作者 : LED 固態照明驅動IC產品經理 蘇瑋城
前言
發光二極體(LED)在固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)燈具的應用越來越廣泛，加上優於傳統照明方式的獨特性，除了提高生活品質、改善光源效能和延長燈具壽命外，利用其獨有的可調光功能進行燈光色溫與亮度的變化，並充分達到節能應用為其最大優點。鑒於固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)的低能耗憑證，系統高能效運作是應對能源價格上漲與環保考量提高的管理成本關鍵。新解決方案不僅須提供領先市場的高能效滿足並超越現行能效標準要求，還需為燈具設計者甚至使用者提供高度的靈活性應用場合，如: 輸入寬範圍電壓操作(85Vac~277Vac)、低待機能耗( <0.5W)與快速啟動(<0.5Sec)，簡化設計人員選用或設計時程。
FIG 1. LED調光型電源系統基本概念圖
近年來對於智能燈具之發展，調光型電源將是未來的運用技術趨勢，其調光基本方式如下:
Table 1. 調光系統之概念比較
現今標準規範並沒有針對固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)燈具於調光下的諧波電流條件限制，但依市場智能產品分析比較固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)驅動於滿載跟輕載（調光）下因諧波產生的電力系統損失來計算，發現調光下的電力損失還是會低於規範中滿載的電力損失，依據重載之各諧波電流峰值為上限值做為判斷基礎下將應可符合諧波電流(Harmonic Current )條件，故研判固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)驅動電源於輕載條件下並不必定要符合諧波電流(Harmonic Current )Table 1要求。 但未來智能照明時代的技術發展期望滿足IEC-61000-3-2（2014）Table 1的要求。
FIG 2. LD7839搭配三合一調光LD8116與去頻閃LD6802/J之系統基本架構圖示
高功因(Power Factor; PF)及低總諧波失真(Total Harmonic Distortion; THD )
目前世界主要國家和相關機構都對固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)驅動器在功率因數或總諧波失真上提出了相應的規範，比如國際電子電機委員會提出的IEC 61000-3-2、歐盟的EN61000-3-2、日本的JIC-C-61000-3-2、中國的GB 17625.1等標準。美國“能源之星”對功率大於5 W等級的固態照明燈具都有功率因數（Power factor; PF）的要求，家用產品功率因數需大於0.7，商用產品功率因數需大於0.9，而在戶外/ 工業應用中，對功率因數更是要求大於0.92。為了滿足高功率大於25W LED電源設計在功率因數以及諧波含量限制方面的要求，LD7839選用高效率之臨界導通模式（CrCM）且加入變動導通時間及限制操作頻率達到不連續模式（DCM）技術，使其系統操作符合範疇。
FIG 3. LD7839’s EVM board 典型量測功率因數(PF)及總諧波因數(THDi)數據
高精度電流誤差
電流精度會決定於固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)之流明差異，因此，LD7839採取類比積分線路以滿足於高功因運作下定電流輸出要求且具有對於負載電壓變動或輸入電壓操作範圍之補償機制優勢達成+/-5% 內的變動率。
FIG 4. LD7839’s EVM board 典型量測輸出電流數據
快速器啟動及低待機耗損
調光型電源設計未來期望調光關閉(Dimming to Off) 功能下為了使得關閉狀態下能有較低的損耗，雖然讓系統停止操作但LD7839’s 可持續由快速啟動線路供應IC基礎電源。
FIG 5. LD7839’s EVM board 典型量測待機時( Dimming to off ) 輸入功率數據
完整性保護功能
LD7839 晶片操作電壓9.5 - 27 VDC的寬電壓（VCC）範圍運作，具有谷底鎖定（valley lock-out）和頻率摺疊（foldback）功能，確保整個電壓範圍內的高能效。透過包含輸入欠壓（brown-out）和輸入過壓（AC_OVP）保護等操作安全功能，以及檢測輸出開路及短路、供電繞組（winding）電壓異常和二次側整流二極體短路、一次側檢測電阻短路和晶片過電壓保護等功能，進一步簡化發光二極體(LED)照明應用的安全性設計。
線性温度折返及過溫保護功能
固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)受不同的應用組合及不同的工作環境影響，LED內部溫度可能會飆升，而熱折返功能(Thermal Foldback)能夠在過溫時通過自動降低電流來防止過熱以增加產品壽命。
FIG 6. LD7839’s 温度折返及過溫保護功能曲線
結論
鑒於固態照明(Solid-state lighting，縮寫：SSL)的高能效運作是應對能源價格上漲與環保考量提高的管理成本關鍵。通嘉科技所推出的新解決方案不僅提供領先市場的高能效，還為設計人員提供高度的靈活性，並且能滿足並超越現行的能效標準要求。而針對控制介面單元也提供三合一調光處理器(LD8116 系列產品)作為搭配，並因應全球照明光學研究相關文獻提出低頻閃要求，也同時可搭配LD6802J系列產品做為理想解決整套方案。