高效率 LED 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

圖5 紋波電流導(dǎo)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(huì)對(duì)LED功耗造成太大影響。舉例來說，當(dāng)紋波電流達(dá)到輸出電流的一半時(shí)，耗電量只會(huì)增加不到5%。但若紋波電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)水平，設(shè)計(jì)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(gè)簡單的經(jīng)驗(yàn)法則是：接面溫度每降低10℃，半導(dǎo)體組件壽命就會(huì)延長一倍。另外，多數(shù)設(shè)計(jì)由于受到電感的限制，都會(huì)盡量降低紋波電流，因?yàn)榇蟛糠蛛姼兄荒軕?yīng)付20%以下的Ipk/Iout紋波電流比。

典型應(yīng)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(qū)動(dòng)架構(gòu)基本上可分為降壓、升壓和升降壓等三種類型，實(shí)際架構(gòu)則應(yīng)由輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系決定。

如果輸出電壓永遠(yuǎn)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(guān)的負(fù)載周期所控制。TPS5430內(nèi)含的FET開關(guān)導(dǎo)通時(shí)會(huì)將輸入電壓連接到電感L1并產(chǎn)生電流，逆向電壓保護(hù)二極管D2則會(huì)在開關(guān)截止時(shí)提供另一條電流路徑。L1電感可以穩(wěn)定LED電流，因?yàn)殡娐窌?huì)透過電阻監(jiān)控LED電流，然后比較電阻電壓與控制組件內(nèi)部的參考電壓以判斷電流大?。喝绻娏魈?，就增加功率開關(guān)的負(fù)載周期來提高L1電感的平均電壓，以便讓LED電流升高。這個(gè)電路的工作效率很高，因?yàn)楣β书_關(guān)、逆向電壓保護(hù)二極管和電流感測(cè)電阻的電壓降都很小。

圖6 降壓式LED驅(qū)動(dòng)器會(huì)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低電壓

如果輸出電壓永遠(yuǎn)大于輸入電壓，圖7所示的升壓轉(zhuǎn)換架構(gòu)就是最佳選擇。這個(gè)設(shè)計(jì)除了控制電路外，同樣會(huì)使用內(nèi)含功率開關(guān)的組件U1。功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電流會(huì)通過電感到地。開關(guān)截止時(shí)，U1接腳1的電壓會(huì)上升直到D1導(dǎo)通，電感也會(huì)經(jīng)由輸出電容C3和多個(gè)串聯(lián)的LED開始放電。多數(shù)應(yīng)用會(huì)利用C3穩(wěn)定LED電流，若沒有該電容，LED電流會(huì)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(huì)降低LED的亮度，還會(huì)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(cè)LED電流，再根據(jù)結(jié)果調(diào)整負(fù)載周期。注意，此架構(gòu)很大的缺點(diǎn)是沒有提供短路保護(hù)，輸出端短路會(huì)造成龐大電流通過電感與二極管，將導(dǎo)致電路故障或輸入電壓大幅下降。

圖7 整合式升壓LED驅(qū)動(dòng)器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為高電壓

如果輸入電壓的變動(dòng)范圍很大，有時(shí)高于輸出電壓，有時(shí)又低于輸出電壓，那么單純的降壓或升壓架構(gòu)就不適用。除此之外，升壓應(yīng)用還可能需要短路保護(hù)功能。在此狀況下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用圖8所示的升降壓架構(gòu)。這個(gè)電路與升壓轉(zhuǎn)換架構(gòu)很類似，會(huì)在功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)建立電感電流，等到功率開關(guān)停止導(dǎo)通，電感電流就會(huì)通過輸出電容和LED。這種設(shè)計(jì)與升壓轉(zhuǎn)換架構(gòu)的區(qū)別在于輸出電壓不是正值，而是負(fù)電壓。此架構(gòu)還能在輸出短路時(shí)將開關(guān)Q1切斷，所以可以避免升壓架構(gòu)發(fā)生的短路問題。此電路的另一特點(diǎn)是盡管輸出為負(fù)電壓，感測(cè)電路卻不需執(zhí)行電壓位準(zhǔn)轉(zhuǎn)換——因?yàn)榭刂平M件的地線連接到負(fù)輸出端，并直接測(cè)量感測(cè)電阻R100兩端的電壓。圖8中雖然只有1個(gè)LED，實(shí)際應(yīng)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(gòu)支持很大的輸入電壓范圍