高效LED驅動(dòng)設計原理

　　圖3量化顯示了疊加于DC輸出電流之上的三角紋波電流所引起的光輸出的減少。在絕大多數情況下，該紋波電流的頻率高于肉眼可以看到的80Hz。并且，肉眼對光線(xiàn)的響應是指數式的，不能察覺(jué)出小于20%的光線(xiàn)減弱。因此，即使LED中出現相當大的紋波電流，也不會(huì )察覺(jué)出光輸出的減少。

圖3　紋波電流對LED光輸出的輕微影響

　　紋波電流也通過(guò)提高功耗而影響LED性能，這可能導致結溫升高，并對LED的使用壽命產(chǎn)生重大影響。

　　圖4量化顯示了由于紋波電流造成的LED功耗的升高。與LED的散熱時(shí)間常量相比，由于紋波頻率較高，因此，高紋波電流(以及高峰值功耗)不會(huì )影響峰值結溫，它是由平均功耗確定的。LED的高壓降如一個(gè)電壓源，因此，電流波形對功耗沒(méi)有影響。不過(guò)，壓降有一個(gè)電阻分量，并且功耗由電阻乘以均方根(RMS)電流的平方確定。

圖4　紋波電流增加了LED的功耗

圖4也闡明了即使在紋波電流較大的時(shí)候，對功耗也沒(méi)有重大影響。例如，50%的紋波電流僅增加不足5%的功率損耗。當大大超過(guò)此水平時(shí)，需要減小電源的DC電流以保持結溫不變，從而維持半導體的使用壽命。經(jīng)驗法則顯示，結溫每降低10%，半導體使用壽命就會(huì )延長(cháng)兩倍。并且，許多設計都傾向于更小的紋波電流，這是因為電感器的限制。絕大多數電感的設計處理能力小于20%的Ipk/Iout紋波電流比率。

典型應用

　　LED中的電流在很多情況下都是由鎮流電阻或線(xiàn)性穩壓器控制的。不過(guò)，本文主要講述的是開(kāi)關(guān)穩壓器。在驅動(dòng)LED時(shí)常用的三種基本電路拓撲為：降壓拓撲結構、升壓拓撲結構以及降壓/升壓拓撲結構。采用何種拓撲結構取決于輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系。
　　在輸出電壓始終小于輸入電壓的情況下，應使用降壓穩壓器，圖5顯示了該拓撲結構。在該電路中，對電源開(kāi)關(guān)的占空比(dutyfactor)進(jìn)行了控制，以在輸出濾波器電感L1上確立平均電壓。當FET開(kāi)關(guān)閉合時(shí)(TPS5430內部)，其將輸入電壓連接到電感器，并在L1中構建電流。D2為環(huán)流二極管(catchdiode)，可提供開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的電流路徑。電感器可對流過(guò)LED的電流起到平滑的作用，該工作可通過(guò)用電阻監控(測量)LED電流，并將電壓與控制芯片內部的參考電壓進(jìn)行比較，最終進(jìn)行調節。如果電流太低，則占空比增加，平均電壓也上升，從而也導致了電流的升高。該電路具有極佳的效率，因為電源開(kāi)關(guān)、環(huán)流二極管以及電流感測電阻上的壓降非常低。

圖5　降壓LED驅動(dòng)器逐步降低輸入電壓

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