若需控制LED 亮度，就必須具備能夠提供恒定、穩(wěn)壓電流的驅(qū)動器。而要達到此目標，驅(qū)動器拓樸必須能產(chǎn)生足夠的輸出電壓來順向偏置 LED。那麼當輸入和輸出電壓范圍重疊時，設(shè)計人員又該如何選擇呢？轉(zhuǎn)換器有時可能需要逐漸降低輸入電壓，但有時也可能需要升高輸出電壓。以上情況通常出現(xiàn)在那些具有大范圍"臟" (dirty) 輸入功率來源的應(yīng)用中，例如車載系統(tǒng)。在這種降壓/升壓的操作中，幾種拓樸可以達到較好的效果，像是 SEPIC 或四次切換升降壓拓樸。這些拓樸一般需要大量的元件，設(shè)計的材料成本也因而增加。但由於它們可提供正輸出電壓，因此設(shè)計人員通常視其為可接受的方案。不過負輸出電壓轉(zhuǎn)換器也是另一種不該被忽略的替代解決方案。
圖 1 顯示在恒定電流配置中驅(qū)動 3 個 LED 的反相升降壓電路示意圖。該電路擁有諸多優(yōu)點。首先，它使用了標準降壓控制器，不但能將成本降到最低，并有助於所有系統(tǒng)級的再利用。如果需要，設(shè)計人員也可以輕松改造該電路以利用整合型 FET 降壓控制器或同步降壓拓樸來提升效率。這種拓樸使用的功率級元件數(shù)目與簡易降壓轉(zhuǎn)換器相同，因此可將切換穩(wěn)壓器的元件數(shù)降至最低，同時達到相對於其他拓樸的最低總體成本。由於 LED 本身的輸出為光線，就系統(tǒng)級而言 LED 因受到負電壓而產(chǎn)生偏壓并不會造成影響，跟正電壓的情況不同，也因此使其成為一種值得考慮的電路設(shè)計。
圖 1 利用負輸出電壓，以升降壓拓樸調(diào)節(jié)恒定 LED 電流
LED 電流的調(diào)節(jié)是透過感應(yīng)感測電阻 R1 兩端的電壓并將其用作控制電路的反饋。控制器接地接腳必須為負輸出電壓的參考電壓，以便讓該直接反饋正常運作。如果控制器為系統(tǒng)接地的參考電壓，則需要一個電平移位電路。這種"負接地"對電路構(gòu)成了一些限制。功率 MOSFET、二極體和控制器的額定電壓必須高於輸入與輸出電壓的總和。
其次，從外部連接控制器 (例如致能) 需要將訊號從系統(tǒng)接地到控制器接地進行電平移位，因此需要更多的元件。單就這個原因而言，消除或?qū)⒉槐匾耐獠靠刂茰p至最低是最好的辦法。
最後相較於四次切換的升降壓拓樸，反相升降壓拓樸中的功率裝置會受到額外的電壓和電流壓力，進而降低了相關(guān)效率，但該效率與 SEPIC 相當。即便如此，這種電路還是能夠達到 89% 的效率。藉由該電路的完全同步化，效率還可以再提高 2%～3%。
透過軟啟動電容器 C5 的短路快速地開/關(guān)轉(zhuǎn)換器，是調(diào)節(jié) LED 亮度一種簡單的方法。圖 2 顯示了 PWM 輸入訊號和實際的 LED 電流。這種 PWM 亮度調(diào)節(jié)方法較為有效，因為轉(zhuǎn)換器關(guān)閉并且在 SS 接腳短路時僅消耗極少的功率。但是這種方法也相對較慢，因為轉(zhuǎn)換器每次開啟時都必須以一種可控制方式逐漸升高輸出電流，進而在輸出電流上升以前產(chǎn)生一個非線性、有限的停滯時間 (dead-time)。同時，這也將開啟時間的最小負載周期降低至 10%-20%。在一些不要求高速和 100% PWM 調(diào)節(jié)的 LED 應(yīng)用中，這種方法或許就已足夠。
這種反相升降壓電路為工程師提供了另一種驅(qū)動 LED的方法。低成本降壓控制器的使用以及較少的元件數(shù)量使其成為替代高復(fù)雜度拓樸的一種理想方法。
圖 2 PWM驅(qū)動 (頂部) 高效地控制 LED 電流 (底部) |
