LED驱动电源的拓扑结构选择

图2：常见的DC-DC LED驱动方式

开关稳压器具有更高的能效，与电压无关，且能控制亮度，不足则是成本相对较高，复杂度也更高，且存在电磁干扰(EMI)问题。LED DC-DC开关稳压器常见的拓扑结构包括降压(Buck)、升压(Boost)、降压-升压(Buck-Boost)或单端初级电感转换器(SEPIC) 等不同类型。其中，所有工作条件下最低输入电压都大于LED串最大电压时采用降压结构，如采用24 Vdc驱动6颗串联的LED;与之相反，所有工作条件下最大输入电压都小于最低输出电压时采用升压结构，如采用12 Vdc驱动6颗串联的LED;而输入电压与输出电压范围有交迭时可以采用降压-升压或SEPIC结构，如采用12 Vdc或12 Vac驱动4颗串联的LED，但这种结构的成本及能效最不理想。

采用交流电源直接驱动LED的方式近年来也获得了一定的发展，其应用示意图参见图5。这种结构中，LED串以相反方向排列，工作在半周期，且LED在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势，如避免AC-DC转换所带来的功率损耗等。但是，这种结构中LED在低频开关，故人眼可能会察觉到闪烁现象。此外，在这种设计中还需要加入LED保护措施，使其免受线路浪涌或瞬态的影响。

图3：直接采用交流驱动LED的示意图

LED拓扑选择示例分析

图 4中所显示的信息有助于为 LED 驱动器选择最佳的开关拓扑。除这些拓扑之外，您还可使用简易的限流电阻器或线性稳压器来驱动 LED，但是此类方法通常会浪费过多功率。所有相关的设计参数包括输入电压范围、驱动的 LED 数量、LED 电流、隔离、EMI 抑制以及效率。大多数的 LED 驱动电路都属于下列拓扑类型：降压型、升压型、降压-升压型、SEPIC 和反激式拓扑。

图4：备选的LED 电源拓扑

图 5 显示了三种基本的电源拓扑示例。第一个示意图所显示的降压稳压器适用于输出电压总小于输入电压的情形。在图5中， 降压稳压器会通过改变 MOSFET 的开启时间来控制电流进入 LED。电流感应可通过测量电阻器两端的电压获得，其中该电阻器应与 LED 串联。对该方法来说，重要的设计难题是如何驱动 MOSFET。从性价比的角度来说，推荐使用需要浮动栅极驱动的 N 通道场效 应晶体管 (FET)。这需要一个驱动变压器或浮动驱动电路(其可用于维持内部电压高于输入电压)。

图5：简单的降压和升压型拓扑为LED 供电

图 5还显示了备选的降压稳压器 (buck #2)。在此电路中，MOSFET 对接地进行驱动，从而大大降低了驱动电路要求。该电路可选 择通过监测 FET 电流或与 LED 串联的电流感应电阻来感应 LED 电流。后者需要一个电平移位电路来获得电源接地的信息，但这会 使简单的设计复杂化。另外，图5中还显示了一个升压转换器，该转换器可在输出电压总是大于输入电压时使用。由于 MOSFET 对 接地进行驱动并且电流感应电阻也采用接地参考，因此此类拓扑设计起来就很容易。该电路的一个不足之处是在短路期间，通过电 感器的电流会毫无限制。您可以通过保险丝或电子断路器的形式来增加故障保护。此外，某些更为复杂的拓扑也可提供此类保护。