詮釋LED電源拓撲如何完美提升LED照明能效

　　降壓升壓的拓撲方式電流相對較高，舉例來(lái)說(shuō)，如果輸入及輸出電壓相同，電感及電源開(kāi)關(guān)電流是輸出電流的兩倍以上，這對效能及功率消耗會(huì )造成負面影響。圖3的「升壓或降壓」拓撲可減輕這些問(wèn)題，在此電路中會(huì )有一個(gè)升壓功率級，之后則有一個(gè)降壓功率級。如果輸入電壓高于輸出電壓，升壓功率級就會(huì )提供電壓調節，而降壓功率級則只傳遞功率。如果輸入電壓低于輸出電壓，則降壓功率級提供電壓調節，升壓功率級傳遞功率。通常降壓及升壓的運作，會(huì )有一些重迭的時(shí)間，因此在變換模式時(shí)不會(huì )出現死區(Dead-band)。

　如果輸入與輸出電壓幾乎相同，則此電路所擁有的有利條件，就是開(kāi)關(guān)與電感電流幾乎等于輸出電流，電感鏈波電流也會(huì )有較少的傾向。即使此電路中有四個(gè)功率開(kāi)關(guān)，通常仍有顯著(zhù)的效能增進(jìn)現象，這是電池應用的關(guān)鍵所在。圖3所顯示的SEPIC拓撲所需的FET較少，但是需要更多被動(dòng)組件。SEPIC拓撲的優(yōu)勢，在于簡(jiǎn)易的接地參考FET及控制電路。此外，雙通道電感可以結合為單耦合電感，節省面積與成本。不過(guò)和降壓升壓拓撲一樣，SEPIC拓撲的開(kāi)關(guān)電流較「降壓或升壓」及脈沖輸出電流為高，需要能處理大量RMS電流的電容器。

　　基于安全考慮，可能會(huì )規定在脫機電壓及輸出電壓之間進(jìn)行隔離。此應用方式下，最節省成本的解決方法就是使用返馳轉換器(圖4)，在所有的隔離拓撲中，這種作法所需要的組件數量最少。變壓器匝數比可用來(lái)對輸出電壓進(jìn)行降壓、升壓或降壓升壓，設計彈性很大，不過(guò)缺點(diǎn)在于電源變壓器基本上是訂制組件。此外，在FET以及輸入和輸出電容器中，也會(huì )有高組件應力的情形出現。應用固定燈光時(shí)，可以使用「慢速」的回饋控制循環(huán)，調節LED電流與輸入電壓同相位的情形，進(jìn)行功率因子校正(PFC)。這樣可以調節所需的平均LED電流，并能調節輸入電流與輸入電壓同相位的情形，以提供高功率因子。

　　LED調光技術(shù)藉PWM降低亮度較佳

　　LED常須要調光，舉例來(lái)說(shuō)，有時(shí)可能須要調整顯示亮度或是建筑照明。有兩種方式可以達到這個(gè)目標，一是降低LED電流，二是快速開(kāi)關(guān)LED讓肉眼平均其亮度。效果最差的方法就是降低電流，因為燈光輸出與電流之間并不是完全的線(xiàn)性關(guān)系。此外，LED的顏色光譜在電流低于最大額定值時(shí)，會(huì )有偏移的傾向。人類(lèi)對亮度的察覺(jué)是一種指數關(guān)系，因此如果要調整亮度，可能須要大幅度改變電流，這對電路設計的影響甚大。因為在最大電流下3%的調節錯誤，可能會(huì )因為電路容忍度，在10%的負載時(shí)出現30%以上的錯誤。藉由脈沖寬度調變(PWM)影響電流而降低亮度，是比較正確的作法，不過(guò)仍然有反應速度的問(wèn)題。在照明或顯示時(shí)，須要使用100Hz以上的脈沖寬度調節，人類(lèi)眼睛才不會(huì )察覺(jué)到閃爍的情形。10%的脈沖寬度是在毫秒范圍之中，因此電源供應的帶寬需要大于10kHz。

　　針對不同LED應用各種電源拓撲應運而生

　　如同表2所示，LED已廣泛運用于各領(lǐng)域，因此需要許多種類(lèi)的電源拓撲，支持LED的應用。一般而言，必須考慮輸入電壓、輸出電壓及對隔離的需求，以做出適當選擇。

　　如果輸入電壓一定大于或小于輸出電壓，選擇就很明確，一定是降壓或升壓。但如果彼此關(guān)系并不明確，便不易做出選擇，有非常多的折沖作法，包括效能、成本以及可靠性等等。