LED驱动电源的拓扑结构选择

图6：降压-升压型拓扑可调节大于或小于 Vout 的输入电压

图 6显示了两款降压-升压型电路，该电路可在输入电压和输出电压相比时高时低时使用。两者具有相同的折衷特性(其中折衷可 在有关电流感应电阻和栅极驱动位置的两个降压型拓扑中显现)。图6中的降压-升压型拓扑显示了一个接地参考的栅极驱动。它需要一个电平移位的电流感应信号，但是该反向降压-升压型电路具有一个接地参考的电流感应和电平移位的栅极驱动。如果控制 IC 与负输出有关，并且电流感应电阻和LED 可交换，那么该反向降压-升压型电路就能以非常有用的方式进行配置。适当的控制 IC，就 能直接测量输出电流，并且 MOSFET 也可被直接驱动。

该降压-升压方法的一个缺陷是电流相当高。例如，当输入和输出电压相同时，电感和电源开关电流则为输出电流的两倍。这会 对效率和功耗产生负面的影响。在许多情况下，图7中的“降压或升压型”拓扑将缓和这些问题。在该电路中，降压功率级之后是一个 升压。如果输入电压高于输出电压，则在升压级刚好通电时，降压级会进行电压调节。如果输入电压小于输出电压，则升压级会进行 调节而降压级则通电。通常要为升压和降压操作预留一些重叠，因此从一个模型转到另一模型时就不存在静带。

当输入和输出电压几乎相等时，该电路的好处是开关和电感器电流也近乎等同于输出电流。电感纹波电流也趋向于变小。即使 该电路中有四个电源开关，通常效率也会得到显著的提高，在电池应用中这一点至关重要。图7中还显示了 SEPIC 拓扑，此类拓扑 要求较少的 FET，但需要更多的无源组件。其好处是简单的接地参考 FET 驱动器和控制电路。此外，可将双电感组合到单一的耦合 电感中，从而节省空间和成本。但是像降压-升压拓扑一样，它具有比“降压或升压”和脉动输出电流更高的开关电流，这就要求电容 器可通过更大的 RMS 电流。

图7：降压或升压型以及 SEPIC 拓扑提供了更高的效率

出于安全考虑，可能规定在离线电压和输出电压之间使用隔离。在此应用中，最具性价比的解决方案是反激式转换器(请参见图8)。它要求所有隔离拓扑的组件数最少。变压器匝比可设计为降压、升压或降压-升压输出电压，这样就提供了极大的设计灵活性。 但其缺点是电源变压器通常为定制组件。此外，在 FET 以及输入和输出电容器中存在很高的组件应力。在稳定照明应用中，可通过 使用一个“慢速”反馈控制环路(可调节与输入电压同相的 LED 电流)来实现功率因数校正 (PFC) 功能。通过调节所需的平均 LED 电 流以及与输入电压同相的输入电流，即可获得较高的功率因数。

图8：反激式转换器可提供隔离和功率因数校正功能

调光技术

需要对 LED 进行调光是一件很平常的事。例如，可能需要调节显示屏或调节建筑灯的亮度。实现此操作的方式有两种：即降低 LED 电流或快速打开 LED 再关闭，然后使眼睛最终得到平衡。因为光输出并非完全与电流呈线性关系，因此降低电流的方法效率最低。此外，LED 色谱通常会在电流低于额定值时发生改变。请记住：人对亮度的感知成指数倍增，因此调光就需要电流出现更大的百 分比变动。因为在全电流下，3% 的调节误差由于电路容差缘故可在 10% 的负载下放大成 30% 甚至更大的误差，因此这会对电路设 计产生重大的影响。尽管存在响应速度问题，但通过脉宽调制 (PWM) 来调节电流仍更为精确。当照明和显示时，需要 100Hz 以上的 PWM 才能使人眼不会察觉到闪烁。10% 的脉冲宽度处于毫秒范围内，并且要求电源具有高于 10 kHz 以上的带宽。