作者：Rohit Tirumala　高級應(yīng)用工程師　Supertex公司

　　輸出電壓可能高于也可能低于輸入電壓時，峰值電流模式控制的非連續(xù)升降壓轉(zhuǎn)換器是LED驅(qū)動器的一個不錯選擇。但是，采用這種升降壓轉(zhuǎn)換器用于驅(qū)動器設(shè)計時，LED電壓的變化會改變LED電流，LED開路將導(dǎo)致輸出端產(chǎn)生過高的電壓，從而損壞轉(zhuǎn)換器。本文將詳細(xì)討論這種應(yīng)用于LED的轉(zhuǎn)換器設(shè)計，并描述多種克服其固有缺點(diǎn)的方法。

　　發(fā)光二極管(LED)的應(yīng)用已有很多年，隨著最新技術(shù)的進(jìn)步，它們正逐漸成為照明市場中強(qiáng)有力的競爭者。新的高亮度LED具有很長的壽命(約10萬小時)和很高的效率(約30流明/瓦)。過去三十多年來，LED的光輸出亮度每18~24個月便會翻一番，而且這種增長勢頭還會持續(xù)下去，這種趨勢稱為Haitz定律， 相當(dāng)于LED的摩爾定律。

圖1a：LED的并聯(lián)連接。圖1b：LED的串聯(lián)連接。

　　從電氣上來說，LED與二極管類似，它們是單向?qū)щ?盡管它們的反向阻斷能力并不太好，高的反向電壓很容易損壞LED)，具有與常規(guī)二極管類似的低動態(tài)阻抗V-I特性。另外，LED一般都有安全導(dǎo)通時的額定電流(高亮度LED的額定電流一般為350mA或700mA)。通過額定電流時，LED正向壓降的差異可能比較大，通常350mA白光LED的壓降在3至 4V之間。

　　驅(qū)動LED需要受控的DC電流。為了使LED的使用壽命長些，LED電流中的紋波必須很低，因為高紋波電流會使LED產(chǎn)生較大的阻性功耗，降低LED使用壽命。LED驅(qū)動電路需要更高效率，因為總體效率不僅取決于LED，還與驅(qū)動電路有關(guān)。而工作于電流控制模式的開關(guān)轉(zhuǎn)換器是滿足LED應(yīng)用的高功率及高效率要求的理想驅(qū)動選擇。

　　驅(qū)動多個LED也需要仔細(xì)考慮。出于下面兩個原因，不推薦如圖1a那樣并聯(lián)LED串：由于各個LED的動態(tài)阻抗和正向壓降不相同，如果沒有外部均流電路(如電流鏡像)，不可能保證流過LED上的電流相同；一個LED出現(xiàn)故障將使LED串?dāng)嚅_，致使所有LED電流在剩下的LED串之間分配，這將導(dǎo)致LED串上的電流增大，并可能損壞LED。

　　因此，更好的做法是將LED串聯(lián)起來。但該方法的缺點(diǎn)是，如果一個LED出現(xiàn)故障，則整個LED串將停止工作。讓剩下的LED串繼續(xù)工作的一個簡單辦法是將一個齊納二極管(其額定電壓大于LED的最高電壓)與每個(或每組)LED并聯(lián)， 如圖1b所示。這樣，任何一個LED發(fā)生故障后，其電流都會流到相應(yīng)的齊納二極管上，LED串的其余部分仍可正常工作。

　　基本的單階開關(guān)轉(zhuǎn)換器可分為三類：降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和升降壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)LED串的電壓低于輸入電壓時，降壓轉(zhuǎn)換器(圖2a)是理想的選擇；當(dāng)輸入電壓總是低于串輸出電壓時，則使用升壓轉(zhuǎn)換器比較合適(圖2b)；當(dāng)輸出電壓可能高于也可能低于輸入電壓時(由輸出或輸入變化引起)，則采用升降壓轉(zhuǎn)換器(圖2c)比較合適。升壓轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是，輸入電壓的任何瞬變(可使輸入電壓升高并超過輸出電壓)都會導(dǎo)致LED上流過很大電流 (由于負(fù)載的低動態(tài)阻抗)，從而損壞LED。升降壓轉(zhuǎn)換器也可代替升壓轉(zhuǎn)換器，因為輸入電壓的瞬變不會影響LED電流。

　　升降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理

　　對于低電壓應(yīng)用中的LED驅(qū)動器，升降壓轉(zhuǎn)換器是一種不錯的選擇。其原因有多種，下面列舉了其中一部分：它們可用高于和低于輸入電壓的電壓來驅(qū)動LED串(升壓和降壓)；很高的效率(很容易到達(dá)85%以上)；非連續(xù)工作模式可抑制輸入電壓的變化(提供優(yōu)良的線電壓調(diào)節(jié))；峰值電流控制模式允許轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)LED電流，而無需復(fù)雜的補(bǔ)償(簡化設(shè)計)；很容易實現(xiàn)線性和PWM LED亮度調(diào)節(jié)；

　　開關(guān)晶體管失效不會損壞LED。

圖2a：降壓轉(zhuǎn)換器。圖2b：升壓轉(zhuǎn)換器。圖2c：升降壓轉(zhuǎn)換器。

　　但是，這種方法仍有兩個缺點(diǎn)：峰值電流受控并采用非連續(xù)電流模式的升降壓轉(zhuǎn)換器是一種功率恒定的轉(zhuǎn)換器，因此，LED串電壓的任何變化都會引起LED電流相應(yīng)改變；另一個問題是，LED開路狀態(tài)會在電路中產(chǎn)生損壞轉(zhuǎn)換器的高電壓；此外，還需要額外的電路將恒定功率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣娏鬓D(zhuǎn)換器，并在無負(fù)載情況下保護(hù)轉(zhuǎn)換器。

　　圖3為升降壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路圖，控制器內(nèi)置了用于設(shè)定開關(guān)頻率的振蕩器。在開關(guān)周期之初，Q1導(dǎo)通。由于輸入電壓VIN加在電感上，電感電流(iL(t))開始從零(初始穩(wěn)定狀態(tài))開始上升。

　　其中，L是電感值。IC通過測量電阻RL兩端的電壓間接監(jiān)測電感電