引言

與燈泡或螢光管相比，LED不單體積更小，光線放射更具方向性，而且只需低壓直流電即可驅動。IEEE認可的以太網電源(PoE)可以利用標準的以太網電纜來提供電源，并且這些電纜同時可提供網絡服務。PoE供電設備可在長達100米的電纜上利用48VDC來輸送15W的電力。在長電纜末端發放低功率高亮度光線自然非48VDC莫屬。此外，對于LED驅動器而言，采用DC-DC轉換器比起AC-DC轉換器的效果更佳，因為后者需使用更多元件和空間，而且效率亦比較低。事實上，LED和PoE兩者好像是為對方而生。配合PoE再加上高功率的LED，便可誕生出一個無懈可擊的方案。
 
圖 1  PoE LED 燈的原理圖

針對性解決方案

IEEE 802.11af規定在電源處的最高功率為15W。在典型電壓48V下，輸出電流為350mA。

然而，CAT5以太網電纜本身在設計時并沒有預期要做輸電應用，故一般只是采用較細的24線規銅線。因此，長距離的功率損耗(PoE電纜的長度可達100米)可達2W，剩下只有約13W給負載。要解決這個問題就需要使用10個1W的LED來組成一個光源，并用一條12英尺長的CAT5電纜把燈泡連接到電源。這樣，LED的照明效能便可大幅提升，標準的1W器件可發放每瓦50流明的光度，而最好的器件則可每瓦達100流明，并且會不斷改進。

北美LED制造商Cree生產的的1W功率LED在LED的裸片中采用表面貼裝技術，內置了一塊可提供朗伯(lambertian)觀景角度的鏡片和一個具有低熱阻接口的裸片散熱銅套。這些型號為XLamp系列的1W LED器件，現有七種顏色供選擇：紅、紅-橙、黃、綠、青、藍和墨藍，以及三種白色的色溫：冷白(5000K至10000K)、軟白(3500K至5000K)和暖白(2600K至3500K)。PoE “饋電器”是一個供電設備(PSE)，它從以太網電纜提取數據并在閑置的雙絞線上加入電源?？蓮臄导译娦旁O備制造商處購得具備有八個輸出端口的饋電器，因此這個 “方案”下的照明系統特色是：每種顏色均有一個PoE LED燈，在任何給定時間都可以供電給八個LED燈。

電源方案

現今有數家模擬半導體制造商可提供兩種基本的元件來建立一個10W的PoE LED燈，它們是802.11af認可的受電器件(PD)接口和一個高效率的LED驅動器。該PD接口可檢測PSE的以太網電源可用性，并且可以在起動時為涌流限制提供軟起動，也可在備用狀態期間提供電流限制和諸如 “電源良好”的邏輯標識信號，以便告知負載電源己準備發送。圖1為LM5073的電路原理圖，它提供有一個PD接口但不包括任何類型的開關式穩壓控制器。這個設計可自由選用任何的DC-DC轉換器拓樸。
串連成一行的10個LED需要的總電壓范圍由22.5V (AlInGaP紅色和黃色 LEDs的典型正激電壓)至40V (用來正向偏壓InGaN綠、藍和白色LED的最大電壓)。這意味即使在最惡劣的條件下，LED驅動器的輸出電壓都將會比輸入電壓為低，從而允許使用升壓或降壓穩壓器來驅動LED。
VO = n x VF
其中n是串聯LED的數量，VF是LED的正激電壓。

盡管輸出電流只是一個可控制的參數，它卻代表了輸入電壓和輸出電壓之間的關系，并可支配什么樣的DC-DC轉換器拓樸作為設計。多種因素顯示降壓穩壓器比起其他任何類型的開關穩壓器能得出更佳的LED驅動效果，尤其是它的高功率效率和低元件用量。

LED驅動器是一個DC-DC電源，它提取輸入電壓并在一個輸出電壓范圍下提供一個受控的輸出電流。這種做法剛好與傳統的功率DC-DC轉換器相反，因為它們是在一個輸出電流的范圍下提供一個受控的輸出電壓。乍一看，使用在PoE LED燈的開關穩壓器的確與其他降壓穩壓器很相似，它包含有全部所需的主要元件：一個功率開關(內置于電路的N-MOSFET)、一個用作電流再循環的肖特基二極管、一個電感器，以及輸入和輸出電容器。不過，假如深入地觀察便會發現兩者間的分別，正是這個分別促使降壓穩壓器變成一個電流控制LED驅動器。在設計中，LED串鏈取代了上面的反饋分頻器電阻，而在底下的反饋分頻器電阻其實是一個電流傳感電阻器。在這種配置中，輸出電壓會不斷上升直至有足夠的電流流通電流傳感電阻，并令到輸出電壓相當于反饋電壓。假如把LED放置在V0和CS之間，那電流一樣會通過它們。至于輸出電容器，它們會與LED并聯在一起并作用為一個濾波器以降低通過LED的紋波電流。一個降壓LED驅動器可在沒有任何的輸出電容器下運行，在這情況下的電感便只會負責控制LED的紋波電流。對于一些需要嚴格控制紋波電流的應用來說，這會導致所需的電感增加，從而使電感器本身的體積過大。
 
圖2  PoE 燈的內部俯瞰圖

美國國家半導體的LM3402HV是一個專用降壓穩壓器，為LED提供恒定電流，并且可提供超過70V的輸入電壓范圍和超過48V PoE的寬輸入容限。LM3042HV有兩個主要的特點使它不同于系列中其他的穩壓器成員。首先，反饋電壓(CS，用于電流感測)會內部地削減至0.2V，以便將R2內的功耗減至最少。其次，其啟動引腳(DIM)是一個快速邏輯輸入，它只會關閉功率FET。這樣的安排可以盡量減少傳播延遲，并且可在用PWM調光時達到最佳的對比度。