要讓LED能在穩(wěn)定條件下亮燈并進行調(diào)光,LED驅(qū)動積體電路(IC)是不可或缺的,且最理想的LED驅(qū)動IC必須能夠適用于各種功率、調(diào)光方式及電源等。
LED驅(qū)動IC執(zhí)掌定電流控制
為因應此一市場需求,LED照明專用驅(qū)動IC要讓LED在固定亮度的條件下亮燈,就必須具備可定電流控制的能力。一般來說,如要利用交流電(AC)電源進行定電流控制,通常會采用降壓型切換式穩(wěn)壓器方式(圖1)。
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圖1 一般的照明專用電源模組
傳統(tǒng)方式會造成輸入電壓/輸出電壓變化過大,且依應用條件不同,有可能還須重新設計電源模組。當輸入電壓變化過大時,交流電電壓的頻率如全波整流后的100~120Hz,會導致輸入電壓出現(xiàn)漣波,此時,LED的亮度將會變得非常不穩(wěn)定。若要讓輸入電壓穩(wěn)定,勢必要在電源模組設計上加上一些不同的巧思。當輸入電壓的變化愈大,就須根據(jù)光源的輸出電壓或LED顆數(shù),改變外接零件的常數(shù),但卻也同時造成電源模組的樣式增加,耗費設計工時(圖2)。此外,由于LED的順向電壓(Vf)不穩(wěn)定,因此照明燈具之間可能會出現(xiàn)亮度差異的情形。
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圖2 輸入電壓的特性
切換式穩(wěn)壓器利用切換時的開關(guān)(On/Off)時間比來控制LED電流值。一般傳統(tǒng)所采用的控制方法是利用線圈的峰值電流來決定切換ON的時間。此一方法會因為輸入/輸出電壓的改變而讓線圈電流的斜率發(fā)生變化,結(jié)果導致LED電流也跟著改變(圖3)。
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圖3 峰值檢測控制的LED電流波形
要解決此一問題,就須利用LED電流平均值,而非峰值電流來控制LED電流(平均電流控制法)。但透過一般所采用的類比電源控制,不但不易進行平均電流控制法,而且還可能會造成外接零件的增加。先進的LED照明專用驅(qū)動IC若運用數(shù)位電源控制法,則不須要增加外接零件,只要檢測線圈電流,即可解決前述問題(圖4)。
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圖4 附有Triac調(diào)光的LED照明用驅(qū)動IC
運用數(shù)位電源控制法后,無論輸入/輸出電壓值為何,皆可達成控制LED電流平均值的目標。此種方法就是將線圈電流取樣(A/D轉(zhuǎn)換)并進行數(shù)位化,然后根據(jù)取樣資料,運算峰值電流值,以便讓LED電流的平均電流達成穩(wěn)定的目標。接著,再將演算結(jié)果進行D/A轉(zhuǎn)換,并反饋至用來檢測峰值電流的比較器中(圖5)。
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圖5 平均值控制的LED電流波形
以切換式電源來說,雖然業(yè)界對于數(shù)位電源控制的關(guān)注程度愈來愈高,但一般均會使用數(shù)位訊號處理器(DSP),因此仍然存在著電路過于龐大而導致成本高、耗電量過大等問題,因此要運用在LED小型照明上仍十分不易。而專用的邏輯IC,以照明為重點功能,并且排除數(shù)位電源控制電路/耗電量增大的缺點。
除平均電流控制功能外,調(diào)光功能也是數(shù)位電源控制的特征。先進的LED照明專用驅(qū)動IC支援雙向矽控整流器調(diào)光、PWM調(diào)光、線性調(diào)光等三種調(diào)光方式,適用于各種配備調(diào)光功能的照明燈具。