高亮LED需用電流源而非電壓源來(lái)驅(qū)動(dòng)。為了優(yōu)化高亮LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，可采用改進(jìn)后的降壓－升壓變換器拓?fù)?，將串?lián)的高亮LED串聯(lián)于DC／DC變換器的輸出端和輸入電壓源之間。運(yùn)用這種連接方式，可以為高亮LED串提供低于或高于輸入電壓的驅(qū)動(dòng)電壓。

　　降壓－升壓變換器的輸入電流是非脈動(dòng)方式，這不同于典型的降壓－升壓變換器的脈動(dòng)輸入電流，非脈動(dòng)電流能有效降低EMI。高亮LED驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化框圖如圖1所示，在該電路中，高亮LED端電壓為

　　圖1 高亮LED驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化框圖

　　在平均電流控制模式下，輸入電流的反饋電壓可用檢流電阻檢測(cè)，如圖2所示。該電壓送入電流誤差放大器（CEA）的反相輸入端。放大器的同相輸入端為電流的控制電壓。比較后的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大后，送到PWM比較器的輸入端，與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較。電流環(huán)路的增益帶寬特性可通過(guò)CEA附近的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。

　　圖2 采用平均電流控制模式（內(nèi)部環(huán)路）的高亮LED驅(qū)動(dòng)器

　?。?）電流環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)
　　MAX16818采用平均電流模式控制器，利用跨導(dǎo)放大器（transconductance amplifier）放大電流誤差信號(hào)。檢流電阻兩端的電壓由內(nèi)部放大器放大34.5倍，電流誤差放大器的跨導(dǎo)是550μS，鋸齒波信號(hào)峰值為2V，輸入電流在返回通路上由電阻Rs，檢測(cè)。利用MAX16818構(gòu)成的高亮LED驅(qū)動(dòng)器如圖3所示。

　　圖3 利用MAX16818構(gòu)成的高亮LED驅(qū)動(dòng)器

　　高亮LED支路的電壓為

　　式中，而是LED的數(shù)目；UFm（IF）是LED在滿負(fù)荷電流年下的壓降。

　　輸入功率為

　　效率為η時(shí)，輸入電流為

　　檢流電阻值由平均電流極限設(shè)置，最小平均電流閾值為24mV，因而，檢流電阻值為

　　為了避免控制器的PWM比較器輸出自激，比較器反相輸入信號(hào)的斜率應(yīng)小于同相輸入的鋸齒波斜率。鋸齒波斜率為Us×fs盂，電流誤差放大器的增益GCA為

　　式中，gm是CEA的跨導(dǎo)。

　　放大器的輸出為PWM比較器的反相輸入信號(hào)，PWM比較器的同相輸入是鋸齒波，峰值為Us，開(kāi)關(guān)頻率為盂，這是電流誤差放大器從檢流電壓（電阻Rs，的端電壓）輸入到放大器輸出在高頻端的交流增益，也是PWM比較器敏感頻點(diǎn)處的增益。電流誤差放大器的增益GCA，由下式?jīng)Q定。

　　式中，ULED（max）／L是輸入電流的下降斜率。

　　從式（3－8）與式（3－7）可以得出RC的值為

　　由RC×CC決定的零點(diǎn)頻率要低于電流環(huán)路的交越頻率尻（crossover frequency），且要留有足夠的相位裕量，這是確定CC值的標(biāo)準(zhǔn)。LED驅(qū)動(dòng)器功率電路的小信號(hào)等效模型的零點(diǎn)頻率fZ和極點(diǎn)頻率fP可由以下公式推導(dǎo)得出。

　　升壓調(diào)節(jié)器電流環(huán)路的小信號(hào)控制的輸出增益，即RS的電壓URS與UCA之比為

　　式中，RS為檢流電阻；L為輸入電感值；UIN直流輸入電壓；ULED是LED支路的總直流電壓；岷為同相輸入端鋸齒波峰值電壓；尻為電流環(huán)路的交越頻率。

　　輸入電流部分的總開(kāi)環(huán)增益為式（3－12）和式（3－13）的乘積，將乘積設(shè)為1，即

　?。?）設(shè)計(jì)范例
　　設(shè)計(jì)有3條LED串聯(lián)支路的驅(qū)動(dòng)電路，輸入電壓范圍為7～28V，開(kāi)關(guān)頻率為600kHz，電感為5.1μH。電路所需輸出電流為1.2A，LED為1～4只，LED支路的壓降為18V，總輸出功率為Pmax＝21.6W，CC＝2000pF，CP＝4pF。假定效率為90％，可以計(jì)算出輸入電流為3.428A。如果設(shè)定檢流電阻為0.007Ω，RC值可以由式（3－9）求得，即

　　因?yàn)闃O點(diǎn)頻率需高于2倍開(kāi)關(guān)頻率，又由于這里選擇了CP為4pF，則得到fP為1.693MHz。LED支路可以等效為一個(gè)電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻。在該電路中，每個(gè)LED等效為3.15V（LED的正向壓降）電壓源串聯(lián)一個(gè)0.6Ω的電阻。如果將3只LED串聯(lián)，那么總的電壓源電壓為9.45V，總阻抗為1.8Ω。如果輸入為9V，3只LED串聯(lián)，則交越頻率為

　?。?）PWM調(diào)光控制
　　LED亮度可以通過(guò)PWM信號(hào)控制，這種方法的原理是通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)器的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電流。采用PWM調(diào)光方式時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器的導(dǎo)通時(shí)間可調(diào)，其占空比與LED的亮度近似線性等比，即100％占空比對(duì)應(yīng)亮度。

　　LED驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓為7～28V，LED電流通過(guò)電位器在0.4～1.2A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。LED支路可以串聯(lián)1～4只LED。

　　圖4（a）為采用3只串聯(lián)LED（電流為0.8A，輸入電壓為7V）的測(cè)試波形圖。示波器通道1為PWM調(diào)光信號(hào)，通道4為L(zhǎng)ED電流，該電流在PWM信號(hào)變高時(shí)會(huì)增大。而在圖4（b）中，當(dāng)PWM信號(hào)關(guān)斷時(shí)，LED電流降為0。

　　圖4 PWM調(diào)光過(guò)程中的波形圖

　　從如圖4所示的PWM調(diào)光過(guò)程中的波形圖可以看出，用平均電流控制模式驅(qū)動(dòng)LED的波形比較理想。同時(shí)可以方便地對(duì)該電路加以改進(jìn)，以使PWM亮度控制電路實(shí)現(xiàn)較高的調(diào)光比。

　　如圖5所示的PWM調(diào)光過(guò)程與圖4采用了相同設(shè)置，與圖4的區(qū)別是測(cè)試條件不同（采用3只LED串聯(lián)的電路的輸入電壓為14V）。如圖5（a）所示的PWM調(diào)光過(guò)程為L(zhǎng)ED電流的上升過(guò)程，示波器通道1為PWM調(diào)光信號(hào)，通道4為L(zhǎng)ED電流。如圖5（b）所示的PWM調(diào)光過(guò)程為L(zhǎng)ED電流的下降過(guò)程，示波器通道1為PWM調(diào)光信號(hào)，通道4為L(zhǎng)ED電流。

　　圖5 PWM調(diào)光過(guò)程中的波形圖