如何選擇LED驅動(dòng)電源的拓撲結構

　　圖5還顯示了備選的降壓穩壓器 （buck #2）。在此電路中，MOSFET 對接地進(jìn)行驅動(dòng)，從而大大降低了驅動(dòng)電路要求。該電路可選 擇通過(guò)監測 FET 電流或與 LED 串聯(lián)的電流感應電阻來(lái)感應 LED 電流。后者需要一個(gè)電平移位電路來(lái)獲得電源接地的信息，但這會(huì ) 使簡(jiǎn)單的設計復雜化。另外，圖5中還顯示了一個(gè)升壓轉換器，該轉換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時(shí)使用。由于 MOSFET 對 接地進(jìn)行驅動(dòng)并且電流感應電阻也采用接地參考，因此此類(lèi)拓撲設計起來(lái)就很容易。該電路的一個(gè)不足之處是在短路期間，通過(guò)電 感器的電流會(huì )毫無(wú)限制。您可以通過(guò)保險絲或電子斷路器的形式來(lái)增加故障保護。此外，某些更為復雜的拓撲也可提供此類(lèi)保護。

　　圖5：簡(jiǎn)單的降壓和升壓型拓撲為LED 供電

　　圖6顯示了兩款降壓-升壓型電路，該電路可在輸入電壓和輸出電壓相比時(shí)高時(shí)低時(shí)使用。兩者具有相同的折衷特性（其中折衷可 在有關(guān)電流感應電阻和柵極驅動(dòng)位置的兩個(gè)降壓型拓撲中顯現）。圖6中的降壓-升壓型拓撲顯示了一個(gè)接地參考的柵極驅動(dòng)。它需要一個(gè)電平移位的電流感應信號，但是該反向降壓-升壓型電路具有一個(gè)接地參考的電流感應和電平移位的柵極驅動(dòng)。如果控制 IC 與負輸出有關(guān)，并且電流感應電阻和 LED 可交換，那么該反向降壓-升壓型電路就能以非常有用的方式進(jìn)行配置。適當的控制 IC，就 能直接測量輸出電流，并且 MOSFET 也可被直接驅動(dòng)。

　　圖6：降壓-升壓型拓撲可調節大于或小于 Vout 的輸入電壓

　　該降壓-升壓方法的一個(gè)缺陷是電流相當高。例如，當輸入和輸出電壓相同時(shí)，電感和電源開(kāi)關(guān)電流則為輸出電流的兩倍。這會(huì ) 對效率和功耗產(chǎn)生負面的影響。在許多情況下，圖7中的“降壓或升壓型”拓撲將緩和這些問(wèn)題。在該電路中，降壓功率級之后是一個(gè) 升壓。如果輸入電壓高于輸出電壓，則在升壓級剛好通電時(shí)，降壓級會(huì )進(jìn)行電壓調節。如果輸入電壓小于輸出電壓，則升壓級會(huì )進(jìn)行 調節而降壓級則通電。通常要為升壓和降壓操作預留一些重疊，因此從一個(gè)模型轉到另一模型時(shí)就不存在靜帶。

　　當輸入和輸出電壓幾乎相等時(shí)，該電路的好處是開(kāi)關(guān)和電感器電流也近乎等同于輸出電流。電感紋波電流也趨向于變小。即使 該電路中有四個(gè)電源開(kāi)關(guān)，通常效率也會(huì )得到顯著(zhù)的提高，在電池應用中這一點(diǎn)至關(guān)重要。圖7中還顯示了 SEPIC 拓撲，此類(lèi)拓撲 要求較少的 FET，但需要更多的無(wú)源組件。其好處是簡(jiǎn)單的接地參考 FET 驅動(dòng)器和控制電路。此外，可將雙電感組合到單一的耦合 電感中，從而節省空間和成本。但是像降壓-升壓拓撲一樣，它具有比“降壓或升壓”和脈動(dòng)輸出電流更高的開(kāi)關(guān)電流，這就要求電容 器可通過(guò)更大的 RMS 電流。

　　圖7：降壓或升壓型以及 SEPIC 拓撲提供了更高的效率

　　出于安全考慮，可能規定在離線(xiàn)電壓和輸出電壓之間使用隔離。在此應用中，最具性?xún)r(jià)比的解決方案是反激式轉換器（請參見(jiàn)圖8）。它要求所有隔離拓撲的組件數最少。變壓器匝比可設計為降壓、升壓或降壓-升壓輸出電壓，這樣就提供了極大的設計靈活性。 但其缺點(diǎn)是電源變壓器通常為定制組件。此外，在 FET 以及輸入和輸出電容器中存在很高的組件應力。在穩定照明應用中，可通過(guò) 使用一個(gè)“慢速”反饋控制環(huán)路（可調節與輸入電壓同相的 LED 電流）來(lái)實(shí)現功率因數校正 （PFC） 功能。通過(guò)調節所需的平均 LED 電 流以及與輸入電壓同相的輸入電流，即可獲得較高的功率因數。

　　圖8：反激式轉換器可提供隔離和功率因數校正功能

　　調光技術(shù)

　　需要對 LED 進(jìn)行調光是一件很平常的事。例如，可能需要調節顯示屏或調節建筑燈的亮度。實(shí)現此操作的方式有兩種：即降低 LED 電流或快速打開(kāi) LED 再關(guān)閉，然后使眼睛最終得到平衡。因為光輸出并非完全與電流呈線(xiàn)性關(guān)系，因此降低電流的方法效率最低。此外，LED 色譜通常會(huì )在電流低于額定值時(shí)發(fā)生改變。請記?。喝藢α炼鹊母兄芍笖当对?，因此調光就需要電流出現更大的百 分比變動(dòng)。因為在全電流下，3% 的調節誤差由于電路容差緣故可在 10% 的負載下放大成 30% 甚至更大的誤差，因此這會(huì )對電路設 計產(chǎn)生重大的影響。盡管存在響應速度問(wèn)題，但通過(guò)脈寬調制 （PWM） 來(lái)調節電流仍更為精確。當照明和顯示時(shí)，需要 100Hz 以上的 PWM 才能使人眼不會(huì )察覺(jué)到閃爍。10% 的脈沖寬度處于毫秒范圍內，并且要求電源具有高于 10 kHz 以上的帶寬。

　　結論

　　如圖9所示，在許多應用中使用 LED 正變得日益普遍。它將會(huì )采用各種電源拓撲來(lái)為這些應用提供支持。通常，輸入電壓、輸出 電壓和隔離需求將規定正確的選擇。在輸入電壓與輸出電壓相比總是時(shí)高時(shí)低時(shí)，采用降壓或升壓可能是顯而易見(jiàn)的選擇。但是，當輸入和輸出電壓的關(guān)系并非如此受抑制時(shí)，該選擇就變的更加困難，需要權衡許多因素，其中包括效率、成本和可靠性。

　　圖9：許多 LED 應用都規定了多種電源拓撲