【導讀】發(fā)光二極管（LED）需要恒定的電流來控制其亮度穩(wěn)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性恒流LED驅動器和步進降壓開關式轉換器兩種，它們各有優(yōu)點與缺點。本文采取將線性與降壓相結合的方案，在保證精準度與效率的同時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)即可實現(xiàn)此點。由于一組LED的電壓和供電電壓都可能發(fā)生改變，因而必須使用專用的LED驅動保證電流的精準。以下兩種方案使用廣泛：線性恒流LED驅動器和步進降壓開關式轉換器，它們均有各自的優(yōu)勢和劣勢。
線性恒流LED驅動器的優(yōu)點與缺點
線性驅動是簡單的方案，所需元件極少且基本無噪音。但是，其耗散的熱量和供電電壓與LED正向電壓之差成正比。為防止過熱，其封裝可能需要在PCB上額外劃分一個散熱區(qū)，這就增加了所需PCB的成本和數(shù)量，同時也增加了驅動IC因熱關斷，從而關閉LED的風險。
圖1：LM393比較器監(jiān)測LED串的低側電壓，并使能降壓穩(wěn)壓器(CAT4201)或線性穩(wěn)壓器(CAT4101)
步進降壓開關式轉換器的優(yōu)點與缺點
如果此驅動被置于LED旁，額外的熱量會使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，但是開關式方案需要一支電感和一個肖特基二極管。這個方案也會產(chǎn)生噪音，尤其是當供應電壓快降至LED正向電壓時。在汽車應用中，射頻干擾（RFI）是一個重要的考慮因素。建議在開頭式轉換器前面放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。
線性與降壓相結合的優(yōu)點
在降壓變換器性能不良，用盡余量時，線性驅動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，可以采取將線性與降壓相結合的方案，在保證效率的同時將轉換噪音降至最低。
理想情況下，電池電壓波動幅度很大。如汽車應用場景下（8v至17v），線性/降壓驅動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，LED驅動器則轉換為降壓模式，從而避免線性驅動器過熱。
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本文中的電路可單獨選擇每個LED驅動器在開關模式和線性模式之間切換時的可調電壓閾值，并有額外遲滯以確保轉換順利進行。圖1顯示的原理圖采用了安森美半導體公司的CAT4201 350-mA降壓驅動器，以及CAT4101 1A恒流LED驅動器，圖中也顯示了邏輯比較器。較常見的降壓結構有一個高側開關和一個低側二極管，CAT4201則不同，它互換了這些器件。
與典型的降壓開關器相同，當開關接通時，流經(jīng)感應器L和LED的電流會增加，直至達到峰值，即：LED平均電流的兩倍。之后開關關閉。已充電的電感會迫使電流繼續(xù)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)又開始重復。這一開關式運行被稱為臨界導通模式。
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，禁用線性驅動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，使能線性驅動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3.6V，降壓轉換器就會起動；當負極電壓降至3V以下時，線性驅動器則會接手。注意，如果LM393的另一半沒有用于其它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，以及線性/降壓驅動器合用時的LED電流調節(jié)情況。與單用降壓轉換器相比，線性/降壓驅動器可以將LED電流調節(jié)擴展至低于8V的電源電壓，即使電池電壓繼續(xù)下降，它也能使LED保持點亮。當電源電壓低于11V時，僅用降壓轉換器會損失其精度，并產(chǎn)生回到電源的更多開關紋波電流。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，線性驅動器則提供了更高的調節(jié)和無噪音運行環(huán)境。
盡管增加了元件數(shù)，但對于要求低噪音性能與擴展電源區(qū)間的應用，線性/降壓聯(lián)合方案還是有價值的?？梢栽O置線性到降壓的過渡電壓值，以獲得最佳散熱性能。
根據(jù)圖2可以清楚地看到，與僅用降壓轉換器相比，線性/降壓電流阱可以將電流的調節(jié)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亮。
采用將線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將轉換噪音降至最低，是一個很好地設計。
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