升壓拓撲可調節LED電流

　LED亮度控制要求有一個能夠提供恒定、穩壓電流的驅動器。要想達到這一目標，驅動器拓撲必須能夠產生足夠大的輸出電壓來正向偏置LED。因此，如果輸入和輸出電壓范圍重疊時，我們又該做何選擇呢?轉換器有時可能需要逐漸降低輸入電壓，而有時可能需要升高輸出電壓。這種情況通常出現在那些具有大范圍“臟”輸入電源的應用中，例如：車載系統。這種降壓/升壓操作中有幾種拓撲的效果較好，例如：SEPIC或4開關降壓—升壓拓撲。這些拓撲一般都需要大量的組件，這便增加了設計的材料成本。然而，由于它們可提供正輸出電壓，因此人們通常也將其看作可接受的選擇。但是，我們也不應忽略負輸出電壓轉換器，它可以提供一種替代解決方案。

　　圖1顯示了在恒定電流結構中驅動3個LED的反相降壓—升壓電路的原理圖。該電路擁有諸多優點。首先，它使用了一個標準降壓控制器，從而最小化了成本，并有助于盡可能的系統級的重復使用。如果需要的話，可以輕松地對該電路進行改造，以使用一個集成FET降壓控制器，或使用一個同步降壓拓撲，從而獲得更高的效率。這種拓撲使用的功率級組件數目與一個簡易降壓轉換器相同，由此實現開關調節器的最低組件數，以及相對于其他拓撲的最低總體成本。由于LED本身的輸出為光線，因此其可能與LED負(而非正電壓)電壓偏置的系統級關系不大，這就使其成為一種值得考慮的電路設計。

　　通過感應檢測電阻器R1兩端的電壓并將其用作控制電路的反饋，從而對LED電流進行調節。控制器接地引腳必須為負輸出電壓的參考電壓，以使該直接反饋能夠正確工作。如果控制器為系統接地的參考電壓，則需要一個電平轉換電路。這種“負接地”對電路構成了一些限制。功率MOSFET、二極管和控制器的額定電壓必須高于輸入與輸出電壓的和。

　　其次，外部連接控制器(例如：開啟操作等)均要求對從系統接地到控制器接地的信號進行電平轉換，從而需要更多的組件。單就這個原因而言，最好的辦法是去除或者最少化不必要的外部控制。

　　最后，相比4開關降壓—升壓拓撲，施加到反相降壓—升壓拓撲中功率器件上的電壓和電流應力更大，從而降低了相關效率，但該效率與 SEPIC 相當。即便如此，這種電路還是能夠達到 89% 的效率。通過完全同步該電路，我們還可以將效率再提高 2%～3%。

　　通過短路軟啟動電容器C5快速地開/關轉換器，是LED亮度調節的一種簡單方法。圖2顯示了PWM輸入信號和實際的LED電流。這種PWM亮度調節方法較為有效，因為轉換器關閉，其在SS引腳短路時僅消耗極少的功率。但是，這種方法也相對較慢，這是因為轉換器每次開啟時都必須以一種可控方式來漸漸升高輸出電流，這就在輸出電流上升以前產生一個非線性、有限的時滯。同時，其還將最小開啟時間占空比降低至 10%~20%。在一些不要求高速和100% PWM調節的LED應用中，這種方法或許就足夠了。

　　這種反相降壓—升壓電路為工程師提供了另一種LED驅動方法。低成本降壓轉換器的使用以及較少的組件數量使其成為一種替代高復雜度拓撲的理想方法。