僅僅在美國，估計就有超過1億5千萬個白熾或鹵素燈泡搭配的家用調光器直接利用橋接於市電下電源電壓運作。LED燈泡理想上應該要能安裝於既有的插座，並在成本不會過高的情況下提供穩定、無閃爍和反光的照明體驗，而固態照明產業至今仍在持續奮戰，要讓LED技術能快速適用於現有已安裝的調光器。燈具必需與相位切換調光器（phase-cut dimmer）一起搭配運作，無論是TRIAC（交流矽控整流器，triode-alternating-current）或是數位調光器，以保持調光功能正常運作並提供自然的調光體驗。

設計研發人員知道調光器相容性是個挑戰，但是有些設計工程師可能不了解驅動器相容性和燈泡壽命之間的關聯性。

TRIAC 調光器需要最小保持電流來正常運作，而這個保持電流會因不同的TRIAC調光器而有明顯不同。為確保TRIAC廣泛的相容性，LED燈泡就需汲取較驅動器本身操作所需更大的最小基本工作電流。大部分現有的固態照明LED驅動器會透過一個主動或被動分壓電路來汲取較高的保持電流，而這會導致效率降低及產生過量的熱，因而引發散熱方面的問題。由於過量的熱，燈泡可能得被封起來，此外，無論是主動或被動，分壓電壓都需要額外的元件，這就導致燈泡的成本及複雜度都會提高。理想的解決方案是要能夠和幾乎所有的調光器一起運作，且必需不增加額外元件，以降低系統成本及複雜度，同時又能改善燈泡效能及操作壽命。

消費者希望LED燈泡能相容於他們既有、已安裝的調光器，所以，如果新型固態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光器，且它們必需提供出色的調光效能。既有的TRIAC和數位調光器只有一個共通點，就是它們的特性幾無相似之處。這讓LED驅動器的工作顯得分外困難。不只是要無縫橋接既有的調光基礎架構，還得要有效率的運作並提供燈泡的長壽命（至少25,000小時）。這是個困難的任務。

TRIAC裝置需有最小電流讓他們保持運作。這個「保持電流」 會因製造商的不同而有很大的不同。圖一顯示來自五種不同TRIAC的保持電流範例。電流的尖峰顯示LED驅動器需自TRIAC汲取，以確保所有這五個TRIAC都能和此燈具設計共同運作的最小電流。白熾燈泡能與TRIAC一起運作得很好，這是因為它們是純電阻性的，能汲取大量的電流，大到足以和市場上的任何TRIAC一起運作。

圖一 : TRIAC保持電流的五種模式

在低相位角，由於電流汲取實在太低了，所以如果基本工作最小電流並不總是能夠被滿足，這會導致TRIAC失去功能、視覺閃爍或甚至電壓下降，而在試圖變暗以維持低照明水準時，光輸出會驟然停止。針對這個問題，現有的LED驅動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分壓電阻，自TRIAC輸出持續汲取電流（圖二），以確保 TRIAC總是能有足夠電流來維持正常運作。這樣的負載對於LED燈泡的效率會造成很大的影響，但是更嚴重的是，這會產生大量的熱。LED燈泡需要減少熱的產生，這對於LED燈泡的長壽命而言是很關鍵的設計因素。LED在高溫下可以運作25,000-50,000小時，這不是問題，然而，這對電路中的其他元件而言就是完全不同的問題了。 例如，大容量電解電容在高溫下運作時，壽命會明顯降低許多。操作溫度每上升10°C，電解電容的壽命就會減少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，也會造成LED燈具壽命的縮短。

圖二 : 被動及主動分壓電路

第二種解決方案就是採用主動分壓電路，如此可以動態汲取TRIAC的電流以維持運作（圖二）。這其中的概念就是唯有在汲取自實體LED的電流太低時，才會啟動分壓電路。這種做法的好處就是能撤掉總是會消耗輸入電流的被動負載，進一步提升效能並減少熱能產生。然而，主動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昂貴。效率的確有所改善，但是主動分壓電路的本質無異於被動分壓電路：它還是保持汲取自TRIAC的最小電流，藉由消耗功率並產生熱的方式來維持。即使功耗損失低於被動電路，但問題依然存在。熱能的產生、大量的元件及電路的複雜度等，導致主動分壓電路不符合期望。

相對於消耗必要電流以維持TRIAC正常運作，取而代之地，此問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，但是數位控制技術就能實現複雜的動態控制方法，能夠更有智慧地使用維持傳統調光器正常運作所需的電力。

圖三所示是一個典型的電路應用範例，這個非隔離型LED驅動電路採用Dialog Semiconductor提供的 iW3688。這個裝置示範數位核心如何實現低成本解決方案，且擁有廣泛的調光器相容性。

iW3688的核心技術是僅使用一個外部FET（場效應電晶體）就能執行多種功能。它使用單一相同的開關去維持TRIAC調光器的正常運作，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線圈。不再需要使用輔助線圈來供電給控制器本身，這讓設計工程師得以針對非隔離型應用選擇採用低成本的現成電感，而當此應用需使用隔離型方案時，設計人員可以採用標準型返馳變壓器。相對於只是消耗額外電流以維持輸入端TRIAC正常運作，取而代之地， iW3688可以實現輸入電流的動態管理，如此一來， 為了保持TRIAC正常運作所需的任何額外電流，若還未被主功率轉換級所汲取，則會被用於內部，而不只是以熱能的形式被浪費掉。這些數位核心技術可以監測所有重要電壓及電流，讓控制器可以動態調節主功率FET於不同的工作模式以接受所有這些不同的任務。藉由除去被動或主動額外分壓電路及磁性元件的輔助線圈，這樣的架構可以大幅減少額外部元件，還能節省電力，更重要的是能減少熱能產生，如此就不用採用昂貴的封閉做法，避免LED燈具成本因此上升。

圖三 : iW3688數位LED驅動器具有TRIAC/數位調光器相容性

隨著每一代數位電源管理新技術的出現，功能都更為強大，而設計工程師也享有更多的自由，能做到以往在類比獨大的世界中做不到的事。固態照明大幅受惠於數位技術，促使低成本燈具能直接安裝於採用傳統調光器的家庭環境中，為消費者帶來自然、多樣的調光體驗。

（本文作者Hubie Notohamiprodjo 任職於Dialog Semiconductor固態照明產品行銷協理）

註釋

美國電器製造商協會（NEMA）。替代白熾燈的固態照明 – 最佳的調光方法（LSD 49-2010）。美國電器製造商協會（National Electronic Manufacturers Association, NEMA），固態照明及照明控制章節。