高效地驱动LED
典型应用
LED中的电流在很多情况下都是由镇流电阻或线性稳压器进行控制的。但是，本文中主要讲述的是开关稳压器。在驱动 LED 时常用的三种基本的电路拓扑为降压拓扑、升压拓扑及降压-升压拓扑。采用何种拓扑结构取决于输入电压和输出电压的关系。
图6 降压 LED 驱动器逐步降低输入电压
在输出电压始终小于输入电压的情况下，应使用降压稳压器，图6显示了该拓扑结构。在该电路中，对电源开关的占空比(duty factor)进行了控制，以在输出滤波器电感L1上确立平均电压。当FET开关闭合时（TPS5430内部），其将输入电压连接到电感，并在L1中形成电流。环流二极管v2提供了开关断开时的电流路径。电感可对流经LED的电流起到平滑的作用，通过用电阻监控（测量）LED电流，并将该电压与控制IC内部的参考电压进行比较，从而最终实现对流经LED的电流调节。如果电流太低，则占空比增加，平均电压也上升，从而导致了电流的升高。由于电源开关、环流二极管以及电流检测电阻上的压降非常低，该电路可提供极佳的效率。
图7 高度集成的升压LED驱动器逐步升高输入电压
图8 降压-升压电流可限制和处理广泛的输入范围
当输出电压总是比输入电压大时，最好是采用如图7所示的升压转换电路。该电路的U1中也有一个带有控制电子器件的高度集成电源开关。当开关闭合时，电流流经电感到接地。当开关断开时，U1引脚1上的电压会不断升高，直到v1导通，然后电感放电，电流进入输出电容器(C3)和LED串。在大多数应用中，C3通常用于平滑LED电流塑封电感器。如果没有C3，则LED 电流将是断断续续的。也就是说，它会在零和电感电流之间切换，这会导电感磁环致LED热量增加（从而缩短使用寿命），并且亮度减少。在前面的例子中，LED的电流是通过一个电阻检测的，并且占空比会发生相应地变化。请注意本拓扑存在一个严重的问题，即它没有短路保护电路。若输出短路，则会有较大的电流通过电感器和二极管，从而导致电路故障，或者输入电压崩溃。
很多时候输入电压范围变化很大，其可以高于或低于输出电压，此时降压拓扑和升压拓扑结构就不起作用了。并且，可能在升压应用中需要短路保护。在这些情况下，就需要使用降压-升压拓扑结构（见图8）。当电源开关闭合、电感有电流通过时该电路就相当于升压电路；当电源开关断开时，电感开始放电，电流进入输出电容和LED。不过，输出电压不是正的，而是负的。此外，请注意本拓扑中不存在像升压转换转中出现的短路问题，因为电源开关Q1开路能提供短路保护功能。该电路的另一个值得注意的特性是，虽然其是一个负的输出，但并不需要对传感电路的电平进行转换。在本设计中，控制IC接地到负的输出，并且可直接测量电流检测电阻R100上的电压。尽管本例中仅显示了一个LED，但是通过串联可以连接许多 LED。电压的上限是控制IC的最大额定电压，输入电压加上输出电压的和不能超过该限值。
图9 电位输出滤波器结构
关闭环控制电路
关闭LED电源上的电流环路比关闭传统电源上的电压环路要简单得多。环路的复杂性取决于输出滤波器结构。图9显示了三种可能的结构：只有一个电感的简单滤波器(A)；典型的电源滤波器(B)；以及改良的滤波器(C)。
为每一个功率级都构建一个简单的P-Spice模型，以阐明每一功率级控制特性的区别。降压功率 FET 和二极管的开关动作建模为压控电压源，增益为10，而L电感厂家ED则建模为与6V电压源串联的3一体电感Ω的电阻。在LED和接地之间添加了一个1Ω的电阻，用于对电流进行检测。在电路A中，该响应就是稳定的一阶系统的响应。直流增益由压控电压源（LED电阻和电流检测电阻构成的分压器）确定，系统的极性由输出电感和电路电阻决定。电路B由于增加了输出电容，因此有二阶响应。若LED的纹波电流过大并达到难以接受的程度，则可能需要该输出电容，这是由于EMI或热量等问题的出现造成的。直流增益与第一个电路一样。不过，在输出电感和电容确定的频率处有一对复极点。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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