诠释LED电源拓扑如何完美提升LED照明能效

　　降压升压的拓扑方式电流相对较高，举例来说，如果输入及输出电压相同，电感及电源开关电流是输出电流的两倍以上，这对效能及功率消耗会造成负面影响。图3的「升压或降压」拓扑可减轻这些问题，在此电路中会有一个升压功率级，之后则有一个降压功率级。如果输入电压高于输出电压，升压功率级就会提供电压调节，而降压功率级则只传递功率。如果输入电压低于输出电压，则降压功率级提供电压调节，升压功率级传递功率。通常降压及升压的运作，会有一些重迭的时间，因此在变换模式时不会出现死区(Dead-band)。

　如果输入与输出电压几乎相同，则此电路所拥有的有利条件，就是开关与电感电流几乎等于输出电流，电感链波电流也会有较少的倾向。即使此电路中有四个功率开关，通常仍有显著的效能增进现象，这是电池应用的关键所在。图3所显示的SEPIC拓扑所需的FET较少，但是需要更多被动组件。SEPIC拓扑的优势，在于简易的接地参考FET及控制电路。此外，双通道电感可以结合为单耦合电感，节省面积与成本。不过和降压升压拓扑一样，SEPIC拓扑的开关电流较「降压或升压」及脉冲输出电流为高，需要能处理大量RMS电流的电容器。

　　基于安全考虑，可能会规定在脱机电压及输出电压之间进行隔离。此应用方式下，最节省成本的解决方法就是使用返驰转换器(图4)，在所有的隔离拓扑中，这种作法所需要的组件数量最少。变压器匝数比可用来对输出电压进行降压、升压或降压升压，设计弹性很大，不过缺点在于电源变压器基本上是订制组件。此外，在FET以及输入和输出电容器中，也会有高组件应力的情形出现。应用固定灯光时，可以使用「慢速」的回馈控制循环，调节LED电流与输入电压同相位的情形，进行功率因子校正(PFC)。这样可以调节所需的平均LED电流，并能调节输入电流与输入电压同相位的情形，以提供高功率因子。

　　LED调光技术藉PWM降低亮度较佳

　　LED常须要调光，举例来说，有时可能须要调整显示亮度或是建筑照明。有两种方式可以达到这个目标，一是降低LED电流，二是快速开关LED让肉眼平均其亮度。效果最差的方法就是降低电流，因为灯光输出与电流之间并不是完全的线性关系。此外，LED的颜色光谱在电流低于最大额定值时，会有偏移的倾向。人类对亮度的察觉是一种指数关系，因此如果要调整亮度，可能须要大幅度改变电流，这对电路设计的影响甚大。因为在最大电流下3%的调节错误，可能会因为电路容忍度，在10%的负载时出现30%以上的错误。藉由脉冲宽度调变(PWM)影响电流而降低亮度，是比较正确的作法，不过仍然有反应速度的问题。在照明或显示时，须要使用100Hz以上的脉冲宽度调节，人类眼睛才不会察觉到闪烁的情形。10%的脉冲宽度是在毫秒范围之中，因此电源供应的带宽需要大于10kHz。

　　针对不同LED应用各种电源拓扑应运而生

　　如同表2所示，LED已广泛运用于各领域，因此需要许多种类的电源拓扑，支持LED的应用。一般而言，必须考虑输入电压、输出电压及对隔离的需求，以做出适当选择。

　　如果输入电压一定大于或小于输出电压，选择就很明确，一定是降压或升压。但如果彼此关系并不明确，便不易做出选择，有非常多的折冲作法，包括效能、成本以及可靠性等等。