高效LED驱动设计原理

图4也阐明了即使在纹波电流较大的时候，对功耗也没有重大影响。例如，50%的纹波电流仅增加不足5%的功率损耗。当大大超过此水平时，需要减小电源的DC电流以保持结温不变，从而维持半导体的使用寿命。经验法则显示，结温每降低10%，半导体使用寿命就会延长两倍。并且，许多设计都倾向于更小的纹波电流，这是因为电感器的限制。绝大多数电感的设计处理能力小于20%的Ipk/Iout纹波电流比率。

典型应用

　　LED中的电流在很多情况下都是由镇流电阻或线性稳压器控制的。不过，本文主要讲述的是开关稳压器。在驱动LED时常用的三种基本电路拓扑为：降压拓扑结构、升压拓扑结构以及降压/升压拓扑结构。采用何种拓扑结构取决于输入电压和输出电压的关系。
　　在输出电压始终小于输入电压的情况下，应使用降压稳压器，图共模电感5显示了该拓扑结构。在该电路中，对电源开关的占空比(dutyfactor)进行了控制，以在输出滤波器电感L1上确立平均电压。当FET开关闭合时(TPS5430内部)，其将输入电压连接到电感器，并在L1中构建电流。D2为环流二极管(catchdiode)，可提供开关断开时的电流路径。电感器可对流过LED的电流起到平滑的作用，该工作可通过用电阻监控(测量)LED电流，并将电压与控制芯片内部的参考电压进行比较，最终进行调节。如果电流太低，则占空比增加，平均电压也上升，从而也导致了电流的升高。该电路具有极佳的效率，因为电源开关、环流二极管以及电流感测电感厂家电阻上的压降非常低。

　　当输出电压总是比输入电压大时，最好采用升压转换电路，如图6所示。该电路的U1有一个带有控制电子器件的高度集成的电源开关。当开关闭合时，电流流过电感器到接地。当开关断开时，U1的引脚1电压会升高，直到D1导通。然后电感器放电，电流进入输出电容器(C3)和LED串。在绝大多数应用中，C3通常用于平滑LED电流。如果没有C3，则LED电流将是断断续续的。也就是说，它会在零和电感电流之环型线圈电感器间切换，这会导致LED热量增加(从而缩短使用寿命)，亮度减少。在前面的例子中，LED一体电感的电流是通过一个电阻感测的，并且占空比会发生相应的变化。请注意，本拓扑存在一个严重的问题，即它没有短路保护电路。若输出短路，则会有较大的电流通过电感器和二极管，从而导致电路失效，或者输入电压崩溃。

　　许多时候输入电压范围变化很大，可以高于或低于输出电压，此时降压拓扑和升压拓扑结构就不起作用了。并且，可能在升压应用中需要短路保护。在这些情况下，就需要使用降压/升压拓扑结构(见图7)。当电源开关闭合、电感器有电流通过时，该电路就相当于升压电路;当电源开关断开时，电感器开始放电，电流进入输出电容和LED。不过，输出电压不是正的，而是负的。此外，请注意本拓扑中不存在升压转换电路中出现的短路问题，因为其通过使电源开关Q1开路，提供了短路保护功能。该电路的另一个特性是，虽然它是一个负的输出，但并不需要对传感电路的电平进行切换。在本设计中，控制芯片接地到负的输出，并且可直接测量电流感测电阻R100上的电压。尽管本例中仅显示了一个LED，但是通过串联可以连接许多LED。电压的上限是控制芯片的最大额定电压;输入电压加上输出电压的和不能超过该限值。

关闭控制环路

　　关闭LED电源上的电流环路比关闭传统电源上的电压环路简单。环路的复杂性取决于输出滤波器的配置。图8显示了三种可能的配置：只有一个简单电感器的滤波器(A);一个典型的电源滤波器(B);以及一个修正后的滤波器(C)。

　　为每一个功率级都构建一个简单的P-Spice模型，以阐明每一功率级控制特性的区别。降压功率FET和二极管的切换建模为电压控制的电压源，增益为10dB，而LED则建模为与6V电压源串联的3W电阻。在LED和接地之间添加了一个1W的电感生产厂家电阻，用于对电流进行感测。在电路A中，该响应来自稳定的一阶系统。DC增益由电压控制的电压源确定，LED电阻和电流感测电阻构成了分压器，系统的极性由输出电感和电路电阻决定，补偿电路则由类型2放大器构成。电路B由于增加了输出电容，因此有二阶响应。若LED的纹波电流过大并达到难以接受的程度，则可能要求该输出电容工作，这是由于EMI或热量等问题的出现造成的。DC增益与第一个电路一样。不过，在输出电感和电容确定的频率处有一对复极点。

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