低電壓交流電照明系統(tǒng)在市場上愈來愈受歡迎，從室內(nèi)重點照明（Accent Lighting）到一般的軌道燈，乃至于應(yīng)用在戶外照明系統(tǒng)。零售商和家居建材行如IKEA和Home Depot已經(jīng)將這些技術(shù)迅速而廣泛的傳達給顧客，使電源系統(tǒng)納入特定低電壓的使用規(guī)則，使用者便不必經(jīng)過承包商而能自行安裝。

　　低電壓交流電LED照明應(yīng)用興起

　　所有低電壓交流電照明系統(tǒng)使用的是一種獨立式主電源，這個主電源提供離線交流電轉(zhuǎn)換成低電壓的方案，在任何負載下，即使電路處于開路的情況，其輸出均不會超過30伏特有效值（VRMS）。其次，在所有狀況下，電路必須有一個25安培（A）的電流限制，這兩個條件將決定低電壓交流電照明應(yīng)用的最大電力。典型的輸出電壓是12或24伏特交流電（VAC），但仍須保持25安培最大電流值不變，不論是12伏特、300瓦（W）的系統(tǒng)或24伏特600瓦的系統(tǒng)皆是。

　　鑑于上述塬因，低電壓交流電照明在發(fā)光二極體（LED）照明應(yīng)用中，相當(dāng)受到青睞，該技術(shù)甚至可應(yīng)用在300瓦的LED照明功率中，相當(dāng)于叁至四個街燈的輸出。此舉讓設(shè)計者在設(shè)計上擁有很大的彈性，可允許相對較大型的單一組件或由單一電源提供的多組態(tài)燈器設(shè)計，亦或是在這兩者之間的設(shè)計。可確定的是，透過具彈性的LED照明應(yīng)用設(shè)計，將使照明系統(tǒng)從傳統(tǒng)白熾燈大步往前邁進。

　　而在低壓交流電系統(tǒng)中，可考慮叁個不同的照明燈具，首先是僅在一到兩個個別系統(tǒng)中裝置一個大/高輸出設(shè)計；其次為可支援十到二十個裝置于系統(tǒng)小燈源的中型輸出設(shè)計；最后則是可允許在單一系統(tǒng)中存在五十到一百個照明器的小型輸出設(shè)計。

　　大型陣列設(shè)計打造高燈源輸出應(yīng)用

　　以大型陣列設(shè)計而言，在兩個不同的範(fàn)圍中，立即能顯現(xiàn)出LED獨特設(shè)計的好處，特別是在更獨特的大型照明燈源例子中，可透過大型陣列創(chuàng)造出高燈源輸出應(yīng)用。一般而言，在街燈的應(yīng)用（採用高電壓離線解決方案）上會使用100瓦的LED燈源，雖然不建議其使用低電壓交流電系統(tǒng)（這會帶來整個規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的新設(shè)置），但設(shè)計者卻有機會以低電壓交流電的預(yù)算達到同樣效果，進而從一個3.5伏特的順向電壓和使用350毫安培電流的標(biāo)準(zhǔn)LED著手進行設(shè)計，大致上以每個1.2瓦或約八十個LED為基礎(chǔ)。

　　為達到所期待的輸出電力，使用單一驅(qū)動器并使用多組串聯(lián)/并聯(lián)組合方式的LED方案便很有吸引力，但產(chǎn)業(yè)界通常不鼓勵此種設(shè)計規(guī)則，塬因在于若支持個別控制每一個LED線路，首先遇到的問題為，LED和溫度有前饋的關(guān)係，當(dāng)溫度上升時，須嚴(yán)格控制順向電壓下降，以避免更多電流流動，進一步使LED的溫度升高。其最大的影響就是在不同線路共享相同電流之下，將會很快產(chǎn)生搭配不當(dāng)?shù)膯栴}，若電流沒有被個別安排，以便通過整個線路，便很可能成為系統(tǒng)故障的來源。

　　利用線上設(shè)計工具尋找適合LED驅(qū)動器

　　如同前述，市場上有各式各樣的驅(qū)動器能符合需求。美國國家半導(dǎo)體（NS）就有幾款LED驅(qū)動器能夠達到所需的最大輸入範(fàn)圍，同時也具備簡易設(shè)計的特性和效能表現(xiàn)。先從24VAC系統(tǒng)談起，此為最引人注意的特殊大型燈具，目前談及的驅(qū)動器都是直流對直流（DC-DC）轉(zhuǎn)換器，所以在主電源提供的交流電訊號將會有進行一些整流的情形，基于此種情況，對轉(zhuǎn)換器的輸入條件須改為：24VRMS=67.88VPP和在調(diào)整后驅(qū)動器最大的輸入電壓範(fàn)圍34伏特。

　　就確實可知的條件來說，在此階段的設(shè)計上，設(shè)計者心中可能已有一個特定的LED規(guī)格，而本文討論的所有設(shè)計，都可以使用如美國國家半導(dǎo)體的WEBEBCH LED Designer線上設(shè)計工具進行開發(fā)，可以鍵入輸入電壓（34伏特直流電）、LED類型/值及所需的輸出組態(tài)。此外，在350毫安培和Vf=3.5伏特條件下，可驅(qū)動九個LED組合而成的24VAC燈串，整流后為34伏特直流電（VDC）。而透過線上工具中的參數(shù)搜索工具，看似擁有許多適用的輸入範(fàn)圍，然因工作週期的限制，其實并沒有大量可支援的線路。在此情況下，僅有美國國家半導(dǎo)體的LM3401和LM3409兩款LED驅(qū)動器可作支援，若把LED的數(shù)量從九顆減少至八顆，在驅(qū)動器的選擇上才會增加。

　　值得注意的是，當(dāng)燈串的LED數(shù)量增加時，則須要經(jīng)由電壓的升壓來支援，現(xiàn)今大多低電壓交流電應(yīng)用的主要轉(zhuǎn)換器拓撲為降壓轉(zhuǎn)換器（輸出到LED的驅(qū)動電壓比輸入到轉(zhuǎn)換器的電壓還低），這是對較少LED線路的主要觀點。

　　了解驅(qū)動器角色對癥下藥

　　一般來說，盡可能使用單一驅(qū)動器來驅(qū)動多個LED最符合成本效益，然并不主張在單一驅(qū)動器中使用并聯(lián)線路，而是希望串聯(lián)線路盡可能延長；其有利條件在于，即使線路受到嚴(yán)格規(guī)範(fàn)和保護，亦可確保通過LED的電流皆相同。如此一來，一個較大的輸入電壓就能簡單驅(qū)動大量的LED線路，只是在經(jīng)過整流后，該線路通常會流失一半的交流電電壓值，故其優(yōu)勢大打折扣；為解決此一問題，則可改採升壓解決方案（輸出電壓比輸入電壓大時），以減輕驅(qū)動大量LED線路的負擔(dān)。

　　另一個觀點是，若燈串可維持低于二十個LED（Vf=3.5V和350mA的LED驅(qū)動電流），就能在低電壓限制下維持升壓輸出（在84.85VPP的低電壓限制下有70VDC），可經(jīng)由美國國家半導(dǎo)體任一款LM342X驅(qū)動器達到，它提供過壓/欠壓保護機制、電流限制，以及依需求選配的過熱保護功能。

　　此外，對于驅(qū)動器裝置特色的了解在電路設(shè)計上扮演重要的角色，如是否須支援脈衝寬度調(diào)變（PWM）調(diào)光、類比調(diào)光等，或是為改變光源輸出是否須加入一些光學(xué)要件及過熱保護，以上考量均為選用何種驅(qū)動器的因素。

　　針對上述需求，LM3421/23驅(qū)動器具備阻止和察覺額外錯誤警告的特色，對于欲達到高層級保護及提供微控制器（MCU）反應(yīng)的應(yīng)用來說，是很合適的元件。而LM3424內(nèi)建的過熱保護功能有利于光學(xué)或過熱保護應(yīng)用（降低與LED溫度有關(guān)的輸出電流）；再者，LM3429雖為此系列產(chǎn)品最基本款的驅(qū)動器，但仍具有在升壓應(yīng)用中的過壓保護和電流限制，協(xié)助升壓檢測。

　　圖1所示為驅(qū)動二十個LED，每一個平均電流均為350毫安培，3.5伏特順向電壓的電路圖，此外，電路也許會因為須要進行類比調(diào)光（當(dāng)輸入減少時光源的輸出就會降低）而有所改變，以符合簡單又全面受到保護的線路驅(qū)動器。如欲尋求更嚴(yán)格的顏色準(zhǔn)確度，可採用PWM調(diào)光。

　　圖1 大型陣列設(shè)計應(yīng)用LM3429的升壓配置，採用24VAC系統(tǒng)，在電流為350毫安培的條件下，可驅(qū)動二十個LED。

　　大電容方案降低漣波　延長電解質(zhì)電容壽命

　　有一個簡單的概念是應(yīng)用升壓解決方案來恢復(fù)以交流電整流驅(qū)動大量LED燈串時損失的電壓，且仍保持在低壓限制中，這大約是前端消耗的27瓦（在92%效率下的24.5瓦LED），故顯而易見，系統(tǒng)是如何在單一附件下拓展成每個線路都受到完整保護的高規(guī)格設(shè)計。

　　若進一步採用四條這樣的電路，則每條線路均能達成完整保護和控制的100瓦設(shè)計目標(biāo)，為實現(xiàn)此一架構(gòu)，則可能在前端使用一個一般的整流器（只需要×4電流率的橋接二級管和C1/C2的×4電容）。此外，LED照明設(shè)計如果在低電壓系統(tǒng)下有300～600瓦的可用電力，25安培的總電流對設(shè)計人員而言就具有很多選擇。舉例來說，從D1～D4需要被規(guī)範(fàn)出最大電壓和電流的余量（Headroom）。輸出的電容可用下列方程式表示：

　　C=0.7（I）/ΔE（f）

　　其中，I代表到下游電路的輸入電流（直流對直流轉(zhuǎn)換區(qū)），ΔE為可允許的漣波電壓，而f則是交流電頻率。由于此設(shè)計有92%的效率，鑑于LED功率為24.5瓦，這代表前端的直流對直流區(qū)將有26.6瓦的功率；而在整流（34VDC）后，從24VAC的電源使用26.6瓦并產(chǎn)生約782毫安培的平均輸入電流，如此一來，將可適當(dāng)調(diào)整二級管整流器的規(guī)格。

　　另一方面，可接受的漣波也影響著電容的需求，舉例來說，執(zhí)行一個800毫安培的輸入電流，且在120Hz線路上允許一個1伏特的漣波（因橋接整流器的關(guān)係為2×60Hz）需要9，300μF的大電容；如果是3伏特的漣波則只需要1，500μF，由于降低漣波對電解質(zhì)電容的壽命提供較佳的保護，故此情況下，大電容將是可能採取的選擇方案。

　　小型陣列設(shè)計挑戰(zhàn)重重　降低電容溫度勢在必行

　　另一個極端的設(shè)計範(fàn)圍是小型陣列設(shè)計，該設(shè)計可能是單一LED元件或是一個單獨的組件中包含叁個元件，可讓1瓦變成3瓦的現(xiàn)代化LED照明效率解決方案，在環(huán)境和公園照明設(shè)備中頗受歡迎。

　　小型陣列設(shè)計對105℃額定值的電容而言，讓它們保持冷卻在65℃及更低的溫度，為此設(shè)計中較薄弱的環(huán)節(jié)；不過，由于電解質(zhì)電容每低于額定溫度10℃，就能增加一倍的使用壽命，意味著若一個設(shè)計師可維持65℃或更佳的溫度狀況，105℃額定電容將能延長十六倍的額定壽命，在此比率下，5，000小時的額定電容可延長到80，000小時，對小型陣列設(shè)計來說，雖為極大的挑戰(zhàn)但仍勢在必行。

　　由此可證，良好的熱能設(shè)計在LED應(yīng)用扮演關(guān)鍵角色，且使用有效率的驅(qū)動器如LM3429，則使設(shè)計挑戰(zhàn)更容易解決。在此設(shè)計上，最熱門的裝置是單結(jié)型場效應(yīng)電晶體（FET）M1開關(guān)，其可達到約65℃的溫度表現(xiàn)，雖然并沒有多大影響，但是設(shè)計者必須確定它與其他重要熱源均與電解質(zhì)電容保持距離，且所有板上的元件都保持在50℃以下，可見從LED散出的熱能永遠是最大的挑戰(zhàn)，而不是電子學(xué)。