采用LED調光的FET電路設計與波形分析

　　為了達到每秒開關數百次或甚至數千次，以開關穩(wěn)壓器為基礎的LED驅動器，須經過特別的設計考慮。針對標準電源供應而設計的穩(wěn)壓器一般都會設計一根“啟動”或關閉接腳，以便供邏輯PWM信號使用，但連帶的延遲tD則頗長，這是由于硅芯片的設計強調在響應時間內維持低停機電流。然而，專用來驅動LED的開關穩(wěn)壓器則恰好相反，它可在「啟動」接腳邏輯低時，保持內部控制電路的活動，以將tD減至最低，而當LED被關關時，則會面臨較大工作電流的困擾。在使用PWM來達成光控制優(yōu)化時，要把轉上（Slew-up）和轉下（Slew-down）延遲維持在最低，這不單為了獲得最佳的對比度，而且還可減少LED花在由0到目標所需的時間。（在此條件下，并不保證主波長或CCT與目標值相同）在這里的標準開關穩(wěn)壓器將設有一個軟啟動，通常也搭配一個軟關閉，而專用的LED驅動器會在其控制之內執(zhí)行所有工作以減少這些回轉率（Slew Rate）。要降低tSU和tSD，須要同時從硅芯片的設計和開關穩(wěn)壓器所采用的拓撲著手。

　　具備較快速回轉率的降壓穩(wěn)壓器，比其他所有的開關拓撲結構在兩個地方表現更為優(yōu)異，首先降壓穩(wěn)壓器是唯一可在控制開關啟動時，將功率輸送到輸出端的開關轉換器，此特點使得電壓模式或電流模式PWM（這里不要與PWM調光混淆）的降壓穩(wěn)壓器之控制回路，比起升壓穩(wěn)壓器或其他降壓/升壓拓撲更為快速。此外，在控制開關啟動期間的功率傳輸能夠輕易改為磁滯控制，使其速度甚至比最佳的電壓模式或電流模式控制的回路更快。其次，降壓穩(wěn)壓器的電感器在整個開關周期內都是連接在輸出端，此可確保輸出電流的連續(xù)性，也意謂毋須使用輸出電容器。少了輸出電容器后，降壓穩(wěn)壓器便可成為真正的高阻抗電流源，能夠迅速轉換輸出電壓。邱克型（Cuk）和Zeta轉換器雖可提供連續(xù)性輸出電感器，但由于它們的控制回路較慢，效率也較低，因此并非最佳選擇。

　　PWM比“啟動”接腳更快

　　即使是一個沒有輸出電容器的純磁滯降壓穩(wěn)壓器，都不足以應付某些PWM調光系統(tǒng)的要求，這些應用需要較高的PWM調光頻率、高對比度度，也就是要求更快速的回轉率和更短暫的延遲時間。與機械視覺辨識和工業(yè)檢驗系統(tǒng)搭配應用時，舉例某些要求高性能的系統(tǒng)，包括液晶（LCD）面板和投影機的背光照明系統(tǒng)，在某些情況下，PWM調光頻率必須被調高到可聽頻帶以外的25kHz或更高的頻帶，隨著整體的調光周期已縮短至幾微秒內，包括傳導延遲在內，LED電流的上升和下降時間總和必須縮短至奈秒內。

　　圖3分路FET電路和其波形

　　從一個沒有輸出電容器的快速降壓穩(wěn)壓器著手，出現在輸出電流開啟和關閉的延遲，是來自集成電路本身的傳導延遲和輸出電感器的物理特性。若要達到真正高速的PWM調光，兩個延遲都須被略過（By Pass）。要實現這個目標，最佳方法就是采用一個與LED并聯的電源開關（圖3）。當LED關閉時，驅動電流便會分流通過開關，作用就如同一個典型的N 型金屬氧化半導體場效晶體管（N-MOSFET），這時集成電路會繼續(xù)運行，而電感器電流也會持續(xù)流動。該方法的最大缺點在于LED關閉時，即使期間的輸出電壓下降到與電流感測電壓相同，仍會浪費功率。

　　利用分路場效應晶體管（FET）來進行調光會導致輸出電壓出現較為急劇的移位，這使得集成電路的控制回路必須作出響應，以嘗試維持輸出電流的穩(wěn)定。正如同邏輯接腳調光般，控制回路愈快表示響應愈好，而采用磁滯控制的降壓穩(wěn)壓器則可提供最佳的回應。