采用LED調光的FET電路設計與波形分析

　　為了達到每秒開(kāi)關(guān)數百次或甚至數千次，以開(kāi)關(guān)穩壓器為基礎的LED驅動(dòng)器，須經(jīng)過(guò)特別的設計考慮。針對標準電源供應而設計的穩壓器一般都會(huì )設計一根“啟動(dòng)”或關(guān)閉接腳，以便供邏輯PWM信號使用，但連帶的延遲tD則頗長(cháng)，這是由于硅芯片的設計強調在響應時(shí)間內維持低停機電流。然而，專(zhuān)用來(lái)驅動(dòng)LED的開(kāi)關(guān)穩壓器則恰好相反，它可在「啟動(dòng)」接腳邏輯低時(shí)，保持內部控制電路的活動(dòng)，以將tD減至最低，而當LED被關(guān)關(guān)時(shí)，則會(huì )面臨較大工作電流的困擾。在使用PWM來(lái)達成光控制優(yōu)化時(shí)，要把轉上（Slew-up）和轉下（Slew-down）延遲維持在最低，這不單為了獲得最佳的對比度，而且還可減少LED花在由0到目標所需的時(shí)間。（在此條件下，并不保證主波長(cháng)或CCT與目標值相同）在這里的標準開(kāi)關(guān)穩壓器將設有一個(gè)軟啟動(dòng)，通常也搭配一個(gè)軟關(guān)閉，而專(zhuān)用的LED驅動(dòng)器會(huì )在其控制之內執行所有工作以減少這些回轉率（Slew Rate）。要降低tSU和tSD，須要同時(shí)從硅芯片的設計和開(kāi)關(guān)穩壓器所采用的拓撲著(zhù)手。

　　具備較快速回轉率的降壓穩壓器，比其他所有的開(kāi)關(guān)拓撲結構在兩個(gè)地方表現更為優(yōu)異，首先降壓穩壓器是唯一可在控制開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)，將功率輸送到輸出端的開(kāi)關(guān)轉換器，此特點(diǎn)使得電壓模式或電流模式PWM（這里不要與PWM調光混淆）的降壓穩壓器之控制回路，比起升壓穩壓器或其他降壓/升壓拓撲更為快速。此外，在控制開(kāi)關(guān)啟動(dòng)期間的功率傳輸能夠輕易改為磁滯控制，使其速度甚至比最佳的電壓模式或電流模式控制的回路更快。其次，降壓穩壓器的電感器在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內都是連接在輸出端，此可確保輸出電流的連續性，也意謂毋須使用輸出電容器。少了輸出電容器后，降壓穩壓器便可成為真正的高阻抗電流源，能夠迅速轉換輸出電壓。邱克型（Cuk）和Zeta轉換器雖可提供連續性輸出電感器，但由于它們的控制回路較慢，效率也較低，因此并非最佳選擇。

　　PWM比“啟動(dòng)”接腳更快

　　即使是一個(gè)沒(méi)有輸出電容器的純磁滯降壓穩壓器，都不足以應付某些PWM調光系統的要求，這些應用需要較高的PWM調光頻率、高對比度度，也就是要求更快速的回轉率和更短暫的延遲時(shí)間。與機械視覺(jué)辨識和工業(yè)檢驗系統搭配應用時(shí)，舉例某些要求高性能的系統，包括液晶（LCD）面板和投影機的背光照明系統，在某些情況下，PWM調光頻率必須被調高到可聽(tīng)頻帶以外的25kHz或更高的頻帶，隨著(zhù)整體的調光周期已縮短至幾微秒內，包括傳導延遲在內，LED電流的上升和下降時(shí)間總和必須縮短至奈秒內。

　　圖3分路FET電路和其波形

　　從一個(gè)沒(méi)有輸出電容器的快速降壓穩壓器著(zhù)手，出現在輸出電流開(kāi)啟和關(guān)閉的延遲，是來(lái)自集成電路本身的傳導延遲和輸出電感器的物理特性。若要達到真正高速的PWM調光，兩個(gè)延遲都須被略過(guò)（By Pass）。要實(shí)現這個(gè)目標，最佳方法就是采用一個(gè)與LED并聯(lián)的電源開(kāi)關(guān)（圖3）。當LED關(guān)閉時(shí)，驅動(dòng)電流便會(huì )分流通過(guò)開(kāi)關(guān)，作用就如同一個(gè)典型的N 型金屬氧化半導體場(chǎng)效晶體管（N-MOSFET），這時(shí)集成電路會(huì )繼續運行，而電感器電流也會(huì )持續流動(dòng)。該方法的最大缺點(diǎn)在于LED關(guān)閉時(shí)，即使期間的輸出電壓下降到與電流感測電壓相同，仍會(huì )浪費功率。

　　利用分路場(chǎng)效應晶體管（FET）來(lái)進(jìn)行調光會(huì )導致輸出電壓出現較為急劇的移位，這使得集成電路的控制回路必須作出響應，以嘗試維持輸出電流的穩定。正如同邏輯接腳調光般，控制回路愈快表示響應愈好，而采用磁滯控制的降壓穩壓器則可提供最佳的回應。