僅僅在美國(guó)，估計(jì)就有超過(guò)1億5千萬(wàn)個(gè)白熾或鹵素?zé)襞荽钆涞募矣谜{(diào)光器直接利用橋接於市電下電源電壓運(yùn)作。LED燈泡理想上應(yīng)該要能安裝於既有的插座，並在成本不會(huì)過(guò)高的情況下提供穩(wěn)定、無(wú)閃爍和反光的照明體驗(yàn)，而固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)至今仍在持續(xù)奮戰(zhàn)，要讓LED技術(shù)能快速適用於現(xiàn)有已安裝的調(diào)光器。燈具必需與相位切換調(diào)光器（phase-cut dimmer）一起搭配運(yùn)作，無(wú)論是TRIAC（交流矽控整流器，triode-alternating-current）或是數(shù)位調(diào)光器，以保持調(diào)光功能正常運(yùn)作並提供自然的調(diào)光體驗(yàn)。
設(shè)計(jì)研發(fā)人員知道調(diào)光器相容性是個(gè)挑戰(zhàn)，但是有些設(shè)計(jì)工程師可能不了解驅(qū)動(dòng)器相容性和燈泡壽命之間的關(guān)聯(lián)性。
TRIAC 調(diào)光器需要最小保持電流來(lái)正常運(yùn)作，而這個(gè)保持電流會(huì)因不同的TRIAC調(diào)光器而有明顯不同。為確保TRIAC廣泛的相容性，LED燈泡就需汲取較驅(qū)動(dòng)器本身操作所需更大的最小基本工作電流。大部分現(xiàn)有的固態(tài)照明LED驅(qū)動(dòng)器會(huì)透過(guò)一個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)分壓電路來(lái)汲取較高的保持電流，而這會(huì)導(dǎo)致效率降低及產(chǎn)生過(guò)量的熱，因而引發(fā)散熱方面的問(wèn)題。由於過(guò)量的熱，燈泡可能得被封起來(lái)，此外，無(wú)論是主動(dòng)或被動(dòng)，分壓電壓都需要額外的元件，這就導(dǎo)致燈泡的成本及複雜度都會(huì)提高。理想的解決方案是要能夠和幾乎所有的調(diào)光器一起運(yùn)作，且必需不增加額外元件，以降低系統(tǒng)成本及複雜度，同時(shí)又能改善燈泡效能及操作壽命。
消費(fèi)者希望LED燈泡能相容於他們既有、已安裝的調(diào)光器，所以，如果新型固態(tài)照明想要直接安裝於這些插座上，就必需能夠回溯相容於各種調(diào)光器，且它們必需提供出色的調(diào)光效能。既有的TRIAC和數(shù)位調(diào)光器只有一個(gè)共通點(diǎn)，就是它們的特性幾無(wú)相似之處。這讓LED驅(qū)動(dòng)器的工作顯得分外困難。不只是要無(wú)縫橋接既有的調(diào)光基礎(chǔ)架構(gòu)，還得要有效率的運(yùn)作並提供燈泡的長(zhǎng)壽命（至少25,000小時(shí)）。這是個(gè)困難的任務(wù)。
TRIAC裝置需有最小電流讓他們保持運(yùn)作。這個(gè)「保持電流」 會(huì)因製造商的不同而有很大的不同。圖一顯示來(lái)自五種不同TRIAC的保持電流範(fàn)例。電流的尖峰顯示LED驅(qū)動(dòng)器需自TRIAC汲取，以確保所有這五個(gè)TRIAC都能和此燈具設(shè)計(jì)共同運(yùn)作的最小電流。白熾燈泡能與TRIAC一起運(yùn)作得很好，這是因?yàn)樗鼈兪羌冸娮栊缘模芗橙〈罅康碾娏鳎蟮阶阋院褪袌?chǎng)上的任何TRIAC一起運(yùn)作。
在低相位角，由於電流汲取實(shí)在太低了，所以如果基本工作最小電流並不總是能夠被滿足，這會(huì)導(dǎo)致TRIAC失去功能、視覺(jué)閃爍或甚至電壓下降，而在試圖變暗以維持低照明水準(zhǔn)時(shí)，光輸出會(huì)驟然停止。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)有的LED驅(qū)動(dòng)器解決方案提供了一些不同的解決方案。其中之一是在輸出使用被動(dòng)分壓電阻，自TRIAC輸出持續(xù)汲取電流（圖二），以確保 TRIAC總是能有足夠電流來(lái)維持正常運(yùn)作。這樣的負(fù)載對(duì)於LED燈泡的效率會(huì)造成很大的影響，但是更嚴(yán)重的是，這會(huì)產(chǎn)生大量的熱。LED燈泡需要減少熱的產(chǎn)生，這對(duì)於LED燈泡的長(zhǎng)壽命而言是很關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素。LED在高溫下可以運(yùn)作25,000-50,000小時(shí)，這不是問(wèn)題，然而，這對(duì)電路中的其他元件而言就是完全不同的問(wèn)題了。 例如，大容量電解電容在高溫下運(yùn)作時(shí)，壽命會(huì)明顯降低許多。操作溫度每上升10°C，電解電容的壽命就會(huì)減少50%之多。由於外部元件的不耐高溫，因此即使是LED燈泡裡極少量的額外功耗，也會(huì)造成LED燈具壽命的縮短。
| 圖二 : 被動(dòng)及主動(dòng)分壓電路 |
|
第二種解決方案就是採(cǎi)用主動(dòng)分壓電路，如此可以動(dòng)態(tài)汲取TRIAC的電流以維持運(yùn)作（圖二）。這其中的概念就是唯有在汲取自實(shí)體LED的電流太低時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)分壓電路。這種做法的好處就是能撤掉總是會(huì)消耗輸入電流的被動(dòng)負(fù)載，進(jìn)一步提升效能並減少熱能產(chǎn)生。然而，主動(dòng)分壓電路的控制是有難度的，而且要還得要使用大量外部元件才能完成，所以這種方法的代價(jià)昂貴。效率的確有所改善，但是主動(dòng)分壓電路的本質(zhì)無(wú)異於被動(dòng)分壓電路：它還是保持汲取自TRIAC的最小電流，藉由消耗功率並產(chǎn)生熱的方式來(lái)維持。即使功耗損失低於被動(dòng)電路，但問(wèn)題依然存在。熱能的產(chǎn)生、大量的元件及電路的複雜度等，導(dǎo)致主動(dòng)分壓電路不符合期望。
相對(duì)於消耗必要電流以維持TRIAC正常運(yùn)作，取而代之地，此問(wèn)題的理想解決方案是使用此電路某處的電流，也就是有效循環(huán)利用分壓電路的電流。 要在類比電路做到這件事並不容易，但是數(shù)位控制技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)複雜的動(dòng)態(tài)控制方法，能夠更有智慧地使用維持傳統(tǒng)調(diào)光器正常運(yùn)作所需的電力。
圖三所示是一個(gè)典型的電路應(yīng)用範(fàn)例，這個(gè)非隔離型LED驅(qū)動(dòng)電路採(cǎi)用Dialog Semiconductor提供的 iW3688。這個(gè)裝置示範(fàn)數(shù)位核心如何實(shí)現(xiàn)低成本解決方案，且擁有廣泛的調(diào)光器相容性。
iW3688的核心技術(shù)是僅使用一個(gè)外部FET（場(chǎng)效應(yīng)電晶體）就能執(zhí)行多種功能。它使用單一相同的開(kāi)關(guān)去維持TRIAC調(diào)光器的正常運(yùn)作，以及為控制電路本身提供電力，如此能省下主磁心上的次級(jí)線圈。不再需要使用輔助線圈來(lái)供電給控制器本身，這讓設(shè)計(jì)工程師得以針對(duì)非隔離型應(yīng)用選擇採(cǎi)用低成本的現(xiàn)成電感，而當(dāng)此應(yīng)用需使用隔離型方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以採(cǎi)用標(biāo)準(zhǔn)型返馳變壓器。相對(duì)於只是消耗額外電流以維持輸入端TRIAC正常運(yùn)作，取而代之地， iW3688可以實(shí)現(xiàn)輸入電流的動(dòng)態(tài)管理，如此一來(lái)， 為了保持TRIAC正常運(yùn)作所需的任何額外電流，若還未被主功率轉(zhuǎn)換級(jí)所汲取，則會(huì)被用於內(nèi)部，而不只是以熱能的形式被浪費(fèi)掉。這些數(shù)位核心技術(shù)可以監(jiān)測(cè)所有重要電壓及電流，讓控制器可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)主功率FET於不同的工作模式以接受所有這些不同的任務(wù)。藉由除去被動(dòng)或主動(dòng)額外分壓電路及磁性元件的輔助線圈，這樣的架構(gòu)可以大幅減少額外部元件，還能節(jié)省電力，更重要的是能減少熱能產(chǎn)生，如此就不用採(cǎi)用昂貴的封閉做法，避免LED燈具成本因此上升。
| 圖三 : iW3688數(shù)位LED驅(qū)動(dòng)器具有TRIAC/數(shù)位調(diào)光器相容性 |
|
隨著每一代數(shù)位電源管理新技術(shù)的出現(xiàn)，功能都更為強(qiáng)大，而設(shè)計(jì)工程師也享有更多的自由，能做到以往在類比獨(dú)大的世界中做不到的事。固態(tài)照明大幅受惠於數(shù)位技術(shù)，促使低成本燈具能直接安裝於採(cǎi)用傳統(tǒng)調(diào)光器的家庭環(huán)境中，為消費(fèi)者帶來(lái)自然、多樣的調(diào)光體驗(yàn)。
（本文作者Hubie Notohamiprodjo 任職於Dialog Semiconductor固態(tài)照明產(chǎn)品行銷協(xié)理）
註釋
美國(guó)電器製造商協(xié)會(huì)（NEMA）。替代白熾燈的固態(tài)照明 – 最佳的調(diào)光方法（LSD 49-2010）。美國(guó)電器製造商協(xié)會(huì)（National Electronic Manufacturers Association, NEMA），固態(tài)照明及照明控制章節(jié)。
