在讲究节能减碳与环保意识抬头的21世纪，节能、省电、高效、环保、寿命长的LED(Light-Emitting Diode)照明灯具正逐渐地取代传统的白炽灯与萤光灯，成为平民百姓家的民生必需品，并带来十分大量的市场需求。而目前市面上室内LED照明灯具的驱动电路主要有阻容压降式的LED驱动电路、切换式的定电流LED驱动电路以及高压线性定电流的LED驱动电路。其中切换式的定电流LED驱动电路为目前室内LED照明灯具使用最多的驱动电路，然而近年来随着高压LED灯珠相关技术的快速发展，使得非隔离的高压线性定电流LED驱动电路技术已经慢慢成为LED光源驱动电路的新热点。

切换式的定电流LED驱动电路主要是由Buck 转换器或Flyback转换器所延伸发展出来的LED驱动电路，其电路本身较为复杂，且须使用到变压器、电感器和电解电容器；反之，非隔离的高压线性定电流LED驱动电路其本身则不须使用到变压器、电感器和电解电容器，因此相较于切换式的定电流LED驱动电路，高压线性定电流的LED驱动电路本身具有电路架构简单、外部离散元件少、成本低廉等优势，且其电路本身不需要使用到插件式的磁性元件与电解电容，所以在产品的生产制造上可采用全SMD的方式生产，使得高压线性定电流的电路架构非常适合用来作为平价的室内LED灯或光电一体化LED照明模组中的LED驱动电路。

Flicker Free高压线性定电流LED驱动电路

图1所示为一般的高压线性定电流LED驱动电路，主要由桥式整流器、线性定电流LED驱动器达鑫电子DS6636及LED灯串所组成，IC本身会依据不同的输入电压大小，来自动控制LED灯串被点亮的数目，而在整个交流输入电源的半个周期间，驱动电路将会动作在五个不同的操作模式。首先，当输入电压低于第一组LED灯串(LED String 1)的总顺向电压时，此时驱动电路工作在第一种操作模式。

在这段期间，无LED灯串被点亮；接着当输入电压上升到比第一组LED灯串的总顺向电压高，但比第一组LED灯串和第二组LED灯串(LED String 2)的总顺向电压低时，此时驱动电路将会进入第二种操作模式，在这段期间，驱动IC将会以最低的定电流IS1来驱动第一组LED灯串；接着当输入电压上升到比第一组LED灯串和第二组LED灯串的总顺向电压高，但比第一组LED灯串、第二组LED灯串和第三组LED灯串(LED String 3)的总顺向电压低时，IC将会以次高的定电流IS2来驱动第一组LED灯串与第二组LED灯串，此时驱动电路将工作在第三种操作模式。

接着当输入电压上升到比第一组LED灯串、第二组LED灯串和第三组LED灯串的总顺向电压高，但比整个LED灯的总顺向电压低时，此时驱动电路将会进入第四种操作模式，在这段期间，IC将会以第三高的定电流IS3分别来驱动第一组LED灯串、第二组LED灯串和第三组LED灯串，最后当输入电压上升到比整个LED灯的总顺向电压高时，将会以最高的定电流IS4分别来驱动第一组LED灯串、第二组LED灯串、第三组LED灯串和第四组LED灯串(LED String 4)，此时驱动电路将工作在第五种操作模式。因此，随着输入电压的变动，LED驱动电路将会依序在上述的五种操作模式中动作；而在整个交流输入电源的半个周期间，整个LED灯串的电流变动情况，则如图2所示。

图1 : 高压线性定电流LED驱动电路

图2 : 高压线性定电流LED驱动电路中LED灯串的电流波形 (通道1: 桥整后的电压, 通道4: LED灯串的电流)

由图2可得知，当使用高压线性定电流的LED驱动电路来驱动LED灯串时，在市电的零交越电压附近，一旦输入电压比第一组LED灯串的总顺向电压来的低时，此时LED灯串的电流将降为零，LED灯串将不会被点亮，导致LED灯串在整个市电周期无法一直持续被点亮，进而发生两倍市电频率100Hz 或120Hz的频闪现象(Flicker)。

虽然此现象通常肉眼不易察觉，但经由研究报告指出，当使用数位相机对着有频闪现象的LED光源曝光并拍照时，输出的照片将会有不讨喜的黑色条纹出现。有鉴于此，本文提出一可改善频闪现象的高压线性定电流的LED驱动器来改善此问题。图3为本文所提出的可改善频闪现象的高压线性定电流LED驱动电路，主要由桥式整流器、Flicker Free电路、Flicker Free线性定电流LED驱动器DS6682及LED灯串所组成，藉由启动图3中的Flicker Free电路，频闪的现象将能被改善，图4所示为在整个交流输入电源的半个周期间，整个LED灯串的电流变动情况。

由图4可得知，当输入电压降到比第一组LED灯串和第二组LED灯串的总顺向电压来的低时，此时Flicker Free电路中的功率开关元件将会导通，让储存在电容CFLK的能量被释放出来使LED灯串持续被点亮，如此即可避免在市电的零交越电压附近，无LED灯串被点亮的现象发生，进而改善频闪的现象。而当CFLK放电到其电压与桥整后的输入电压一样时，此时输入电源开始对CFLK进行充电，当输入电压达到峰值时，CFLK的储能达到最大，而当输入电压过了峰值之后，输入电源就会停止对CFLK进行充电，而随着输入电压的变动，Flicker Free电路将会依序在上述的两种工作模式中动作。

图3 : 可改善频闪现象的高压线性定电流LED驱动电路

图4 : 可改善频闪现象的高压线性定电流LED驱动电路中LED灯串的电流波形 (通道3: 桥整后的电压, 通道4: LED灯串的电流)

可改善频闪现象的驱动电路测试结果

图5所示为在整个交流输入电源的半个周期间，一般的高压线性定电流LED驱动电路中LED灯串的电流与光输出变动情况，由图5可得知，在市电的零交越电压附近，当输入电压比第一组LED灯串的总顺向电压来的低时，此时LED灯串的电流将降为零，将无LED灯串被点亮，使得LED灯串在整个市电周期无法一直有光输出。

图6所示则为在整个交流输入电源的半个周期间，可改善频闪现象的高压线性定电流LED驱动电路中LED灯串的电流与光输出变动情况，在市电的零交越电压附近，当输入电压降到比第一组LED灯串和第二组LED灯串的总顺向电压来的低时，此时DS6682将会使Flicker Free电路中的功率开关导通，让储存在CFLK的能量被释放出来，使得LED灯串在整个市电周期内持续有光输出。

图5 : 高压线性定电流LED驱动电路中LED灯串的电流波形与光输出 (通道1: LED灯串的光输出, 通道4: LED灯串的电流)

图6 : 可改善频闪现象的高压线性定电流LED驱动电路中LED灯串的电流波形与光输出 (通道1: LED灯串的光输出, 通道4: LED灯串的电流)

结论

高压线性定电流的LED驱动电路本身虽然具有电路架构简单、无须使用磁性元件和电解电容、外部元件少、成本低、生产方便与无EMI问题等优势，但其具有频闪的问题，也一直为LED灯具设计者所关注。而近年来，随着人类对照明品质的要求愈来愈高，使得频闪的问题也愈来愈受到重视，因此本文介绍一可改善频闪现象的高压线性定电流LED驱动电路来改善此问题，而所介绍的电路只需多使用到一个功率开关元件、一个电容与一个电阻，即可大幅改善频闪的现象。

(本文作者陈威明为达鑫电子产品应用经理)