讓LED更高效的驅動(dòng)設計

　　為每一個(gè)功率級都構建一個(gè)簡(jiǎn)單的P-Spice模型，以闡明每一功率級控制特性的區別。降壓功率FET和二極管的開(kāi)關(guān)動(dòng)作建模為壓控電壓源，增益為10，而LED則建模為與6V電壓源串聯(lián)的3Ω的電阻。在LED和接地之間添加了一個(gè)1Ω的電阻，用于對電流進(jìn)行檢測，圖10顯示了其結果。在電路A中，該響應就是穩定的一階系統的響應。DC增益由壓控電壓源（LED電阻和電流檢測電阻構成的分壓器）確定，系統的極性由輸出電感和電路電阻決定，補償電路則簡(jiǎn)單地由類(lèi)型2放大器構成。電路B由于增加了輸出電容，因此有二階響應。若LED的紋波電流過(guò)大并達到難以接受的程度，則可能需要該輸出電容，這是由于EMI或熱量等問(wèn)題的出現造成的。DC增益與第一個(gè)電路一樣。不過(guò)，在輸出電感和電容確定的頻率處有一對復極點(diǎn)。

　　濾波器的總相移為180度。若沒(méi)有很好地設計補償電路，可能會(huì )導致系統不穩定。補償電路的設計與傳統電壓模式電源相類(lèi)似，傳統電壓模式電源要求有一個(gè)類(lèi)型3的放大器。與電路A相比，該補償電路增加了兩個(gè)組件以及一個(gè)輸出電容。在電路3中我們對輸出電容進(jìn)行了重定位，以便更容易對電路進(jìn)行補償。LED的紋波電壓與電路B類(lèi)似，所不同的是電感的紋波電流流過(guò)電流檢測電阻R105。因此在計算功耗時(shí)也要考慮到這一部分功耗。該電路有一個(gè)零點(diǎn)，一對極點(diǎn)，并且其補償設計與電路A差不多簡(jiǎn)單，DC增益也與前兩個(gè)電路相同。該電路的電容和LED串聯(lián)電阻引入了一個(gè)零極，并擁有兩個(gè)極點(diǎn)，一個(gè)由輸出電容和電流檢測電阻確定；另一個(gè)則由電流檢測電阻和輸出電感確定。在高頻率時(shí)，其響應與電路A一樣。

圖10 電位濾波器的增益和相位圖

　　5 調光

　　通常，我們需要對LED進(jìn)行調光。例如，您需要調低顯示器或建筑照明的亮度。實(shí)現上述目標有兩種方法：您既可以降低LED的電流，也可以快速地開(kāi)關(guān)LED。效率最低的方法是降低電流，因為光輸出并不完全與電流呈線(xiàn)性，并且LED的色譜往往是在電流小于額定值時(shí)才會(huì )發(fā)生變化。請不要忘記，人們對亮度的感知是指數式的，因此調光可能需要對電流進(jìn)行很大更改，這對電路設計會(huì )造成很大的影響?？紤]到電路的容差，滿(mǎn)負載電流值工作時(shí)3%的調節誤差可以造成10%負載時(shí)的30%或更高的誤差。通過(guò)電流波形的脈寬調制（PWM）進(jìn)行調光更為準確，盡管這種方法存在響應速度問(wèn)題。在照明和顯示器應用上，PWM需要高于100Hz的頻率，以使肉眼感覺(jué)不到閃爍。10%的脈沖寬度在毫秒范圍內，并要求電源的帶寬大于10kHz，此項工作可以通過(guò)圖9（A與C）中簡(jiǎn)單的環(huán)路輕松地完成。圖11闡明了帶PWM調光功能的降壓功率級電路。在本例中，LED輕松地閉合/斷開(kāi)電路。通過(guò)這種方式，控制環(huán)路總是處于激活狀態(tài)，并實(shí)現了極快的瞬態(tài)響應（請參見(jiàn)圖12）。

圖11 Q1用于對LED電流進(jìn)行脈寬調制

圖12 PWM技術(shù)可實(shí)現亞微秒的LED開(kāi)關(guān)速度

　　6 結語(yǔ)

　　LED的應用和前景我們都有目共睹，但在實(shí)際生活中仍存在不少問(wèn)題，需要去解決。在汽車(chē)應用中，由于對可靠性和安全性的要求非常高，LED器件就得到了最大程度的應用。車(chē)載電氣系統對電源質(zhì)量要求很高，因此，必須設計保護電路避免在電壓超過(guò)60V時(shí)出現“拋負載”現象。建筑照明LED的電源設計問(wèn)題也很多，由于其經(jīng)常是離線(xiàn)式運行，因此需要進(jìn)行功率因數校正，以及對電流和亮度的控制。另外，LED正被廣泛地整合到投影和電視等產(chǎn)品中，此類(lèi)產(chǎn)品要求快速的響應、控制良好的電流、以及完美的開(kāi)關(guān)控制，這些都給設計人員提出了新的挑戰，也就意味著(zhù)LED將趨向更廣闊的市場(chǎng)。