LED的高效驅動電路分析

　　關閉 LED 電源上的電流環路比關閉傳統電源上的電壓環路簡單。環路的復雜性取決于輸出濾波器的配置。圖8顯示了三種可能的配置：只有一個簡單電感器的濾波器(A);一個典型的電源濾波器(B);以及一個修正后的濾波器(C)。

　　圖8 電位輸出濾波器設置

　　為每一個功率級都構建一個簡單的P-Spice模型，以闡明每一功率級控制特性的區別。降壓功率FET和二極管的切換建模為電壓控制的電壓源，增益為10dB，而LED則建模為與6V電壓源串聯的3W電阻。在LED和接地之間添加了一個1W的電阻，用于對電流進行感測。在電路A中，該響應來自穩定的一階系統。DC增益由電壓控制的電壓源確定，LED電阻和電流感測電阻構成了分壓器，系統的極性由輸出電感和電路電阻決定，補償電路則由類型2放大器構成。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，則可能要求該輸出電容工作，這是由于 EMI 或熱量等問題的出現造成的。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.若沒有很好地設計補償電流，可能會導致系統不穩定。補償電流的設計與傳統電壓模式電源類似，傳統電壓模式電源要求有一個類型3的放大器。與電路 A 相比，補償電路增加了兩個組件以及一個輸出電容。在電路 3 中對輸出電容進行重定位，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感測電阻 R105。因此，在計算功耗時也要考慮到這一部分。該電路有一個零點，一對極點，并且其補償設計與電路 A 一樣簡單，DC 增益也與前兩個電路相同。該電路的電容和 LED 串聯電阻引入了一個零點，并擁有兩個極點，一個由輸出電容和電流感測電阻確定;另一個則由電流感測電阻和輸出電感確定。在高頻率時，其響應與電路 A 一樣。

　　調光

　　通常需要對 LED 進行調光。例如，需要調節顯示器或建筑照明的亮度。實現上述目標有兩種方法：降低 LED 的電流，或快速對 LED 進行開關操作。更有效率的方法是降低電流，因為光輸出并不完全與電流呈線性關系，并且，LED 的色譜在電流小于額定值時會發生變化。人們對亮度的感知是指數型的，因此，調光可能需要對電流進行很大更改，這會對電路設計造成很大的影響。考慮到電路的容差，滿電流值工作時，3%的調節誤差可以造成10%負載時的30%或更高的誤差。通過電流波形的脈寬調制 (PWM) 進行調光更為準確，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頻率高于 100Hz，以使肉眼感覺不到閃爍。10% 的脈沖寬度在ms量級內，并要求電源的帶寬大于 10kHz，此項工作可以通過圖8(A 與 C)中簡單的環路完成。圖9為帶 PWM 調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，控制環路總是處于激活狀態，并實現了極快的瞬態響應。

　　圖9 Q1 用于PWM LED電流

　　結語

　　車載電氣系統對電源質量要求很高，因此，必須設計保護電路，以避免在電壓超過 60V 時出現“拋負載”現象。建筑 LED 的電源設計問題也很多，需要進行功率因數矯正，以及對電流和亮度的控制。