在講究節能減碳與環保意識抬頭的21世紀，節能、省電、高效、環保、壽命長的LED(Light-Emitting Diode)照明燈具正逐漸地取代傳統的白熾燈與螢光燈，成為平民百姓家的民生必需品，並帶來十分大量的市場需求。而目前市面上室內LED照明燈具的驅動電路主要有阻容壓降式的LED驅動電路、切換式的定電流LED驅動電路以及高壓線性定電流的LED驅動電路。其中切換式的定電流LED驅動電路為目前室內LED照明燈具使用最多的驅動電路，然而近年來隨著高壓LED燈珠相關技術的快速發展，使得非隔離的高壓線性定電流LED驅動電路技術已經慢慢成為LED光源驅動電路的新熱點。

切換式的定電流LED驅動電路主要是由Buck 轉換器或Flyback轉換器所延伸發展出來的LED驅動電路，其電路本身較為複雜，且須使用到變壓器、電感器和電解電容器；反之，非隔離的高壓線性定電流LED驅動電路其本身則不須使用到變壓器、電感器和電解電容器，因此相較於切換式的定電流LED驅動電路，高壓線性定電流的LED驅動電路本身具有電路架構簡單、外部離散元件少、成本低廉等優勢，且其電路本身不需要使用到插件式的磁性元件與電解電容，所以在產品的生產製造上可採用全SMD的方式生產，使得高壓線性定電流的電路架構非常適合用來作為平價的室內LED燈或光電一體化LED照明模組中的LED驅動電路。

Flicker Free高壓線性定電流LED驅動電路

圖1所示為一般的高壓線性定電流LED驅動電路，主要由橋式整流器、線性定電流LED驅動器達鑫電子DS6636及LED燈串所組成，IC本身會依據不同的輸入電壓大小，來自動控制LED燈串被點亮的數目，而在整個交流輸入電源的半個週期間，驅動電路將會動作在五個不同的操作模式。首先，當輸入電壓低於第一組LED燈串(LED String 1)的總順向電壓時，此時驅動電路工作在第一種操作模式。

在這段期間，無LED燈串被點亮；接著當輸入電壓上升到比第一組LED燈串的總順向電壓高，但比第一組LED燈串和第二組LED燈串(LED String 2)的總順向電壓低時，此時驅動電路將會進入第二種操作模式，在這段期間，驅動IC將會以最低的定電流IS1來驅動第一組LED燈串；接著當輸入電壓上升到比第一組LED燈串和第二組LED燈串的總順向電壓高，但比第一組LED燈串、第二組LED燈串和第三組LED燈串(LED String 3)的總順向電壓低時，IC將會以次高的定電流IS2來驅動第一組LED燈串與第二組LED燈串，此時驅動電路將工作在第三種操作模式。

接著當輸入電壓上升到比第一組LED燈串、第二組LED燈串和第三組LED燈串的總順向電壓高，但比整個LED燈的總順向電壓低時，此時驅動電路將會進入第四種操作模式，在這段期間，IC將會以第三高的定電流IS3分別來驅動第一組LED燈串、第二組LED燈串和第三組LED燈串，最後當輸入電壓上升到比整個LED燈的總順向電壓高時，將會以最高的定電流IS4分別來驅動第一組LED燈串、第二組LED燈串、第三組LED燈串和第四組LED燈串(LED String 4)，此時驅動電路將工作在第五種操作模式。因此，隨著輸入電壓的變動，LED驅動電路將會依序在上述的五種操作模式中動作；而在整個交流輸入電源的半個週期間，整個LED燈串的電流變動情況，則如圖2所示。

圖1 : 高壓線性定電流LED驅動電路

圖2 : 高壓線性定電流LED驅動電路中LED燈串的電流波形 (通道1: 橋整後的電壓, 通道4: LED燈串的電流)

由圖2可得知，當使用高壓線性定電流的LED驅動電路來驅動LED燈串時，在市電的零交越電壓附近，一旦輸入電壓比第一組LED燈串的總順向電壓來的低時，此時LED燈串的電流將降為零，LED燈串將不會被點亮，導致LED燈串在整個市電週期無法一直持續被點亮，進而發生兩倍市電頻率100Hz 或120Hz的頻閃現象 (Flicker)。

雖然此現象通常肉眼不易察覺，但經由研究報告指出，當使用數位相機對著有頻閃現象的LED光源曝光並拍照時，輸出的照片將會有不討喜的黑色條紋出現。有鑑於此，本文提出一可改善頻閃現象的高壓線性定電流的LED驅動器來改善此問題。圖3為本文所提出的可改善頻閃現象的高壓線性定電流LED驅動電路，主要由橋式整流器、Flicker Free電路、Flicker Free線性定電流LED驅動器DS6682及LED燈串所組成，藉由啟動圖3中的Flicker Free電路，頻閃的現象將能被改善，圖4所示為在整個交流輸入電源的半個週期間，整個LED燈串的電流變動情況。

由圖4可得知，當輸入電壓降到比第一組LED燈串和第二組LED燈串的總順向電壓來的低時，此時Flicker Free電路中的功率開關元件將會導通，讓儲存在電容CFLK的能量被釋放出來使LED燈串持續被點亮，如此即可避免在市電的零交越電壓附近，無LED燈串被點亮的現象發生，進而改善頻閃的現象。而當CFLK放電到其電壓與橋整後的輸入電壓一樣時，此時輸入電源開始對CFLK進行充電，當輸入電壓達到峰值時，CFLK的儲能達到最大，而當輸入電壓過了峰值之後，輸入電源就會停止對CFLK進行充電，而隨著輸入電壓的變動，Flicker Free電路將會依序在上述的兩種工作模式中動作。

圖3 : 可改善頻閃現象的高壓線性定電流LED驅動電路

圖4 : 可改善頻閃現象的高壓線性定電流LED驅動電路中LED燈串的電流波形 (通道3: 橋整後的電壓, 通道4: LED燈串的電流)

可改善頻閃現象的驅動電路測試結果

圖5所示為在整個交流輸入電源的半個週期間，一般的高壓線性定電流LED驅動電路中LED燈串的電流與光輸出變動情況，由圖5可得知，在市電的零交越電壓附近，當輸入電壓比第一組LED燈串的總順向電壓來的低時，此時LED燈串的電流將降為零，將無LED燈串被點亮，使得LED燈串在整個市電週期無法一直有光輸出。

圖6所示則為在整個交流輸入電源的半個週期間，可改善頻閃現象的高壓線性定電流LED驅動電路中LED燈串的電流與光輸出變動情況，在市電的零交越電壓附近，當輸入電壓降到比第一組LED燈串和第二組LED燈串的總順向電壓來的低時，此時DS6682將會使Flicker Free電路中的功率開關導通，讓儲存在CFLK的能量被釋放出來，使得LED燈串在整個市電週期內持續有光輸出。

圖5 : 高壓線性定電流LED驅動電路中LED燈串的電流波形與光輸出 (通道1: LED燈串的光輸出, 通道4: LED燈串的電流)

圖6 : 可改善頻閃現象的高壓線性定電流LED驅動電路中LED燈串的電流波形與光輸出 (通道1: LED燈串的光輸出, 通道4: LED燈串的電流)

結論

高壓線性定電流的LED驅動電路本身雖然具有電路架構簡單、無須使用磁性元件和電解電容、外部元件少、成本低、生產方便與無EMI問題等優勢，但其具有頻閃的問題，也一直為LED燈具設計者所關注。而近年來，隨著人類對照明品質的要求愈來愈高，使得頻閃的問題也愈來愈受到重視，因此本文介紹一可改善頻閃現象的高壓線性定電流LED驅動電路來改善此問題，而所介紹的電路只需多使用到一個功率開關元件、一個電容與一個電阻，即可大幅改善頻閃的現象。

(本文作者陳威銘為達鑫電子產品應用經理)