利用反相升降壓拓樸調(diào)節(jié) LED 電流

若需控制LED 亮度，就必須具備能夠提供恒定、穩(wěn)壓電流的驅(qū)動(dòng)器。而要達(dá)到此目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)器拓樸必須能產(chǎn)生足夠的輸出電壓來(lái)順向偏置 LED。那麼當(dāng)輸入和輸出電壓范圍重疊時(shí)，設(shè)計(jì)人員又該如何選擇呢？轉(zhuǎn)換器有時(shí)可能需要逐漸降低輸入電壓，但有時(shí)也可能需要升高輸出電壓。以上情況通常出現(xiàn)在那些具有大范圍"臟" (dirty) 輸入功率來(lái)源的應(yīng)用中，例如車(chē)載系統(tǒng)。在這種降壓/升壓的操作中，幾種拓樸可以達(dá)到較好的效果，像是 SEPIC 或四次切換升降壓拓樸。這些拓樸一般需要大量的元件，設(shè)計(jì)的材料成本也因而增加。但由於它們可提供正輸出電壓，因此設(shè)計(jì)人員通常視其為可接受的方案。不過(guò)負(fù)輸出電壓轉(zhuǎn)換器也是另一種不該被忽略的替代解決方案。圖 1 顯示在恒定電流配置中驅(qū)動(dòng) 3 個(gè) LED 的反相升降壓電路示意圖。該電路擁有諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，它使用了標(biāo)準(zhǔn)降壓控制器，不但能將成本降到最低，并有助於所有系統(tǒng)級(jí)的再利用。如果需要，設(shè)計(jì)人員也可以輕松改造該電路以利用整合型 FET 降壓控制器或同步降壓拓樸來(lái)提升效率。這種拓樸使用的功率級(jí)元件數(shù)目與簡(jiǎn)易降壓轉(zhuǎn)換器相同，因此可將切換穩(wěn)壓器的元件數(shù)降至最低，同時(shí)達(dá)到相對(duì)於其他拓樸的最低總體成本。由於 LED 本身的輸出為光線(xiàn)，就系統(tǒng)級(jí)而言 LED 因受到負(fù)電壓而產(chǎn)生偏壓并不會(huì)造成影響，跟正電壓的情況不同，也因此使其成為一種值得考慮的電路設(shè)計(jì)。圖 1 利用負(fù)輸出電壓，以升降壓拓樸調(diào)節(jié)恒定 LED 電流LED 電流的調(diào)節(jié)是透過(guò)感應(yīng)感測(cè)電阻 R1 兩端的電壓并將其用作控制電路的反饋。控制器接地接腳必須為負(fù)輸出電壓的參考電壓，以便讓該直接反饋正常運(yùn)作。如果控制器為系統(tǒng)接地的參考電壓，則需要一個(gè)電平移位電路。這種"負(fù)接地"對(duì)電路構(gòu)成了一些限制。功率 MOSFET、二極體和控制器的額定電壓必須高於輸入與輸出電壓的總和。其次，從外部連接控制器 (例如致能) 需要將訊號(hào)從系統(tǒng)接地到控制器接地進(jìn)行電平移位，因此需要更多的元件。單就這個(gè)原因而言，消除或?qū)⒉槐匾耐獠靠刂茰p至最低是最好的辦法。最後相較於四次切換的升降壓拓樸，反相升降壓拓樸中的功率裝置會(huì)受到額外的電壓和電流壓力，進(jìn)而降低了相關(guān)效率，但該效率與 SEPIC 相當(dāng)。即便如此，這種電路還是能夠達(dá)到 89% 的效率。藉由該電路的完全同步化，效率還可以再提高 2%～3%。透過(guò)軟啟動(dòng)電容器 C5 的短路快速地開(kāi)/關(guān)轉(zhuǎn)換器，是調(diào)節(jié) LED 亮度一種簡(jiǎn)單的方法。圖 2 顯示了 PWM 輸入訊號(hào)和實(shí)際的 LED 電流。這種 PWM 亮度調(diào)節(jié)方法較為有效，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器關(guān)閉并且在 SS 接腳短路時(shí)僅消耗極少的功率。但是這種方法也相對(duì)較慢，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器每次開(kāi)啟時(shí)都必須以一種可控制方式逐漸升高輸出電流，進(jìn)而在輸出電流上升以前產(chǎn)生一個(gè)非線(xiàn)性、有限的停滯時(shí)間 (dead-time)。同時(shí)，這也將開(kāi)啟時(shí)間的最小負(fù)載周期降低至 10%-20%。在一些不要求高速和 100% PWM 調(diào)節(jié)的 LED 應(yīng)用中，這種方法或許就已足夠。這種反相升降壓電路為工程師提供了另一種驅(qū)動(dòng) LED的方法。低成本降壓控制器的使用以及較少的元件數(shù)量使其成為替代高復(fù)雜度拓樸的一種理想方法。圖 2 PWM驅(qū)動(dòng) (頂部) 高效地控制 LED 電流 (底部)