让LED更高效的驱动设计

　　为每一个功率级都构建一个简单的P-Spice模型，以阐明每一功率级控制特性的区别。降压功率FET和二极管的开关动作建模为压控电压源，增益为10，而LED则建模为与6V电压源串联的3Ω的电阻。在LED和接地之间添加了一个1Ω的电阻，用于对电流进行检测，图10显示了其结果。在电路A中，该响应就是稳定的一阶系统的响应。DC增益由压控电压源（LED电阻和电流检测电阻构成的分压器）确定，系统的极性由输出电感和电路电阻决定，补偿电路则简单地由类型2放大器构成。电路B由于增加了输出电容，因此有二阶响应。若LED的纹波电流过大并达到难以接受的程度，则可能需要该输出电容，这是由于EMI或热量等问题的出现造成的。DC增益与第一个电路一样。不过，在输出电感和电容确定的频率处有一对复极点。

　　滤波器的总相移为180度。若没有很好地设计补偿电路，可能会导致系统不稳定。补偿电路的设计与传统电压模式电源相类似，传统电压模式电源要求有一个类型3的放大器。与电路A相比，该补偿电路增加了两个组件以及一个输出电容。在电路3中我们对输出电容进行了重定位，以便更容易对电路进行补偿。LED的纹波电压与电路B类似，所不同的是电感的纹波电流流过电流检测电阻R105。因此在计算功耗时也要考虑到这一部分功耗。该电路有一个零点，一对极点，并且其补偿设计与电路A差不多简单，DC增益也与前两个电路相同。该电路的电容和LED串联电阻引入了一个零极，并拥有两个极点，一个由输出电容和电流检测电阻确定；另一个则由电流检测电阻和输出电感确定。在高频率时，其响应与电路A一样。

图10 电位滤波器的增益和相位图

　　5 调光

　　通常，我们需要对LED进行调光。例如，您需要调低显示器或建筑照明的亮度。实现上述目标有两种方法：您既可以降低LED的电流，也可以快速地开关LED。效率最低的方法是降低电流，因为光输出并不完全与电流呈线性，并且LED的色谱往往是在电流小于额定值时才会发生变化。请不要忘记，人们对亮度的感知是指数式的，因此调光可能需要对电流进行很大更改，这对电路设计会造成很大的影响。考虑到电路的容差，满负载电流值工作时3%的调节误差可以造成10%负载时的30%或更高的误差。通过电流波形的脉宽调制（PWM）进行调光更为准确，尽管这种方法存在响应速度问题。在照明和显示器应用上，PWM需要高于100Hz的频率，以使肉眼感觉不到闪烁。10%的脉冲宽度在毫秒范围内，并要求电源的带宽大于10kHz，此项工作可以通过图9（A与C）中简单的环路轻松地完成。图11阐明了带PWM调光功能的降压功率级电路。在本例中，LED轻松地闭合/断开电路。通过这种方式，控制环路总是处于激活状态，并实现了极快的瞬态响应（请参见图12）。

图11 Q1用于对LED电流进行脉宽调制

图12 PWM技术可实现亚微秒的LED开关速度

　　6 结语

　　LED的应用和前景我们都有目共睹，但在实际生活中仍存在不少问题，需要去解决。在汽车应用中，由于对可靠性和安全性的要求非常高，LED器件就得到了最大程度的应用。车载电气系统对电源质量要求很高，因此，必须设计保护电路避免在电压超过60V时出现“抛负载”现象。建筑照明LED的电源设计问题也很多，由于其经常是离线式运行，因此需要进行功率因数校正，以及对电流和亮度的控制。另外，LED正被广泛地整合到投影和电视等产品中，此类产品要求快速的响应、控制良好的电流、以及完美的开关控制，这些都给设计人员提出了新的挑战，也就意味着LED将趋向更广阔的市场。