讓LED更高效的驅(qū)動設計

　　為每一個功率級都構(gòu)建一個簡單的P-Spice模型，以闡明每一功率級控制特性的區(qū)別。降壓功率FET和二極管的開關動作建模為壓控電壓源，增益為10，而LED則建模為與6V電壓源串聯(lián)的3Ω的電阻。在LED和接地之間添加了一個1Ω的電阻，用于對電流進行檢測，圖10顯示了其結(jié)果。在電路A中，該響應就是穩(wěn)定的一階系統(tǒng)的響應。DC增益由壓控電壓源（LED電阻和電流檢測電阻構(gòu)成的分壓器）確定，系統(tǒng)的極性由輸出電感和電路電阻決定，補償電路則簡單地由類型2放大器構(gòu)成。電路B由于增加了輸出電容，因此有二階響應。若LED的紋波電流過大并達到難以接受的程度，則可能需要該輸出電容，這是由于EMI或熱量等問題的出現(xiàn)造成的。DC增益與第一個電路一樣。不過，在輸出電感和電容確定的頻率處有一對復極點。

　　濾波器的總相移為180度。若沒有很好地設計補償電路，可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。補償電路的設計與傳統(tǒng)電壓模式電源相類似，傳統(tǒng)電壓模式電源要求有一個類型3的放大器。與電路A相比，該補償電路增加了兩個組件以及一個輸出電容。在電路3中我們對輸出電容進行了重定位，以便更容易對電路進行補償。LED的紋波電壓與電路B類似，所不同的是電感的紋波電流流過電流檢測電阻R105。因此在計算功耗時也要考慮到這一部分功耗。該電路有一個零點，一對極點，并且其補償設計與電路A差不多簡單，DC增益也與前兩個電路相同。該電路的電容和LED串聯(lián)電阻引入了一個零極，并擁有兩個極點，一個由輸出電容和電流檢測電阻確定；另一個則由電流檢測電阻和輸出電感確定。在高頻率時，其響應與電路A一樣。

圖10 電位濾波器的增益和相位圖

　　5 調(diào)光

　　通常，我們需要對LED進行調(diào)光。例如，您需要調(diào)低顯示器或建筑照明的亮度。實現(xiàn)上述目標有兩種方法：您既可以降低LED的電流，也可以快速地開關LED。效率最低的方法是降低電流，因為光輸出并不完全與電流呈線性，并且LED的色譜往往是在電流小于額定值時才會發(fā)生變化。請不要忘記，人們對亮度的感知是指數(shù)式的，因此調(diào)光可能需要對電流進行很大更改，這對電路設計會造成很大的影響。考慮到電路的容差，滿負載電流值工作時3%的調(diào)節(jié)誤差可以造成10%負載時的30%或更高的誤差。通過電流波形的脈寬調(diào)制（PWM）進行調(diào)光更為準確，盡管這種方法存在響應速度問題。在照明和顯示器應用上，PWM需要高于100Hz的頻率，以使肉眼感覺不到閃爍。10%的脈沖寬度在毫秒范圍內(nèi)，并要求電源的帶寬大于10kHz，此項工作可以通過圖9（A與C）中簡單的環(huán)路輕松地完成。圖11闡明了帶PWM調(diào)光功能的降壓功率級電路。在本例中，LED輕松地閉合/斷開電路。通過這種方式，控制環(huán)路總是處于激活狀態(tài)，并實現(xiàn)了極快的瞬態(tài)響應（請參見圖12）。

圖11 Q1用于對LED電流進行脈寬調(diào)制

圖12 PWM技術可實現(xiàn)亞微秒的LED開關速度

　　6 結(jié)語

　　LED的應用和前景我們都有目共睹，但在實際生活中仍存在不少問題，需要去解決。在汽車應用中，由于對可靠性和安全性的要求非常高，LED器件就得到了最大程度的應用。車載電氣系統(tǒng)對電源質(zhì)量要求很高，因此，必須設計保護電路避免在電壓超過60V時出現(xiàn)“拋負載”現(xiàn)象。建筑照明LED的電源設計問題也很多，由于其經(jīng)常是離線式運行，因此需要進行功率因數(shù)校正，以及對電流和亮度的控制。另外，LED正被廣泛地整合到投影和電視等產(chǎn)品中，此類產(chǎn)品要求快速的響應、控制良好的電流、以及完美的開關控制，這些都給設計人員提出了新的挑戰(zhàn)，也就意味著LED將趨向更廣闊的市場。