典型白光LED驅動案例

電感式開關穩(wěn)壓驅動器的核心是電子開關電路，根據負載對電源提出的輸出穩(wěn)壓或穩(wěn)流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制方法，對開關電路進行控制。在開關管閉合的時候，將電源的能量儲存在電感中，在開關管關斷的時候，電感中的能量流入電容，這樣就實現(xiàn)了能量的傳輸。

電感式開關穩(wěn)壓驅動器有通常兩種控制方式：一是保持開關工作周期不變，控制開關導通時間的脈沖寬度調制方式(PWM)，該方式是在輸入電壓或負載變化時，控制電路通過輸出電壓或電流與基準電壓的差值進行閉環(huán)反饋，調節(jié)主電路開關器件的導通脈沖寬度，使得電感式開關穩(wěn)壓驅動器的輸出電壓或電流保持穩(wěn)定;另一種是保持導通時間不變，改變開關工作周期的脈沖頻率調制方式(PFM)，基本工作原理就是在輸入電壓或負載變化的情況下，控制電路通過輸出電壓與基準電壓的差值進行閉環(huán)反饋，在保持開關開啟時間不變的情況下，控制開關周期的長短，即控制開關頻率，來調整開關占空比，以達到穩(wěn)定輸出電壓或電流的目的。由于PWM方式電路簡單，且輸入/輸出范圍較PFM方式更廣泛(PFM通常用于輕負載、低電壓、低電流情況下)，所以得到了廣泛應用，下面主要介紹兩種PWM驅動方式。

1.3.1 電壓控制型PWM

結構示意圖如圖8所示。

在PWM控制器中，對輸出電壓Vo進行檢測，加至運放的反相輸入端，固定參考電壓Vref加至運放的正相輸入端。誤差放大后輸出直流誤差電壓Ve，加至PWM比較器的正相輸入端;將斜坡信號發(fā)生器產生鋸齒波信號Vosc加至PWM比較器的反相輸入端。Vc和Vosc經PWM比較后輸出一個方波信號，該方波信號的占空比隨著誤差電壓Vc變化。當輸出電壓降低時，Ve值變大，經PWM比較后，輸出方波占空比減小，MOS管導通時間增加，Vin對電感充電時間增加，Vout升高。

1.3.2 電流控制型PWM原理

結構示意圖如圖9所示。該電路和電壓控制型的區(qū)別在于，該電路有外控制環(huán)和內控制環(huán)兩部分電路。當輸出電流Iout降低時，誤差放大器輸出增大，PWM輸出為0;當振蕩波上升沿到來時，MOS管導通，Vin對電感充電，電流增加，通過采樣電阻R3反饋電壓增加，當反饋電壓超過Ve時，PWM輸出為1，當振蕩器下降沿到來時，MOS管關閉，電感上電流對外輸出。電流控制模式與電壓控制模式一樣具有占空比與輸出電壓大小成反比的關系外，還具有以下特點：外控制環(huán)路控制電流最小值;內環(huán)控制電流最大值。

2 各種驅動器優(yōu)缺點比較

對于LED驅動方式而言，每種LED驅動都有它的適用范圍，也有它們各自的優(yōu)缺點，搞清楚各自的優(yōu)缺點，可以更好地根據實際情況，設計合理的LED驅動電路，這可以通過效率工作電壓、噪聲干擾、輸出調節(jié)、反應速度以及安裝尺寸和成本來進行比較分析。

工作電壓、噪聲干擾、輸出調節(jié)、反應速度以及安裝尺寸和成本來進行比較分析。

2.1 整體效率

線性穩(wěn)壓驅動器的整體效率是比較低的，主要是由于線性穩(wěn)壓驅動器是依靠功率管分去多余的電壓來達到穩(wěn)壓效果，而這部分功耗是完全無用的，導致了驅動器效率的下降。所以使用線性穩(wěn)壓驅動器時，應盡量減少輸入與輸出電壓差，其實際轉換效率通常在50%～95%之間;由于基本電荷泵其只能倍數提供輸出電壓，其輸出電壓不能穩(wěn)定在某個值上，所以通常在電荷泵電路外部連接額外的LDO，轉換成穩(wěn)壓電荷泵，這樣導致了電荷泵式驅動器效率在本身功率鞘耗的基礎上，額外增加的LDO驅動器的功率消耗，效率通常在70%～85%;電感開關式驅動器以及基本電荷泵驅動器的損耗主要來自內部MOS器件靜態(tài)電流損耗、外部電容以及采樣電阻的功率損耗，其效率可達80%～90%。

2.2 工作電壓

線性穩(wěn)壓驅動器由于分壓工作原理，只能進行降壓輸出，這就決定了它只能工作的輸入電壓高于LED驅動需求電壓的情況下工作;電荷泵驅動器，可進行降壓或者升壓，但如果需要進行高倍數或多模式調節(jié)輸出電壓，則需連接大量的開關和電容，使得效率大幅降低，所以一般應用于過度電壓驅動，即輸入電壓與輸出LED驅動電壓差別不大的情況;電感式開關驅動器由于利用了磁場儲能，不論是升壓、降壓還是兩者同時進行，只需調整采樣電阻的比例，就可以進行大范圍的輸出電壓調整，且不會因輸出調整改變驅動器效率，所以其應用范圍最廣，可廣泛運用于各種輸入電壓之下。

2.3 噪聲干擾(EMI)

線性穩(wěn)壓驅動器由于其工作原理是采取分壓方式穩(wěn)定輸出電壓，本身工作不需要電容或電感進行穩(wěn)壓操作，MOS管也始終工作在線性狀態(tài)下，不需要進行關斷或開啟操作，所以本身不會產生噪聲電壓、電流和電磁干擾;電荷泵由于不采用電感，所以其EMI影響基本可以忽略，在輸出電壓過程中，MOS管需要進行開關操作，所以會產生一定的電源噪聲，但由于沒有使用電感，所以噪聲較小，可以通過外接一很小的電容消除;電感式開關驅動器是電源噪聲和EMI的主要來源，由于MOS管的頻繁開關操作，PWM會在MOS管開關的固定頻率內產生大的EMI干擾，PFM更是在其頻率的可變范圍內產生干擾，所以供應商通常需要采取提高電感式開關工作頻率的方法，使其EMI落在系統(tǒng)頻帶之外，另外由于電感的原因，MOS管通斷瞬間會產生較大的尖峰電流或電壓，輸出電流和電壓也存在相位差。

2.4 輸出調節(jié)及響應速度

線性穩(wěn)壓驅動器可以根據產品的需要，通過調整外部采樣電阻的比例，調整MOS管的分壓，對輸出電壓進行控制，而且其電路簡單，響應速度很快;電荷泵驅動器本身不可隨意調整輸出電壓的數值，只能通過采樣電壓反饋進行倍數調節(jié)，通過串接LDO也可進行電壓調節(jié)，但這樣也會降低驅動器的響應速度，響應速度較LDO慢，電荷泵對輸出電壓調節(jié)的優(yōu)勢在于它可通過簡單設計，進行正負兩種電壓的輸出，面其他兩種驅動方式則需要另外的設計電路才能達到輸出負值電壓的效果;電感式開關驅動器，對輸出電壓的調節(jié)也只需調節(jié)采樣電阻的比例，改變控制方波占空比，來調整輸出電壓，調整比較簡便，但由于電路結構復雜，需進行多次比較放大，電感的存在也進一步減慢了電壓調整的反應速度，所以響應速度最慢。

2.5 安裝尺寸及成本

線性穩(wěn)壓驅動器電路構成簡單，一般只需20～40個元器件就可組成，成本低，但由于MOS管也一直處于線性區(qū)或飽和區(qū)，發(fā)熱量較大，所以需加裝大的散熱裝置，以保證散熱良好，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。電荷泵電路復雜程度居中，外接的電容體積也可通過提高開關頻率而減小，而且現(xiàn)在貼片式電容也得到了很好的應用，使得電荷泵集成度大大提高，所需安裝尺寸進一步減小。電感式開關驅動器電路最為復雜，成本最高，而且最少需外接一個電感、電容和肖特基二極管，特別是在需要屏蔽應用時，需另外加裝屏蔽裝置，成本更高，尺寸也更大。附對照表如表1所示。