發布日期：2022-04-20 點擊率：60
我描述了LED 驅動器中常見的 DC/DC 拓撲——降壓或降壓穩壓器。發光二極管（HB- led）在每封裝流明輸出和光效（efficacy，單位為流明/瓦或lm/W）方面的性能快速提升。商用的1WLED已提供有冷色溫LED（色溫 5000K）的每封裝流明輸出超過100流明，光效達100lm/W，而相同功率等級的暖色溫白光LED（色溫3000至3500K）也超過了70到80 流明。
LED驅動電路的其中一項主要功能是在多種工作條件下穩流，而不論輸入條件如何及正向電壓如何變化。驅動電路必須符合能效、電容容限、外形因數、成本及安全性方面的應用要求。與此同時，所選的方法必須易用及足夠強固，從而適應特定應用的極端環境。有幾種不同的穩流方法。
采用固定電壓電源供電的電阻是最簡單、最低成本的穩流方法。實際上，它們并不穩流，只是在LED正向電壓變化及源電壓變化并導致電流變化從而引起亮度變異時，簡單地限制最大電流。對于低電流指示器應用而言，這可能可以接受，但隨著電流增大及串聯的LED數量增加，就變得有問題了。要克服這個問題，需要費錢又費時地對LED進行編碼及選擇恰當的電阻來匹配LED串正向電壓。即使采取這些步驟，仍然會有由輸入電壓變化導致的亮度變化問題。
在這篇文章中，我將討論一些在驅動 LED 中也很常見的其他 DC/DC 拓撲——升壓轉換器、升壓輸入轉換器和單端初級電感轉換器 (SEPIC)，如圖 1 所示。
升壓轉換器提供始終高于輸入電壓的輸出電壓。升壓輸入轉換器的結構類似于升壓轉換器，負載連接在轉換器輸出和輸入端口之間。SEPIC 提供相對于地的輸出電壓，該電壓可以低于或高于輸入電壓。SEPIC 由一個耦合電感器和一個電容器組成，而不是像升壓或升壓至輸入轉換器那樣的單個電感器。
圖 1：升壓轉換器、升壓輸入轉換器和 SEPIC 的 DC/DC 轉換器拓撲
您可能想知道什么樣的應用需要這些拓撲：一種流行的是 LED 頭燈。典型的汽車 LED 前照燈控制單元框圖如圖 2 所示。道路上越來越多的車輛配備 LED，而不是傳統的白熾燈或高強度放電燈。LED 使用壽命更長，DC/DC LED 驅動電路提供更好的系統效率。
使用這些拓撲還有其他原因。原因之一是 LED 的靈活電壓（或 LED 數量）可實現前照燈功能，包括遠光燈、近光燈、日間行車燈 (DRL) 和霧燈。另一個原因是汽車電池通常不處于固定電壓水平。在冷啟動、熱啟動和負載突降等極端條件下，汽車電池可提供從低于 6V 到超過 40V 的電壓范圍。使用如此大范圍的輸入電壓來驅動 LED，自然選擇升壓至輸入轉換器或 SEPIC。當然，如果 LED 電壓始終高于 40V（在汽車電池提供的整個輸入電壓范圍內），升壓轉換器將是最佳選擇。
圖 2：典型汽車 LED 前照燈控制單元的框圖
構建這些類型轉換器的常用方法是使用低側 N 溝道 FET 控制器，例如 LM3421、LM3423、LM3424 或 LM3429。TI 新發布的TPS92691可配置為升壓轉換器、升壓至輸入轉換器或 SEPIC。通過一個獨立的模擬電流調節輸入引腳和一個脈寬調制 (PWM) 調光輸入引腳，該轉換器能夠在組合兩個引腳的輸入時提供 1,000 比 1 的對比度。TPS92691 具有一個軌到軌電流檢測放大器，可為高側電流檢測電阻器或低側電流檢測電阻器提供靈活性。對于低至 2V 或高達 60V 的輸出 LED 電壓電平，它還可以在室溫下以 +/-3% 的精度調節平均 LED 電流。
針對給定應用去評估最恰當的LED驅動器方案時，有多種拓撲結構可供選擇，但也須考慮不同的取舍。雖然大多數應用采用可以產生12V、24V或36V電壓的離線AC-DC電源供電，但采用太陽能供電/電池組、汽車或低壓交流等寬泛穩壓電源供電的應用也非常多。這些寬泛穩壓的電源帶來更多設計挑戰，在輸入電壓范圍與輸出電壓范圍交疊時要求更多的拓撲結構選擇。
得益于上述 DC/DC 電源轉換拓撲，我們現在能夠駕駛帶有炫酷 LED 頭燈的汽車，該頭燈可提供精確的亮度控制、環保并以高效的方式轉換電源。
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