(jié)改變調(diào)光范圍和增加效率的交流120Hz電路週期的保持電流。

　　圖3全波、順向以及逆向調(diào)光器波形

　　對于較大的調(diào)光范圍，此LED驅(qū)動器解釋了相位調(diào)光器的傳導(dǎo)角或是點弧角，并將其轉(zhuǎn)換至適當(dāng)?shù)腖ED電流量，以最小100：1的調(diào)光比例從最大值到最小值。 一些更佳的調(diào)光器可能提供更高的范圍，但是對大多數(shù)應(yīng)用而言并不需要。此驅(qū)動器使用低端驅(qū)動降壓穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)LED電流。 峰值電流在ISNS接腳處測量，漣波保持恒定以保持平均電流恒定。漣波通過與輸出電壓VLED成反比的假恒定關(guān)閉時間的實施保持恒定。 該方法藉由提供保持漣波電流恒定以保持LED堆疊的平均電流恒定而毋須考慮輸入和輸出電壓變化的簡單方法。主要的原因為電感器固有的基本操作原理。下列的方程式2標(biāo)示出眾所皆知的標(biāo)準(zhǔn)電感器中電壓、電流、電感和時間之間的關(guān)系，同時也顯示了與代表任何降壓穩(wěn)壓器在關(guān)閉狀態(tài)下適當(dāng)替代物的相同關(guān)系。

　　簡單來說，續(xù)流二極體的順向電壓與LED堆疊電壓相比較，就會顯得非常小。方程式中假設(shè)電感(L)是固定的，合理地假設(shè)核心飽和可以避免，如果tOFF與VLED成反比，電感器中的漣波電流也是恒定的。

　　恒定峰值電流與恒定漣波結(jié)合得到所需的恒定平均電流。

　　方程式2

　　設(shè)計LED驅(qū)動器，尤其是對于相位可調(diào)光式應(yīng)用將是非常艱鉅的挑戰(zhàn)。為了協(xié)助設(shè)計人員，業(yè)者也開發(fā)了線上設(shè)計環(huán)境，可以直接使用LED的電子模型在特定的電路上進行設(shè)計工作。藉此提供基礎(chǔ)設(shè)計的工作，但是相位調(diào)光有許多其他因素會使得設(shè)計變得複雜，例如電磁相容性的問題等。常用模式和差動模式濾波器通常用在離線電路的輸入端，可與順向和逆向相位調(diào)光器中所見的多種電路配置相互作用。安裝在電路中的濾波器元件雖然已經(jīng)過多種順向以及逆向相位調(diào)光器的測試，但是仍有可能與未測試到的調(diào)光器會有不良反應(yīng)。

　　整體而言，文中使用的LED驅(qū)動器、高功率Cree LED和線上開發(fā)工具，使得設(shè)計人員可以快速開發(fā)相位可調(diào)光式固態(tài)照明系統(tǒng)，并讓該系統(tǒng)具備高效能、可靠和美觀。