传统上，发光二极体（LED）大都只被用来作为指示灯号与霓虹灯饰。然而，近年来，随着白光型发光二极体（WLED）相关技术的快速发展，以及白光型发光二极体生产成本下降，加上白光型发光二极体本身具有轻薄短小、省电、色彩饱和度佳、寿命长与符合环保等有优点，使得白光型发光二极体已被广泛地运用于照明与背光源领域，包括建筑照明、汽车照明、路灯、可携式的照明、照相手机的闪光灯与液晶显示器（LCD）的背光源…等，成为呼声最高的次世代照明光源与背光源。

由于白光型发光二极体的亮度是取决于其流过的顺向电流大小，且其特性亦如同一般的二极体般，当以较小的顺向电流来驱动发光二极体时，其顺向电压将较为低；反之，当以较高的顺向电流来驱动发光二极体时，则会有较高的顺向电压。此外，随着温度的上升，白光型发光二极体的顺向电压也会产生数百毫伏特的反相变化。因此在LED照明的应用中，如何设计合适的驱动电路，来控制流过发光二极体的顺向电流，使发光二极体产生所需的亮度，是一相当具有挑战性的课题。

LED使用类型与驱动电路架构

在LED照明的应用中，LED的使用类型大致上分成两种，一种为使用低顺向电压高顺向电流的LED，如每个顺向电流为350mA或700mA的LED；另一种则为使用高顺向电压低顺向电流的LED，如使用数十个甚至数百个低功率的LED串联。由于这两种类型间具有颇大的差异，因此所使用的LED驱动电路架构也极为不同。目前对于低顺向电压高顺向电流的LED，大都以交换式转换器（Switching Converter）的驱动电路架构为主，而对于高顺向电压低顺向电流的LED，常见的LED驱动电路架构则有底下三种类型：（1）使用限流电阻的电路架构、（2）使用定电流二极体（CRD）的电路架构、（3）使用交换式转换器的电路架构。其中限流电阻的电路架构主要是透过串联的电阻来调节流过LED的顺向电流，如图1（A）所示，因此不需额外的储能元件，使得电路本身相当简单，且具有体积小、成本低廉等优势，但相对的其有LED电流会随输入电压变动而有所变动，无法维持在固定值的缺点，且LED灯只有在输入电压大于本身的顺向电压的情况才能被驱动。而定电流二极体的电路架构主要则是透过串联的输出元件（series-pass element）来调节流过LED的顺向电流，如图一（B）所示，此种电路架构亦拥有限流电阻的电路架构所具备的优势，且可改善限流电阻电路架构中LED电流会随输入电压变动而变动，无法维持在固定值的缺点，但此种电路架构亦会面临到LED灯只有在输入电压大于本身的顺向电压的情况才能被驱动的问题。反之，交换式转换器的电路架构则不会有此限制，因其有不同的电路类型，能满足输入电压是大于、小于或等于输出电压的任何情况。然而交换式转换器的电路架构则需要使用磁性元件来达成能量的传递，如图一（C）所示，因此跟限流电阻的电路架构或定电流二极体的电路架构比较起来，其整体的电路成本将相对的较高，且体积将较庞大。

目前对于高顺向电压低顺向电流的LED，当应用于低输出功率的情况，例如小于5W的球泡灯…等，由于体积与价格的考量，已经有愈来愈多的厂商采用定电流二极体的电路架构，然而采用此种电路架构，最常遇到的问题就是只有在输入电压大于LED顺向电压的情况，才能够驱动LED，因此输入为交流电源时，当串联的LED颗数较多时，将会造成LED只有在输入电压的峰值附近，才会被驱动，使LED灯有效被点亮的时间被缩短，如此将会大大地降低LED灯的总输出流明，为改善此一问题，一般可藉由减少LED的串接颗数来增加LED灯有效被点亮的时间，或是增加LED的电流来提升LED灯的总输出流明。然而减少LED的串接颗数，将会造成驱动电路本身的功耗太大，降低整体电路的转换效率，增加驱动电路本身的操作温度，导致必须对驱动电路的散热做特别的处理；而增加LED的电流则可能会对LED灯过流操作，进而可能会影响LED的使用寿命。有鉴于此，本文提出一离线式的线性LED驱动器来改善此问题。

《图一 能量传递方式》

离线式定电流LED驱动电路

图2所示为本文所提出的离线式定电流LED驱动电路，主要由桥式整流器、离线式线性LED驱动器及LED灯所组成，由于驱动电路中并没有使用到电解电容，因此不会有因为电解电容使用寿命的限制而导致驱动电路使用寿命降低的问题。驱动电路中，AIC6600为离线式线性LED驱动器，其可用来驱动由多个LED灯串串接在一起所组成的LED灯，AIC6600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，因此在输入电源的电压比Main LED灯串的顺向电压高的期间，随着输入电压的变动，Main LED灯串、S1 LED灯串和S2 LED灯串将会陆续被AIC6600驱动。而图三所示为在交流输入电源的半个周期内，LED灯的电流变动情况，当输入电源的电压上升到比Main LED灯串的顺向电压高时，AIC6600就会以一固定的电流来驱动LED灯。

由于所提出的离线式定电流LED驱动电路，主要是让驱动电路在输入电压较低的时候就可以开始驱动部分的LED灯串，使LED灯在整个交流电源周期里被点亮的时间增加，因此在不增加LED灯电流的情况下，就可以提升LED灯的总输出流明。由于本文所提出的驱动电路并不会对LED灯过流操作，因此对LED灯的使用寿命并不会有影响。

《图二 脱机式定电流LED驱动电路》

《图三 LED灯的电流波形》

由于目前单颗AIC6600的最大输出电流为35mA，当遇到AIC6600的输出能力不能符合需求时，则可藉由将多颗AIC6600加以并联来提升驱动电路的输出能力，图四所示为将两颗AIC6600并联用来驱动60mA的LED灯的应用电路。

《图四 AIC6600的并联应用》

此外，本文所提出的离线式定电流LED驱动电路亦可搭配TRAIC调光器来对LED灯进行调光的操作，图五与图六为TRAIC调光器的导通角分别为60度与120度时，输入电流和LED电流的波形图，随着导通角的增加，LED灯的电流将会随之减少。

《图五 导通角为60度》

《图六 导通角为120度》

结语

本文提出一新型的离线式定电流LED驱动电路来克服使用限流电阻的电路架构或定电流二极体的电路架构所遭遇到的问题，所提出的电路架构在输入电压较低的时候就会开始驱动部分的LED灯串，来增加LED灯有效被点亮的时间，进而提升LED灯的总输出流明，且本文所提出的驱动电路亦如同限流电阻的电路架构或定电流二极体的电路架构一样，具有体积小、成本低廉的优势。