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(yīng)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(guò)50,000個(gè)小時(shí))、較高的效率(>120流明/瓦)以及近乎瞬時(shí)的響應(yīng)能力使其成為極具吸引力的光源。與白熾燈泡200mS的響應(yīng)時(shí)間相比，LED會(huì)在短短5ns響應(yīng)時(shí)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(dòng)LED

　　驅(qū)動(dòng)LED并非沒(méi)有挑戰(zhàn)?？烧{(diào)的亮度需要用恒定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，并且無(wú)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(lái)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(kāi)啟閾值(白光LED的開(kāi)啟電壓閾值大約為3.5V)時(shí)，通經(jīng)該LED的電流非常小。在高于該閾值時(shí)，電流會(huì)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(gè)串聯(lián)電阻的電壓源，其中帶有一則警示說(shuō)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(yīng)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(huì)使設(shè)備發(fā)熱，此舉將改變正向壓降和動(dòng)態(tài)阻抗。在確定LED阻抗時(shí)充分考慮散熱環(huán)境是非常重要的。

　　當(dāng)通過(guò)降壓穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，LED常常會(huì)根據(jù)所選的輸出濾波器排列來(lái)傳導(dǎo)電感的AC紋波電流和DC電流。這不僅會(huì)提高LED中電流的RMS振幅，而且還會(huì)增大其功耗。這樣就可提高結(jié)溫并對(duì)LED的使用壽命產(chǎn)生重要影響。如果我們?cè)O(shè)定一個(gè)70%的光輸出限制作為L(zhǎng)ED的使用壽命，那么LED的壽命就會(huì)從74攝氏度度下的15,000小時(shí)延長(zhǎng)到63攝氏度度下的40,000小時(shí)。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(lái)確定。由于結(jié)溫可通過(guò)平均功耗來(lái)確定，因此即使是較大的紋波電流對(duì)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(huì)增加不超過(guò)10%的總功率損耗。如果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)上面的損耗水平，那么就需要降低來(lái)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(yàn)法則是結(jié)溫每降低10攝氏度，半導(dǎo)體壽命就會(huì)提高兩倍。實(shí)際上，由于電感器的抑制作用，因此大多數(shù)設(shè)計(jì)就趨向于更低的紋波電流。此外，LED中的峰值電流不應(yīng)超過(guò)廠商所規(guī)定的最大安全工作電流額定值。

　　拓?fù)溥x擇

　　表1中所顯示的信息有助于為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器選擇最佳的開(kāi)關(guān)拓?fù)?。除這些拓?fù)渲?，您還可使用簡(jiǎn)易的限流電阻器或線性穩(wěn)壓器來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，但是此類方法通常會(huì)浪費(fèi)過(guò)多功率。所有相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)包括輸入電壓范圍、驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路都屬于下列拓?fù)漕愋停航祲盒?、升壓型、降?升壓型、SEPIC和反激式拓?fù)洹?nbsp;
 

　　圖1顯示了三種基本的電源拓?fù)涫纠?。第一個(gè)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(huì)通過(guò)改變MOSFET的開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制電流進(jìn)入LED。電流感應(yīng)可通過(guò)測(cè)量電阻器兩端的電壓獲得，其中該電阻器應(yīng)與LED串聯(lián)。對(duì)該方法來(lái)說(shuō)，重要的設(shè)計(jì)難題是如何驅(qū)動(dòng)MOSFET。從性價(jià)比的角度來(lái)說(shuō)，推薦使用需要浮動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)的N通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。這需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器或浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(duì)接地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而大大降低了驅(qū)動(dòng)電路要求。該電路可選擇通過(guò)監(jiān)測(cè)FET電流或與LED串聯(lián)的電流感應(yīng)電阻來(lái)感應(yīng)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(shè)計(jì)復(fù)雜化。另外，圖1中還顯示了一個(gè)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(shí)使用。由于MOSFET對(duì)接地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并且電流感應(yīng)電阻也采用接地參考，因此此類拓?fù)湓O(shè)計(jì)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(xiǎn)絲或電子斷路器的形式來(lái)增加故障保護(hù)。此外，某些更為復(fù)雜的拓?fù)湟部商峁┐祟惐Ｗo(hù)。
 

　　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(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(yīng)電阻和柵極驅(qū)動(dòng)位置的兩個(gè)降壓型拓?fù)渲酗@現(xiàn))。圖2中的降壓-升壓型拓?fù)滹@示了一個(gè)接地參考的柵極驅(qū)動(dòng)。它需要一個(gè)電平移位的電流感應(yīng)信號(hào)，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(yīng)和電平移位的柵極驅(qū)動(dòng)。如果控制IC與負(fù)輸出有關(guān)，并且電流感應(yīng)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(dāng)?shù)目刂艻C，就能直接測(cè)量輸出電流，并且MOSFET也可被直接驅(qū)動(dòng)。