高效率 LED 驅動電源設計

圖5 紋波電流導致LED耗電增加

從圖5還能發(fā)現(xiàn)就算紋波電流很高，也不會對LED功耗造成太大影響。舉例來說，當紋波電流達到輸出電流的一半時，耗電量只會增加不到5%。但若紋波電流遠遠超出這個水平，設計人員就必須減少電源提供的直流電流，避免接面溫度升高而影響組件壽命。一個簡單的經(jīng)驗法則是：接面溫度每降低10℃，半導體組件壽命就會延長一倍。另外，多數(shù)設計由于受到電感的限制，都會盡量降低紋波電流，因為大部分電感只能應付20%以下的Ipk/Iout紋波電流比。

典型應用
LED電流常由安定電阻或線性穩(wěn)壓器控制，但本文主要討論交換式穩(wěn)壓器。LED驅動架構基本上可分為降壓、升壓和升降壓等三種類型，實際架構則應由輸入電壓與輸出電壓的關系決定。

如果輸出電壓永遠低于輸入電壓，則可采用圖6所示的降壓穩(wěn)壓器。在此電路里，輸出濾波電感L1的平均電壓是由功率開關的負載周期所控制。TPS5430內含的FET開關導通時會將輸入電壓連接到電感L1并產(chǎn)生電流，逆向電壓保護二極管D2則會在開關截止時提供另一條電流路徑。L1電感可以穩(wěn)定LED電流，因為電路會透過電阻監(jiān)控LED電流，然后比較電阻電壓與控制組件內部的參考電壓以判斷電流大小：如果電流太小，就增加功率開關的負載周期來提高L1電感的平均電壓，以便讓LED電流升高。這個電路的工作效率很高，因為功率開關、逆向電壓保護二極管和電流感測電阻的電壓降都很小。

圖6 降壓式LED驅動器會將輸入電壓轉換為較低電壓

如果輸出電壓永遠大于輸入電壓，圖7所示的升壓轉換架構就是最佳選擇。這個設計除了控制電路外，同樣會使用內含功率開關的組件U1。功率開關導通時，電流會通過電感到地。開關截止時，U1接腳1的電壓會上升直到D1導通，電感也會經(jīng)由輸出電容C3和多個串聯(lián)的LED開始放電。多數(shù)應用會利用C3穩(wěn)定LED電流，若沒有該電容，LED電流會變成在零與電感電流之間交替切換的不連續(xù)電流，不僅會降低LED的亮度，還會產(chǎn)生更多熱量而縮短LED壽命。此電路也和前面一樣利用電阻感測LED電流，再根據(jù)結果調整負載周期。注意，此架構很大的缺點是沒有提供短路保護，輸出端短路會造成龐大電流通過電感與二極管，將導致電路故障或輸入電壓大幅下降。

圖7 整合式升壓LED驅動器將輸入電壓轉換為高電壓

如果輸入電壓的變動范圍很大，有時高于輸出電壓，有時又低于輸出電壓，那么單純的降壓或升壓架構就不適用。除此之外，升壓應用還可能需要短路保護功能。在此狀況下，設計人員應采用圖8所示的升降壓架構。這個電路與升壓轉換架構很類似，會在功率開關導通時建立電感電流，等到功率開關停止導通，電感電流就會通過輸出電容和LED。這種設計與升壓轉換架構的區(qū)別在于輸出電壓不是正值，而是負電壓。此架構還能在輸出短路時將開關Q1切斷，所以可以避免升壓架構發(fā)生的短路問題。此電路的另一特點是盡管輸出為負電壓，感測電路卻不需執(zhí)行電壓位準轉換——因為控制組件的地線連接到負輸出端，并直接測量感測電阻R100兩端的電壓。圖8中雖然只有1個LED，實際應用卻可串聯(lián)多顆。另外要注意的是，輸入電壓與輸出電壓的總和不能超過控制組件的最大電壓額定值。

圖8 升降壓架構支持很大的輸入電壓范圍