驱动 LED：拓扑选择很重要

我描述了LED 驱动器中常见的 DC/DC 拓扑——降压或降压稳压器。发光二极管（HB- led）在每封装流明输出和光效（efficacy，单位为流明/瓦或lm/W）方面的性能快速提升。商用的1WLED已提供有冷色温LED（色温 5000K）的每封装流明输出超过100流明，光效达100lm/W，而相同功率等级的暖色温白光LED（色温3000至3500K）也超过了70到80 流明。

LED驱动电路的其中一项主要功能是在多种工作条件下稳流，而不论输入条件如何及正向电压如何变化。驱动电路必须符合能效、电容容限、外形因数、成本及安全性方面的应用要求。与此同时，所选的方法必须易用及足够强固，从而适应特定应用的极端环境。有几种不同的稳流方法。

采用固定电压电源供电的电阻是最简单、最低成本的稳流方法。实际上，它们并不稳流，只是在LED正向电压变化及源电压变化并导致电流变化从而引起亮度变异时，简单地限制最大电流。对于低电流指示器应用而言，这可能可以接受，但随着电流增大及串联的LED数量增加，就变得有问题了。要克服这个问题，需要费钱又费时地对LED进行编码及选择恰当的电阻来匹配LED串正向电压。即使采取这些步骤，仍然会有由输入电压变化导致的亮度变化问题。

在这篇文章中，我将讨论一些在驱动 LED 中也很常见的其他 DC/DC 拓扑——升压转换器、升压输入转换器和单端初级电感转换器 (SEPIC)，如图 1 所示。

升压转换器提供始终高于输入电压的输出电压。升压输入转换器的结构类似于升压转换器，负载连接在转换器输出和输入端口之间。SEPIC 提供相对于地的输出电压，该电压可以低于或高于输入电压。SEPIC 由一个耦合电感器和一个电容器组成，而不是像升压或升压至输入转换器那样的单个电感器。

图 1：升压转换器、升压输入转换器和 SEPIC 的 DC/DC 转换器拓扑

您可能想知道什么样的应用需要这些拓扑：一种流行的是 LED 头灯。典型的汽车 LED 前照灯控制单元框图如图 2 所示。道路上越来越多的车辆配备 LED，而不是传统的白炽灯或高强度放电灯。LED 使用寿命更长，DC/DC LED 驱动电路提供更好的系统效率。

使用这些拓扑还有其他原因。原因之一是 LED 的灵活电压（或 LED 数量）可实现前照灯功能，包括远光灯、近光灯、日间行车灯 (DRL) 和雾灯。另一个原因是汽车电池通常不处于固定电压水平。在冷启动、热启动和负载突降等极端条件下，汽车电池可提供从低于 6V 到超过 40V 的电压范围。使用如此大范围的输入电压来驱动 LED，自然选择升压至输入转换器或 SEPIC。当然，如果 LED 电压始终高于 40V（在汽车电池提供的整个输入电压范围内），升压转换器将是最佳选择。

图 2：典型汽车 LED 前照灯控制单元的框图

构建这些类型转换器的常用方法是使用低侧 N 沟道 FET 控制器，例如 LM3421、LM3423、LM3424 或 LM3429。TI 新发布的TPS92691可配置为升压转换器、升压至输入转换器或 SEPIC。通过一个独立的模拟电流调节输入引脚和一个脉宽调制 (PWM) 调光输入引脚，该转换器能够在组合两个引脚的输入时提供 1,000 比 1 的对比度。TPS92691 具有一个轨到轨电流检测放大器，可为高侧电流检测电阻器或低侧电流检测电阻器提供灵活性。对于低至 2V 或高达 60V 的输出 LED 电压电平，它还可以在室温下以 +/-3% 的精度调节平均 LED 电流。

针对给定应用去评估最恰当的LED驱动器方案时，有多种拓扑结构可供选择，但也须考虑不同的取舍。虽然大多数应用采用可以产生12V、24V或36V电压的离线AC-DC电源供电，但采用太阳能供电/电池组、汽车或低压交流等宽泛稳压电源供电的应用也非常多。这些宽泛稳压的电源带来更多设计挑战，在输入电压范围与输出电压范围交叠时要求更多的拓扑结构选择。

得益于上述 DC/DC 电源转换拓扑，我们现在能够驾驶带有炫酷 LED 头灯的汽车，该头灯可提供精确的亮度控制、环保并以高效的方式转换电源。