引言

　　隨著LED" target="_blank">LED的生產(chǎn)成本下降，其使用愈發(fā)普遍，所涵蓋的應用范圍從手持終端設(shè)備到車載，再到建筑照明。LED的高可靠性(使用壽命超過50,000個小時)、較高的效率(>120流明/瓦)以及近乎瞬時的響應能力使其成為極具吸引力的光源。與白熾燈泡200mS的響應時間相比，LED會在短短5ns響應時間內(nèi)發(fā)光。因此，目前它們已在汽車行業(yè)的剎車燈中得到廣泛采用。

　　驅(qū)動LED

　　驅(qū)動LED并非沒有挑戰(zhàn)?？烧{(diào)的亮度需要用恒定電流來驅(qū)動LED，并且無論輸入電壓如何都必須要保持該電流的恒定。這與僅僅將白熾燈泡連接到電池來為其供電相比更具有挑戰(zhàn)性。

　　LED具有類似于二極管的正向V-I特性。在低于LED開啟閾值(白光LED的開啟電壓閾值大約為3.5V)時，通經(jīng)該LED的電流非常小。在高于該閾值時，電流會以正向電壓形式成指數(shù)倍遞增。這就允許將LED定型為帶有一個串聯(lián)電阻的電壓源，其中帶有一則警示說明：本模型僅在單一的工作DC電流下才有效。如果LED中的DC電流發(fā)生改變，那么該模型的電阻也應隨即改變，以反映新的工作電流。在大的正向電流下，LED中的功率耗散會使設(shè)備發(fā)熱，此舉將改變正向壓降和動態(tài)阻抗。在確定LED阻抗時充分考慮散熱環(huán)境是非常重要的。

　　當通過降壓穩(wěn)壓器驅(qū)動LED時，LED常常會根據(jù)所選的輸出濾波器排列來傳導電感的AC紋波電流和DC電流。這不僅會提高LED中電流的RMS振幅，而且還會增大其功耗。這樣就可提高結(jié)溫并對LED的使用壽命產(chǎn)生重要影響。如果我們設(shè)定一個70%的光輸出限制作為LED的使用壽命，那么LED的壽命就會從74攝氏度度下的15,000小時延長到63攝氏度度下的40,000小時。LED的功率損耗由LED電阻乘以RMS電流的平方再加上平均電流乘以正向壓降來確定。由于結(jié)溫可通過平均功耗來確定，因此即使是較大的紋波電流對功耗產(chǎn)生的影響也不大。例如，在降壓轉(zhuǎn)換器中，等于DC輸出電流(Ipk-pk=Iout)的峰至峰紋波電流會增加不超過10%的總功率損耗。如果遠遠超過上面的損耗水平，那么就需要降低來自電源" title="電源">電源的AC紋波電流以便使結(jié)溫和工作壽命保持不變。一條非常有用的經(jīng)驗法則是結(jié)溫每降低10攝氏度，半導體壽命就會提高兩倍。實際上，由于電感器的抑制作用，因此大多數(shù)設(shè)計就趨向于更低的紋波電流。此外，LED中的峰值電流不應超過廠商所規(guī)定的最大安全工作電流額定值。

　　拓撲選擇

　　表1中所顯示的信息有助于為LED驅(qū)動器選擇最佳的開關(guān)拓撲。除這些拓撲之外，您還可使用簡易的限流電阻器或線性穩(wěn)壓器來驅(qū)動LED，但是此類方法通常會浪費過多功率。所有相關(guān)的設(shè)計參數(shù)包括輸入電壓范圍、驅(qū)動的LED數(shù)量、LED電流、隔離、EMI抑制以及效率。大多數(shù)的LED驅(qū)動電路都屬于下列拓撲類型：降壓型、升壓型、降壓-升壓型、SEPIC和反激式拓撲。 
 

　　圖1顯示了三種基本的電源拓撲示例。第一個示意圖所顯示的降壓穩(wěn)壓器適用于輸出電壓總小于輸入電壓的情形。在圖1中，降壓穩(wěn)壓器會通過改變MOSFET的開啟時間來控制電流進入LED。電流感應可通過測量電阻器兩端的電壓獲得，其中該電阻器應與LED串聯(lián)。對該方法來說，重要的設(shè)計難題是如何驅(qū)動MOSFET。從性價比的角度來說，推薦使用需要浮動柵極驅(qū)動的N通道場效應晶體管(FET)。這需要一個驅(qū)動變壓器或浮動驅(qū)動電路(其可用于維持內(nèi)部電壓高于輸入電壓)。

　　圖1還顯示了備選的降壓穩(wěn)壓器(buck#2)。在此電路中，MOSFET對接地進行驅(qū)動，從而大大降低了驅(qū)動電路要求。該電路可選擇通過監(jiān)測FET電流或與LED串聯(lián)的電流感應電阻來感應LED電流。后者需要一個電平移位電路來獲得電源接地的信息，但這會使簡單的設(shè)計復雜化。另外，圖1中還顯示了一個升壓轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時使用。由于MOSFET對接地進行驅(qū)動并且電流感應電阻也采用接地參考，因此此類拓撲設(shè)計起來就很容易。該電路的一個不足之處是在短路期間，通過電感器的電流會毫無限制。您可以通過保險絲或電子斷路器的形式來增加故障保護。此外，某些更為復雜的拓撲也可提供此類保護。
 

　　圖2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高時低時使用。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(qū)動位置的兩個降壓型拓撲中顯現(xiàn))。圖2中的降壓-升壓型拓撲顯示了一個接地參考的柵極驅(qū)動。它需要一個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接地參考的電流感應和電平移位的柵極驅(qū)動。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行配置。適當?shù)目刂艻C，就能直接測量輸出電流，并且MOSFET也可被直接驅(qū)動。