LED驅動電源的拓撲結構選擇

圖2：常見的DC-DC LED驅動方式

開關穩壓器具有更高的能效，與電壓無關，且能控制亮度，不足則是成本相對較高，復雜度也更高，且存在電磁干擾(EMI)問題。LED DC-DC開關穩壓器常見的拓撲結構包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(SEPIC) 等不同類型。其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時采用降壓結構，如采用24 Vdc驅動6顆串聯的LED;與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時采用升壓結構，如采用12 Vdc驅動6顆串聯的LED;而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC結構，如采用12 Vdc或12 Vac驅動4顆串聯的LED，但這種結構的成本及能效最不理想。

采用交流電源直接驅動LED的方式近年來也獲得了一定的發展，其應用示意圖參見圖5。這種結構中，LED串以相反方向排列，工作在半周期，且LED在線路電壓大于正向電壓時才導通。這種結構具有其優勢，如避免AC-DC轉換所帶來的功率損耗等。但是，這種結構中LED在低頻開關，故人眼可能會察覺到閃爍現象。此外，在這種設計中還需要加入LED保護措施，使其免受線路浪涌或瞬態的影響。

圖3：直接采用交流驅動LED的示意圖

LED拓撲選擇示例分析

圖 4中所顯示的信息有助于為 LED 驅動器選擇最佳的開關拓撲。除這些拓撲之外，您還可使用簡易的限流電阻器或線性穩壓器來驅動 LED，但是此類方法通常會浪費過多功率。所有相關的設計參數包括輸入電壓范圍、驅動的 LED 數量、LED 電流、隔離、EMI 抑制以及效率。大多數的 LED 驅動電路都屬于下列拓撲類型：降壓型、升壓型、降壓-升壓型、SEPIC 和反激式拓撲。

圖4：備選的LED 電源拓撲

圖 5 顯示了三種基本的電源拓撲示例。第一個示意圖所顯示的降壓穩壓器適用于輸出電壓總小于輸入電壓的情形。在圖5中， 降壓穩壓器會通過改變 MOSFET 的開啟時間來控制電流進入 LED。電流感應可通過測量電阻器兩端的電壓獲得，其中該電阻器應與 LED 串聯。對該方法來說，重要的設計難題是如何驅動 MOSFET。從性價比的角度來說，推薦使用需要浮動柵極驅動的 N 通道場效 應晶體管 (FET)。這需要一個驅動變壓器或浮動驅動電路(其可用于維持內部電壓高于輸入電壓)。

圖5：簡單的降壓和升壓型拓撲為LED 供電

圖 5還顯示了備選的降壓穩壓器 (buck #2)。在此電路中，MOSFET 對接地進行驅動，從而大大降低了驅動電路要求。該電路可選 擇通過監測 FET 電流或與 LED 串聯的電流感應電阻來感應 LED 電流。后者需要一個電平移位電路來獲得電源接地的信息，但這會 使簡單的設計復雜化。另外，圖5中還顯示了一個升壓轉換器，該轉換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時使用。由于 MOSFET 對 接地進行驅動并且電流感應電阻也采用接地參考，因此此類拓撲設計起來就很容易。該電路的一個不足之處是在短路期間，通過電 感器的電流會毫無限制。您可以通過保險絲或電子斷路器的形式來增加故障保護。此外，某些更為復雜的拓撲也可提供此類保護。