詮釋LED電源拓撲如何完美提升LED照明能效

　　降壓升壓的拓撲方式電流相對較高，舉例來說，如果輸入及輸出電壓相同，電感及電源開關電流是輸出電流的兩倍以上，這對效能及功率消耗會造成負面影響。圖3的「升壓或降壓」拓撲可減輕這些問題，在此電路中會有一個升壓功率級，之后則有一個降壓功率級。如果輸入電壓高于輸出電壓，升壓功率級就會提供電壓調節，而降壓功率級則只傳遞功率。如果輸入電壓低于輸出電壓，則降壓功率級提供電壓調節，升壓功率級傳遞功率。通常降壓及升壓的運作，會有一些重迭的時間，因此在變換模式時不會出現死區(Dead-band)。

　如果輸入與輸出電壓幾乎相同，則此電路所擁有的有利條件，就是開關與電感電流幾乎等于輸出電流，電感鏈波電流也會有較少的傾向。即使此電路中有四個功率開關，通常仍有顯著的效能增進現象，這是電池應用的關鍵所在。圖3所顯示的SEPIC拓撲所需的FET較少，但是需要更多被動組件。SEPIC拓撲的優勢，在于簡易的接地參考FET及控制電路。此外，雙通道電感可以結合為單耦合電感，節省面積與成本。不過和降壓升壓拓撲一樣，SEPIC拓撲的開關電流較「降壓或升壓」及脈沖輸出電流為高，需要能處理大量RMS電流的電容器。

　　基于安全考慮，可能會規定在脫機電壓及輸出電壓之間進行隔離。此應用方式下，最節省成本的解決方法就是使用返馳轉換器(圖4)，在所有的隔離拓撲中，這種作法所需要的組件數量最少。變壓器匝數比可用來對輸出電壓進行降壓、升壓或降壓升壓，設計彈性很大，不過缺點在于電源變壓器基本上是訂制組件。此外，在FET以及輸入和輸出電容器中，也會有高組件應力的情形出現。應用固定燈光時，可以使用「慢速」的回饋控制循環，調節LED電流與輸入電壓同相位的情形，進行功率因子校正(PFC)。這樣可以調節所需的平均LED電流，并能調節輸入電流與輸入電壓同相位的情形，以提供高功率因子。

　　LED調光技術藉PWM降低亮度較佳

　　LED常須要調光，舉例來說，有時可能須要調整顯示亮度或是建筑照明。有兩種方式可以達到這個目標，一是降低LED電流，二是快速開關LED讓肉眼平均其亮度。效果最差的方法就是降低電流，因為燈光輸出與電流之間并不是完全的線性關系。此外，LED的顏色光譜在電流低于最大額定值時，會有偏移的傾向。人類對亮度的察覺是一種指數關系，因此如果要調整亮度，可能須要大幅度改變電流，這對電路設計的影響甚大。因為在最大電流下3%的調節錯誤，可能會因為電路容忍度，在10%的負載時出現30%以上的錯誤。藉由脈沖寬度調變(PWM)影響電流而降低亮度，是比較正確的作法，不過仍然有反應速度的問題。在照明或顯示時，須要使用100Hz以上的脈沖寬度調節，人類眼睛才不會察覺到閃爍的情形。10%的脈沖寬度是在毫秒范圍之中，因此電源供應的帶寬需要大于10kHz。

　　針對不同LED應用各種電源拓撲應運而生

　　如同表2所示，LED已廣泛運用于各領域，因此需要許多種類的電源拓撲，支持LED的應用。一般而言，必須考慮輸入電壓、輸出電壓及對隔離的需求，以做出適當選擇。

　　如果輸入電壓一定大于或小于輸出電壓，選擇就很明確，一定是降壓或升壓。但如果彼此關系并不明確，便不易做出選擇，有非常多的折沖作法，包括效能、成本以及可靠性等等。