洞悉驅動器特性設計出低電壓AC的LED應用設計

有一項額外考慮係針對較小負載設計而生，主要係一次側變壓器的工作可能需要某一個最低負荷，當處在非常小且低功耗的系統中，便須要特別考量此問題。以一個60瓦低電壓交流變壓器而言，可能需10瓦的負載才能正常運行，而LED裝置的效率可根據主電源的供應範圍處理該問題。

舉例來說，在美國國家半導體的RD-148參考設計中，運用LM3405A展示在12VAC系統下驅動一個3.6Vf、600毫安培的單一LED解決方案。而基于該參考設計架構的LM3405A和LM3407均適用于在較小燈光模組中，因其有較小的封裝尺寸(LM3405A採SOT23封裝)和極少的外部元件。透過RD-148的實例，將能簡易實行一個尺寸為14毫米×21.5毫米的完整解決方案，甚至是更小的解決方案也可能實現。

實現中型陣列系統　熱能管理至為關鍵

目前中型設計(中型陣列，但許多個別系統)已提出最新的進展，藉由使用單一封裝的較大多組件陣列就能提高照明輸出，且有更好的效率和熱能管理技術。欲完成此種設計，可考慮一個10.5伏特的Vf暖白光陣列，和一個典型的640毫安培電流。值得注意的是，維持陣列在典型的電流或適當的熱能管理設計，特別能延長產品壽命，甚至是在高溫有害的環境中，雖然這對許多IC驅動器是很困難的挑戰，但在市場需求的推動之下，可預期不久之后就有大量符合此需求的產品出現。然而，在經過幾個設計循環后，產業界便發現許多整合FET的驅動器，對于熱能設計有處理上的困難。

承續上述論點，許多整合FET的產品在30℃環境溫度下操作，其IC接面點溫度超過90℃，這代表元件在外部環境建議的操作溫度下，只有35℃的余量(到達150～160℃時就會進入熱能關機，但最大的建議操作溫度是125℃)，這對熱能機械設計來說是很難處理的，故須確保該情況不會在LED的應用上發生。熱能挑戰迎刃而解　高整合控制器功不可沒

總括來說，60℃溫差的熱能循環(從LED帽到焊接點，一直到驅動板)在設計上并不完美。談到LED的使用壽命和可靠性，熱能永遠是必須解決的問題，而圖3所示的LM3409控制器就是一個優異的選擇，它能讓設計者透過各種外部元件將熱能排出，以一個低成本的P-Channel金屬氧化物半導體場效電晶體(PFET)外部元件為例，藉由使用LM3409就能顯著降低系統溫度，而其中最熱的元件應該是53℃的PFET。

由于LM3409的接面溫度是43℃，而所有測試都在30℃環境溫度下進行，這表示其擁有充分的熱能余量，也使設計者更容易達到熱能設計的目標。此外，LM3409係一個高度整合的控制器，特別是用于固定電流的LED驅動應用中，所以只需要少數的外部元件，便可以解決尺寸問題和降低生產成本。

圖3 適合中型陣列設計的LM3409採用12VAC系統，可驅動640毫安培電流和10.4伏特的LED陣列封裝

LM3409亦具有容易進行調光控制的優勢，不論是PWM調光(在EN接腳上)或是類比調光，均可藉由一個電壓分壓器隔開主要輸入軌來獲得類比調光功能，如此一來，就能在輸入電壓直接降低時，連帶使LED電流下降，以達到設計彈性。其次，如果要求絕對色彩準確性或其他特殊的調光功能，則可使用PWM訊號(外部的微控制器或類似裝置所提供)或是類比IADJ接腳，完成此一需求。

另一方面，LM3409具有兩個有效的監視電流迴路，一個是設置在高端電流感測電阻RSNS，另一個直接在ISENS。設計者有叁個方法經由 ISENS來達到類比調光，首先是透過ISENS開路以讓RSNS控制LM3409;再者係提供接腳一個從0～1.24伏特的外部電壓(由RSNS設置時 1.2伏特是最大輸出)；或可從接腳到地面連結一個分壓器以改變電流(永遠將RSNS設置到最大)。

透過以上叁種方式，在交流電轉換成直流電后，經由電壓分壓器到主輸入軌就能輕易連結；不過若選擇電壓分配器在1.24伏特時，則可擁有最大的輸入電壓(12VAC系統16.97V，24VAC系統33.94V)，因此，當輸入電壓較低時，理所當然會產生一個較低的光源輸出。

而值得討論的是，該情況與不具典型調光裝置驅動器的差別，或沒有這個連結的話，LM3409將如何表現。

由于上述情況均是針對直流對直流的調節器，所以會有輸入到輸出改變的自然情形，有鑑于此，想要對一個固定的電壓或電流加以控制的想法便應運而生。舉例來說，若不提供一個調光訊號，電路就會嘗試維持電流的規格，直到輸入電壓接近輸出電壓(LED驅動電壓)，且輸出電平將不會改變，直到輸入端進入電路訊號損耗區(通常是在降壓調節器運作下驅動電流時，輸入的伏特數高于所要求的輸出)，當輸入電壓開始下降時，輸出電壓也隨著快速減少。

反觀在PFET控制器的調節下，LM3409只有小範圍的改變，能夠在整個工作週期下，維持非常低的損失，其使用類比調光功能可以線性方式降低LED 電流，使LED具備可調光的設計，在開關關閉前達到欠壓鎖定設定(或者可以用極小的輸出電壓驅動LED)。藉由改變電壓的方式來達到調光功能，已能有效的控制輸入線路，而在交流對直流的前端，則需要額外的電容以達到光源輸出后，所造成的輸入漣波最小化。

此外，透過直接連結調光功能到輸入電壓，可不須顧慮LED驅動器的穩定度。除非充分過