驅(qū)動(dòng) LED：拓?fù)溥x擇很重要
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我描述了LED 驅(qū)動(dòng)器中常見(jiàn)的 DC/DC 拓?fù)洹祲夯蚪祲悍€(wěn)壓器。發(fā)光二極管（HB- led）在每封裝流明輸出和光效（efficacy，單位為流明/瓦或lm/W）方面的性能快速提升。商用的1WLED已提供有冷色溫LED（色溫 5000K）的每封裝流明輸出超過(guò)100流明，光效達(dá)100lm/W，而相同功率等級(jí)的暖色溫白光LED（色溫3000至3500K）也超過(guò)了70到80 流明。
LED驅(qū)動(dòng)電路的其中一項(xiàng)主要功能是在多種工作條件下穩(wěn)流，而不論輸入條件如何及正向電壓如何變化。驅(qū)動(dòng)電路必須符合能效、電容容限、外形因數(shù)、成本及安全性方面的應(yīng)用要求。與此同時(shí)，所選的方法必須易用及足夠強(qiáng)固，從而適應(yīng)特定應(yīng)用的極端環(huán)境。有幾種不同的穩(wěn)流方法。
采用固定電壓電源供電的電阻是最簡(jiǎn)單、最低成本的穩(wěn)流方法。實(shí)際上，它們并不穩(wěn)流，只是在LED正向電壓變化及源電壓變化并導(dǎo)致電流變化從而引起亮度變異時(shí)，簡(jiǎn)單地限制最大電流。對(duì)于低電流指示器應(yīng)用而言，這可能可以接受，但隨著電流增大及串聯(lián)的LED數(shù)量增加，就變得有問(wèn)題了。要克服這個(gè)問(wèn)題，需要費(fèi)錢又費(fèi)時(shí)地對(duì)LED進(jìn)行編碼及選擇恰當(dāng)?shù)碾娮鑱?lái)匹配LED串正向電壓。即使采取這些步驟，仍然會(huì)有由輸入電壓變化導(dǎo)致的亮度變化問(wèn)題。
在這篇文章中，我將討論一些在驅(qū)動(dòng) LED 中也很常見(jiàn)的其他 DC/DC 拓?fù)洹?a href="/tags/升壓轉(zhuǎn)換器" target="_blank">升壓轉(zhuǎn)換器、升壓輸入轉(zhuǎn)換器和單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC)，如圖 1 所示。
升壓轉(zhuǎn)換器提供始終高于輸入電壓的輸出電壓。升壓輸入轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)類似于升壓轉(zhuǎn)換器，負(fù)載連接在轉(zhuǎn)換器輸出和輸入端口之間。SEPIC 提供相對(duì)于地的輸出電壓，該電壓可以低于或高于輸入電壓。SEPIC 由一個(gè)耦合電感器和一個(gè)電容器組成，而不是像升壓或升壓至輸入轉(zhuǎn)換器那樣的單個(gè)電感器。
圖 1：升壓轉(zhuǎn)換器、升壓輸入轉(zhuǎn)換器和 SEPIC 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/b>
您可能想知道什么樣的應(yīng)用需要這些拓?fù)洌阂环N流行的是 LED 頭燈。典型的汽車 LED 前照燈控制單元框圖如圖 2 所示。道路上越來(lái)越多的車輛配備 LED，而不是傳統(tǒng)的白熾燈或高強(qiáng)度放電燈。LED 使用壽命更長(zhǎng)，DC/DC LED 驅(qū)動(dòng)電路提供更好的系統(tǒng)效率。
使用這些拓?fù)溥€有其他原因。原因之一是 LED 的靈活電壓（或 LED 數(shù)量）可實(shí)現(xiàn)前照燈功能，包括遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行車燈 (DRL) 和霧燈。另一個(gè)原因是汽車電池通常不處于固定電壓水平。在冷啟動(dòng)、熱啟動(dòng)和負(fù)載突降等極端條件下，汽車電池可提供從低于 6V 到超過(guò) 40V 的電壓范圍。使用如此大范圍的輸入電壓來(lái)驅(qū)動(dòng) LED，自然選擇升壓至輸入轉(zhuǎn)換器或 SEPIC。當(dāng)然，如果 LED 電壓始終高于 40V（在汽車電池提供的整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)），升壓轉(zhuǎn)換器將是最佳選擇。
圖 2：典型汽車 LED 前照燈控制單元的框圖
構(gòu)建這些類型轉(zhuǎn)換器的常用方法是使用低側(cè) N 溝道 FET 控制器，例如 LM3421、LM3423、LM3424 或 LM3429。TI 新發(fā)布的TPS92691可配置為升壓轉(zhuǎn)換器、升壓至輸入轉(zhuǎn)換器或 SEPIC。通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的模擬電流調(diào)節(jié)輸入引腳和一個(gè)脈寬調(diào)制 (PWM) 調(diào)光輸入引腳，該轉(zhuǎn)換器能夠在組合兩個(gè)引腳的輸入時(shí)提供 1,000 比 1 的對(duì)比度。TPS92691 具有一個(gè)軌到軌電流檢測(cè)放大器，可為高側(cè)電流檢測(cè)電阻器或低側(cè)電流檢測(cè)電阻器提供靈活性。對(duì)于低至 2V 或高達(dá) 60V 的輸出 LED 電壓電平，它還可以在室溫下以 +/-3% 的精度調(diào)節(jié)平均 LED 電流。
針對(duì)給定應(yīng)用去評(píng)估最恰當(dāng)?shù)?/span>LED驅(qū)動(dòng)器方案時(shí)，有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇，但也須考慮不同的取舍。雖然大多數(shù)應(yīng)用采用可以產(chǎn)生12V、24V或36V電壓的離線AC-DC電源供電，但采用太陽(yáng)能供電/電池組、汽車或低壓交流等寬泛穩(wěn)壓電源供電的應(yīng)用也非常多。這些寬泛穩(wěn)壓的電源帶來(lái)更多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，在輸入電壓范圍與輸出電壓范圍交疊時(shí)要求更多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇。
得益于上述 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換拓?fù)?，我們現(xiàn)在能夠駕駛帶有炫酷 LED 頭燈的汽車，該頭燈可提供精確的亮度控制、環(huán)保并以高效的方式轉(zhuǎn)換電源。
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