本文總結了工業照明燈具在固定專業類以及固定防爆類的具體要求，分析了傳統開關電源類型驅動器的不足，介紹了交流直接驅動方式的原理與特點，詳細介紹了ACDrv方案響應工業照明領域需求而達到的技術參數。
工業照明燈具的要求
采用LED作為固態照明光源的燈具有達到同樣照度需要的電能更少，比傳統燈具更長的使用壽命的顯著特點，從而達到節能、維護成本低的目的，逐漸在工業照明領域廣泛地應用。
工業照明燈具,主要在石油、化工、鋼鐵、冶金、礦山、消防及燃氣、鐵路、電力、公安、部隊、防汛、潛水救撈和搶險救災等行業已作為工作照明和應急照明普遍使用。 其下分四大類，即固定專業類、固定防爆類、移動專業類和移動防爆類，因規格、性能各異而劃分。本文僅針對固定專業類以及固定防爆類的燈具要求進行分析。
固定專業類：工業廠房按其建筑結構型式可分為單層工業建筑和多層工業建筑。多層工業建筑的廠房一般不是很高，其照明設計多采用常規照明方案。機械加工、冶金、紡織等行業的生產廠房一般為單層工業建筑，并且根據生產的需要，更多的是多跨度單層工業廠房，即緊挨著平行布置的多跨度廠房，各跨跨度視需要可相同或不同。單層廠房在滿足一定建筑模數要求的基礎上視工藝需要確定其建筑寬度(跨度)、長度和高度。廠房的跨度一般為6、9、12、15、18、21、24、27、30、36m……。廠房的長度少則幾十米，多則數百米。廠房的高度低的一般5～6m，高的可達30～40m，甚至更高。廠房的跨度和高度是廠房照明設計中考慮的主要因素。另外多數工業廠房內設有吊車，因此，工廠照明通常采用裝在屋架上的燈具來實現。處在惡劣環境下的生產廠房具有多塵、潮濕、高溫或有蒸汽、振動、煙霧、酸堿腐蝕性氣體或物質、有輻射性物質的環境特點，從而對燈具提出了更高的環境適應度要求。要求如下：
1) 燈具整體質量輕，能夠直接安裝在屋頂。
2) 更高的環境溫度，在夏季高溫季節，燈具附近的溫度可達到60度。
3) 開燈時間廠，大部分廠房24小時連續開燈。
4) 免維護，燈具安裝位置普遍較高，維護成本高。
5) IP防護等級高，部分燈具需要達到IP65等級
固定防爆類：
在有爆炸和火災危險性生產廠房的照明，需要采用防爆類型燈具。由于照明燈具在工作時不可避免地產生電火花或形成熾熱的表面，它們一旦與生產或救援現場的爆炸性氣體混合物相遇，就會導致爆炸事故的發生。防爆燈具是具有防爆性能的一類照明燈具，具有Ex這樣的標志。防爆燈具的密封性能，在結構上進一步采取保護措施等等，國家對防爆燈具有一定的要求。而非防爆燈具都沒有一以上的要求。在進行隔爆燈具的結構設計時，制造者往往重點放在隔爆外殼的外形和強度設計上，而對光源和驅動電源的選擇卻普遍關注不夠。防爆燈具需要符合下列要求：
1） 能防止燈內部可能產生的電弧、火花和高溫引燃周圍環境里的可燃性氣體和粉塵。
2) 更惡劣的工作環境，燈具環境溫度可能超過60度。
3) 免維護，燈具一般安裝在危險區域或高空，一旦損壞，維護成本高。
4) 開燈時間長，大部分連續24小時工作。
5) IP防護等級高。
總結上述兩類燈具的要求，除了外殼的密封等級差別，二者在光源上的要求幾乎完全相同。對燈具設計提出了新的要求，需要一種高可靠性、結構簡單的光源模組，能夠應用在兩種類型的照明燈具中，一方面可以做工業照明燈具在光源上標準化，減少重復開發，以規模化生產來降低生產成本，另一方面可以提高互換性，減少維護成本。采用交流直接驅動的LED模組可以達到上述設計目標。
傳統開關電源類型驅動的不足：
LED燈珠作為半導體器件，其壽命長達50000小時以上，然而燈具的壽命取決于系統整體的壽命。LED燈具有三個核心組成部分LED燈珠、驅動電源、散熱器及結構件。由于熱管理問題導致的散熱不足會引起LED節溫的上升，從而引起光衰的問題，已逐漸得到廠家的重視。但對于驅動電源的不良引起的燈具故障，我們還認識不足。據統計,目前LED白光照明燈具出現的失效故障,70%左右是電源問題,20%左右是線路和結構問題,只有不到10%是LED燈珠的本身質量問題。特別是在工業照明領域，惡劣的工作環境更加劇了驅動電源的故障率。傳統的開關電源式驅動電源，不可避免的需要使用電解電容和變壓器進行能量的儲存和轉換，而電解電容的壽命與其工作溫度呈指數相關關系，電容量由于電解液的蒸發會逐漸下降，其壽命則僅為5000~10000小時。這樣電解電容的短壽命與LED燈珠的長壽命之間有一個巨大的差距，削弱了LED的優勢.電解電容在極低溫度下，例如環境溫度零下30度時，由于內部電解液遇冷凝固，導致驅動電源無法正常工作，燈具不能啟動。因而無電解電容LED驅動解決方案會成為工業照明領域的的最終市場選擇。開關電源類型的驅動電源，在內部會進行頻繁的MOS管開關動作，從而進行能量的傳遞，眾所周知，用于能量轉化的變壓器，不可避免的會產生漏感，漏感產生的能量無處泄放，就會產生高電壓，擊穿絕緣或者產生電弧，這在防爆類型燈具中是需要絕對避免的。一般工業照明領域，所使用的燈具功率都較高，采用傳統開關電源結構，由于內部頻繁的高頻開關動作，會產生很大EMC問題，容易對周圍設備產生電磁干擾，影響設備的正常運轉。同時其復雜的結構，不利于燈具的密封，較大的重量，也使燈具的整體重量增加。
交流直接驅動原理：
如圖1原理圖所示,為220V 40W模組,LED1,LED2,LED3,LED4 表示一組LED串或者高壓HVLED，這里所采用的是晶元50V 45mA高壓大功率燈珠，驅動芯片采用上海酷藍科技的交流直接驅動芯片ACDrv系列,Q1-Q4為耐壓600V的MOS管,其交替工作在完全導通、線性恒流、完全關斷狀態。 對于220V輸入電壓，內部的控制器可以動態適應不同正向電壓的LED串，檢測流經LED串的電流以及電壓，根據芯片的狀態機輪流切換并恒流控制。
圖1 應用原理圖
其工作時序為表1所示
表1 MOS管工作時序表
220V的交流輸入線與整流橋相連，產生全波整流信號波形。
LEDs 和 驅動芯片直接由整流后的AC電壓供電。
LED1 LED2 LED3 LED4 的電流由四個外部采樣電阻R1~R4設置。
當整流后的電壓從0V開始上升時，到達LED1的總串聯Vf值時，芯片內部的狀態機控制電路會打開第一段的LED串，通過控制MOS管的柵極電壓，控制LED1的電流穩定在恒流狀態1。當整流后的電壓繼續上升達到LED1 Vf與LED2的Vf 的和時，芯片內部的狀態機控制電路會關閉第一段的MOS管，打開和控制第二段的MOS管，控制流經LED1 LED2的電流穩定在恒流狀態2。與此對應，隨電壓上升到達到LED1 LED2 LED3總串聯電壓時，內部控制邏輯關斷第二段的MOS管，打開并控制第三段的MOS管，隨后流經LED1 LED2 LED3的電流穩定在恒流狀態3. 當整流后的電壓繼續沿上升達到LED1 LED2 LED3 LED4的Vf和時, 控制邏輯會控制流經LED1 LED2 LED3 LED4的電流穩定在恒流狀態4.
芯片內部的控制電路會檢測輸入電壓與流經每段LED的電流，據此來決定內部狀態機的運作。對LED的Vf正向電壓的選擇沒有限制，但是總的LED串聯電壓需要小于并接近于輸入交流電壓的峰值，對于220V電壓，一般總串聯電壓控制在270-280V為宜。ACDrv系列芯片內部集成了過溫保護、欠壓保護、過壓保護等，經測試可以在環境溫度90下可靠地工作。
