LED的高效驅(qū)動(dòng)電路分析

　　LED 中的電流在很多情況下都是由鎮(zhèn)流電阻或線性穩(wěn)壓器控制的。不過(guò)，本文主要講述的是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。在驅(qū)動(dòng) LED 時(shí)常用的三種基本電路拓?fù)錇椋航祲和負(fù)浣Y(jié)構(gòu)、升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)取決于輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系。

　　在輸出電壓始終小于輸入電壓的情況下，應(yīng)使用降壓穩(wěn)壓器，圖5顯示了該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在該電路中，對(duì)電源開(kāi)關(guān)的占空比 (duty factor) 進(jìn)行了控制，以在輸出濾波器電感 L1 上確立平均電壓。當(dāng)FET開(kāi)關(guān)閉合時(shí)(TPS5430 內(nèi)部)，其將輸入電壓連接到電感器，并在L1中構(gòu)建電流。D2為環(huán)流二極管 (catch diode)，可提供開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的電流路徑。電感器可對(duì)流過(guò)LED的電流起到平滑的作用，該工作可通過(guò)用電阻監(jiān)控(測(cè)量)LED電流，并將電壓與控制芯片內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，最終進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果電流太低，則占空比增加，平均電壓也上升，從而也導(dǎo)致了電流的升高。該電路具有極佳的效率，因?yàn)殡娫撮_(kāi)關(guān)、環(huán)流二極管以及電流感測(cè)電阻上的壓降非常低。

　　圖5 降壓LED驅(qū)動(dòng)器逐步降低輸入電壓

　　當(dāng)輸出電壓總是比輸入電壓大時(shí)，最好采用升壓轉(zhuǎn)換電路，如圖6所示。該電路的U1有一個(gè)帶有控制電子器件的高度集成的電源開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電流流過(guò)電感器到接地。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，U1的引腳 1 電壓會(huì)升高，直到D1導(dǎo)通。然后電感器放電，電流進(jìn)入輸出電容器(C3)和LED串。在絕大多數(shù)應(yīng)用中，C3通常用于平滑LED電流。如果沒(méi)有C3，則 LED電流將是斷斷續(xù)續(xù)的。也就是說(shuō)，它會(huì)在零和電感電流之間切換，這會(huì)導(dǎo)致 LED 熱量增加(從而縮短使用壽命)，亮度減少。在前面的例子中，LED 的電流是通過(guò)一個(gè)電阻感測(cè)的，并且占空比會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。請(qǐng)注意，本拓?fù)浯嬖谝粋€(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，即它沒(méi)有短路保護(hù)電路。若輸出短路，則會(huì)有較大的電流通過(guò)電感器和二極管，從而導(dǎo)致電路失效，或者輸入電壓崩潰。

　　圖6 高度集成的升壓LED驅(qū)動(dòng)器逐步升高輸入電壓

　　許多時(shí)候輸入電壓范圍變化很大，可以高于或低于輸出電壓，此時(shí)降壓拓?fù)浜蜕龎和負(fù)浣Y(jié)構(gòu)就不起作用了。并且，可能在升壓應(yīng)用中需要短路保護(hù)。在這些情況下，就需要使用降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖7)。當(dāng)電源開(kāi)關(guān)閉合、電感器有電流通過(guò)時(shí)，該電路就相當(dāng)于升壓電路;當(dāng)電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感器開(kāi)始放電，電流進(jìn)入輸出電容和 LED。不過(guò)，輸出電壓不是正的，而是負(fù)的。此外，請(qǐng)注意本拓?fù)渲胁淮嬖谏龎恨D(zhuǎn)換電路中出現(xiàn)的短路問(wèn)題，因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)使電源開(kāi)關(guān)Q1開(kāi)路，提供了短路保護(hù)功能。該電路的另一個(gè)特性是，雖然它是一個(gè)負(fù)的輸出，但并不需要對(duì)傳感電路的電平進(jìn)行切換。在本設(shè)計(jì)中，控制芯片接地到負(fù)的輸出，并且可直接測(cè)量電流感測(cè)電阻R100上的電壓。盡管本例中僅顯示了一個(gè)LED，但是通過(guò)串聯(lián)可以連接許多LED。電壓的上限是控制芯片的最大額定電壓;輸入電壓加上輸出電壓的和不能超過(guò)該限值。

　　圖7 降壓/升壓電流可限制和處理廣泛的輸入范圍