【導讀】發(fā)光二極管（LED）需要恒定的電流來(lái)控制其亮度穩定，這就需要保證LED電源電流的精準度。通常使用的方法有線(xiàn)性恒流LED驅動(dòng)器和步進(jìn)降壓開(kāi)關(guān)式轉換器兩種，它們各有優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。本文采取將線(xiàn)性與降壓相結合的方案，在保證精準度與效率的同時(shí)將轉換噪音降至最低。
為控制亮度，發(fā)光二極管（LED）需要恒定電流。把一只電阻器與一組LED串聯(lián)即可實(shí)現此點(diǎn)。由于一組LED的電壓和供電電壓都可能發(fā)生改變，因而必須使用專(zhuān)用的LED驅動(dòng)保證電流的精準。以下兩種方案使用廣泛：線(xiàn)性恒流LED驅動(dòng)器和步進(jìn)降壓開(kāi)關(guān)式轉換器，它們均有各自的優(yōu)勢和劣勢。
線(xiàn)性恒流LED驅動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
線(xiàn)性驅動(dòng)是簡(jiǎn)單的方案，所需元件極少且基本無(wú)噪音。但是，其耗散的熱量和供電電壓與LED正向電壓之差成正比。為防止過(guò)熱，其封裝可能需要在PCB上額外劃分一個(gè)散熱區，這就增加了所需PCB的成本和數量，同時(shí)也增加了驅動(dòng)IC因熱關(guān)斷，從而關(guān)閉LED的風(fēng)險。
圖1：LM393比較器監測LED串的低側電壓，并使能降壓穩壓器(CAT4201)或線(xiàn)性穩壓器(CAT4101)
步進(jìn)降壓開(kāi)關(guān)式轉換器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
如果此驅動(dòng)被置于LED旁，額外的熱量會(huì )使LED以更高溫度運行，從而減少其壽命。降壓（或buck）轉換器的效率高，產(chǎn)生熱量很少，但是開(kāi)關(guān)式方案需要一支電感和一個(gè)肖特基二極管。這個(gè)方案也會(huì )產(chǎn)生噪音，尤其是當供應電壓快降至LED正向電壓時(shí)。在汽車(chē)應用中，射頻干擾（RFI）是一個(gè)重要的考慮因素。建議在開(kāi)頭式轉換器前面放EMI/RFI濾波器，以阻止高頻轉換產(chǎn)生的噪音返回電源，因為它可能干擾到AM/FM波段收音機等設備。
線(xiàn)性與降壓相結合的優(yōu)點(diǎn)
在降壓變換器性能不良，用盡余量時(shí)，線(xiàn)性驅動(dòng)器的運行則是最佳的。為避免劣勢，發(fā)揮兩種方案的優(yōu)勢，可以采取將線(xiàn)性與降壓相結合的方案，在保證效率的同時(shí)將轉換噪音降至最低。
理想情況下，電池電壓波動(dòng)幅度很大。如汽車(chē)應用場(chǎng)景下（8v至17v），線(xiàn)性/降壓驅動(dòng)器能提供所需較低噪音運行環(huán)境和較高的效率。當應用電壓升至限值以上時(shí)，LED驅動(dòng)器則轉換為降壓模式，從而避免線(xiàn)性驅動(dòng)器過(guò)熱。
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本文中的電路可單獨選擇每個(gè)LED驅動(dòng)器在開(kāi)關(guān)模式和線(xiàn)性模式之間切換時(shí)的可調電壓閾值，并有額外遲滯以確保轉換順利進(jìn)行。圖1顯示的原理圖采用了安森美半導體公司的CAT4201 350-mA降壓驅動(dòng)器，以及CAT4101 1A恒流LED驅動(dòng)器，圖中也顯示了邏輯比較器。較常見(jiàn)的降壓結構有一個(gè)高側開(kāi)關(guān)和一個(gè)低側二極管，CAT4201則不同，它互換了這些器件。
與典型的降壓開(kāi)關(guān)器相同，當開(kāi)關(guān)接通時(shí)，流經(jīng)感應器L和LED的電流會(huì )增加，直至達到峰值，即：LED平均電流的兩倍。之后開(kāi)關(guān)關(guān)閉。已充電的電感會(huì )迫使電流繼續流經(jīng)肖特基二極管D1及LED，直到其值變?yōu)榱?。而后該循環(huán)又開(kāi)始重復。這一開(kāi)關(guān)式運行被稱(chēng)為臨界導通模式。
R1/R2電阻分壓器產(chǎn)生出相當于負極電壓幾分之一的V+。如果比較器（LM393）的輸入電壓高于固定的基準電壓值2.5V，則輸出為高；OUT為低，禁用線(xiàn)性驅動(dòng)器而使能降壓轉換器。 如果V+低于基準電壓，則比較器輸出為低，使能線(xiàn)性驅動(dòng)器而禁用降壓轉換器。反饋電阻器R5增加了0.6V的遲滯，即一旦負極電壓超過(guò)3.6V，降壓轉換器就會(huì )起動(dòng)；當負極電壓降至3V以下時(shí)，線(xiàn)性驅動(dòng)器則會(huì )接手。注意，如果LM393的另一半沒(méi)有用于其它LED電源，更好的設計方法是將LM393上所有未用的輸入和輸出引線(xiàn)都接地。
圖2：三種方案比較
圖2顯示了單用降壓轉換器，以及線(xiàn)性/降壓驅動(dòng)器合用時(shí)的LED電流調節情況。與單用降壓轉換器相比，線(xiàn)性/降壓驅動(dòng)器可以將LED電流調節擴展至低于8V的電源電壓，即使電池電壓繼續下降，它也能使LED保持點(diǎn)亮。當電源電壓低于11V時(shí)，僅用降壓轉換器會(huì )損失其精度，并產(chǎn)生回到電源的更多開(kāi)關(guān)紋波電流。EMI濾波器更難以抑制較低頻率下的紋波電流。另一方面，在相同的供電電壓范圍內，線(xiàn)性驅動(dòng)器則提供了更高的調節和無(wú)噪音運行環(huán)境。
盡管增加了元件數，但對于要求低噪音性能與擴展電源區間的應用，線(xiàn)性/降壓聯(lián)合方案還是有價(jià)值的?？梢栽O置線(xiàn)性到降壓的過(guò)渡電壓值，以獲得最佳散熱性能。
根據圖2可以清楚地看到，與僅用降壓轉換器相比，線(xiàn)性/降壓電流阱可以將電流的調節范圍擴展至更低的電源電壓（8V以下），并降低低電量情況下的EMI。因此。LED在電池電壓低的情況下也可保持點(diǎn)亮。
采用將線(xiàn)性與降壓相結合的方案，不僅可以比較大程度提高LED電源精準度，而且在保證效率的同時(shí)將轉換噪音降至最低，是一個(gè)很好地設計。
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