傳播時(shí)延和上升時(shí)間也會(huì)影響轉(zhuǎn)換器工作的最大頻率、精度和自散熱效果。隨著頻率的上升，轉(zhuǎn)換損耗將超過(guò)直流損耗而成為開(kāi)關(guān)元件功率損耗的主要部分，對(duì)任何開(kāi)關(guān)型拓?fù)鋪?lái)說(shuō)這都是必然的。

　　采用PWM調(diào)光LED時(shí)的精度考慮

　　為了避免改變LED顏色，并提供寬亮度范圍的調(diào)光，PWM是用于LED調(diào)光的首選方法。然而，要想使用感應(yīng)式遲滯型轉(zhuǎn)換器，并在整個(gè)分辨率范圍內(nèi)保持較高的精度，有許多因素需要加以考慮。

　　簡(jiǎn)化的白色LED驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示。在這種轉(zhuǎn)換器中，不需要使用輸出濾波電容，LED是與電感串聯(lián)在一起的。這種電路在啟動(dòng)速度和成本方面具有優(yōu)勢(shì)。然而，由于缺少輸出電容，能量只能被儲(chǔ)存在電感中。在調(diào)光時(shí)，所有能量必須在切斷周期內(nèi)泄放掉，并在導(dǎo)通周期內(nèi)存儲(chǔ)起來(lái)。

　　圖3a代表LED中的電流。當(dāng)施加供電電壓時(shí)，內(nèi)部MOSFET開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，流經(jīng)檢測(cè)電阻、LED、電感和開(kāi)關(guān)的電流從零向上限值I(SUB/)UP(/SUB)躍升。當(dāng)電流達(dá)到上限值時(shí)，電流又開(kāi)始向下限I(SUB/)LO(/SUB)下降，到達(dá)下限值后再向I(SUB/)UP(/SUB)躍升。上下門(mén)限值取決于檢測(cè)電阻和內(nèi)部參考電壓。

　　圖3a&3b：PWM調(diào)光。

　　圖3b所示的PWM波形是用于控制LED亮度的8位信號(hào)的最高位。對(duì)于理想的調(diào)光電路來(lái)說(shuō)，將PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)到高將導(dǎo)致電路立即起振，此時(shí)平均值等于I(SUB/)AVG(/SUB)，當(dāng)PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)到低時(shí)電流立即降低到零。圖3a中的曲線表明，有兩大因素會(huì)導(dǎo)致輸出電流誤差，如圖中陰影區(qū)指示的那樣。在初始上升(藍(lán)色陰影)期間電流應(yīng)等于I(SUB/)AVG(/SUB)，因?yàn)檫@段時(shí)間的平均電流很低。同樣，在最后的下降期間電流應(yīng)等于0，但綠色陰影區(qū)表明事實(shí)不是這樣。如果LED電流的占空比等于50%，那么上升/下降擺率是相同的，這兩個(gè)誤差也不會(huì)存在，但實(shí)際占空比經(jīng)常不是50%。如果在PWM導(dǎo)通周期內(nèi)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行許多次振蕩，那么這些誤差效應(yīng)將可以忽略。

　　在較高PWM占空比時(shí)，由于LED響應(yīng)和人眼的原因，一些小誤差可能覺(jué)察不出來(lái)，但在非常低的PWM占空比時(shí)，誤差就變得非常突出。圖4和圖5給出了低PWM占空比時(shí)，輸出電流精度隨PWM與轉(zhuǎn)換器振蕩頻率比值的變化。圖中的每根線代表了不同的轉(zhuǎn)換器振蕩頻率，PWM頻率是100Hz，x軸代表PWM占空比，y軸代表平均輸出電流在位分辨率方面的誤差。

　　圖4：輸出電流誤差：8位分辨率，100Hz PWM。 [!--empirenews.page--]

　　圖5：輸出電流誤差：12位分辨率，200Hz PWM。

　　就拿使用48V電壓供電并通過(guò)100μH電感驅(qū)動(dòng)3.5W白色LED的ZXLD1362 LED驅(qū)動(dòng)器為例。如果是200Hz的PWM調(diào)光到10位分辨率，那么輸出電流精度如表1所示。

表1：PWM頻率和分辨率對(duì)輸出電流精度的影響。

　　當(dāng)PWM調(diào)光遲滯型轉(zhuǎn)換器時(shí)，PWM頻率與轉(zhuǎn)換器頻率之比決定了低輸出電流的精度。為了得到最高的精度，建議這個(gè)比值要遠(yuǎn)大于調(diào)光步數(shù)，也就是說(shuō)，一個(gè)PWM位的周期時(shí)長(zhǎng)應(yīng)遠(yuǎn)大于一個(gè)轉(zhuǎn)換器的周期時(shí)長(zhǎng)。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于n位的調(diào)光，LED遲滯開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)大于PWM頻率的2n倍，最好是大于2(n+2)倍。關(guān)鍵的折衷措施之一是避免低頻PWM調(diào)光和所需精度帶來(lái)的頻閃效應(yīng)，特別是在低亮度狀態(tài)或PWM頻率相對(duì)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)頻率增加時(shí)。

　　提高PWM調(diào)光精度的方法之一是在LED上使用旁路元件，例如圖6所示的PMOS管。通過(guò)這種方式，電感電流將一直流動(dòng)，從而消除上升和下降誤差，提高精度，不過(guò)效率有所降低。

　　圖6：使用旁路PMOS實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。 [!--empirenews.page--]

　　通過(guò)調(diào)整輸入電壓進(jìn)行直流調(diào)光

　　直流調(diào)光通常很少用于控制高亮度LED，這是由于LED色溫變化的原因。白色LED是從藍(lán)色LED激發(fā)的磷物質(zhì)產(chǎn)生顏色的，在這種情況下其顏色受LED電流的影響很小。對(duì)于建筑和氛圍照明來(lái)說(shuō)顏色再現(xiàn)可能不太重要，即使顏色隨著亮度減少而稍微有些變化。在任何情況下，白色LED在調(diào)光時(shí)的顏色變化程度都遠(yuǎn)小于同樣調(diào)光白熾燈時(shí)的顏色變化。

　　許多開(kāi)關(guān)控制器沒(méi)有很好的調(diào)光范圍，通常從最大值的最大降幅為10:1。因?yàn)檠劬Φ捻憫?yīng)曲線呈對(duì)數(shù)方式，因此電流的10:1調(diào)光變化不會(huì)產(chǎn)生令人滿(mǎn)意的亮度降低效果，看起來(lái)只是達(dá)到最高亮度的一半。圖7所示電路給出的方法充分利用了遲滯拓?fù)涞暮?jiǎn)單性、內(nèi)在穩(wěn)定性和靈活性，可產(chǎn)生約50:1的直流調(diào)光范圍。

　　圖7：用于高效直流輸入電壓調(diào)光控制的電路。

　　在某些建筑應(yīng)用中，通過(guò)降低輸入電壓進(jìn)行調(diào)光極具優(yōu)勢(shì)。只需一個(gè)電阻串聯(lián)一個(gè)LED的簡(jiǎn)單電路就能達(dá)到理想的效果，但如果用12V電壓驅(qū)動(dòng)5W LED，那么在最大亮度時(shí)電阻上的功耗約為10W。圖7所示電路可以產(chǎn)生理想的效果，即隨著兩個(gè)輸入端上電壓的降低，電流將有效地降低，且同時(shí)仍能保持對(duì)電流的控制。

　　轉(zhuǎn)換器通過(guò)保持Vin和Isense端之間平均100mV的電壓來(lái)控制電流。在該位置正常只有一個(gè)電阻。電流調(diào)整程度可以通過(guò)過(guò)驅(qū)或欠驅(qū)ADJ引腳而改變。將ADJ引腳與P溝道MOSFET連接就能使該電路工作。這個(gè)MOSFET有很小的信號(hào)內(nèi)阻，將增加Vin和Isense端子之間的正常固定電阻。在低電壓時(shí)，MOSFET的RDS(導(dǎo)通)主導(dǎo)有效電阻。在較高電壓時(shí)，通過(guò)提高ADJ引腳電壓即可提升總的電流，從而最大化動(dòng)態(tài)范圍。

　　不同MOSFET器件的RDS(導(dǎo)通)有約20%的差異。實(shí)際應(yīng)用中總的檢測(cè)電阻變化約為10%，這意味著用相同降幅的電壓驅(qū)動(dòng)的不同燈之間存在差異。LED在亮度與電流特性方面也有變化。RDS(導(dǎo)通)變化的影響程度取決于它占總檢測(cè)電阻的比例。

　　在較低電流時(shí)工作頻率會(huì)上升，從而導(dǎo)致效率下降，但這個(gè)問(wèn)題不嚴(yán)重，因?yàn)長(zhǎng)ED功率很低。這種方式可以實(shí)現(xiàn)平滑得多的調(diào)光控制，而且除了正常裝配在LED燈上的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)引腳外沒(méi)有其它要求。

　　對(duì)檢測(cè)電阻的兩個(gè)值測(cè)量的結(jié)果如圖8所示，電路見(jiàn)圖7。

　　圖8：圖7電路中LED電流與輸入電壓的關(guān)系。共陽(yáng)極連接  [!--empirenews.page--]

　　對(duì)于降壓LED控制器來(lái)說(shuō)，最好使用高側(cè)電流檢測(cè)方式，此時(shí)LED位于電流檢測(cè)電阻和電感之后。遲滯轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單特性提供了共陽(yáng)極的LED驅(qū)動(dòng)方案。

　　這種共陽(yáng)極電路見(jiàn)圖9，它將LED的正極直接連到電源上。LED串仍與檢測(cè)電阻(Rsense)和電感串聯(lián)在一起，因此仍可確保遲滯型轉(zhuǎn)換器正常工作。共陽(yáng)極的稱(chēng)呼通常指的是單個(gè)LED(或并聯(lián)LED組)的配置，但這個(gè)概念可以擴(kuò)展到串聯(lián)LED或共享同一V+電壓軌的多個(gè)LED鏈。

　　圖9：共陽(yáng)極拓?fù)洹?/p>

　　這種配置主要在電路性能方面具有不少優(yōu)勢(shì)，而且在安裝便利性和系統(tǒng)中器件數(shù)量方面也有明顯優(yōu)勢(shì)。從性能角度看，這種電路與標(biāo)準(zhǔn)降壓拓?fù)湎啾仍谪?fù)載調(diào)整率方面有所改進(jìn)。而且這種電路的開(kāi)關(guān)頻率較低，從而減少了開(kāi)關(guān)的功率損耗，提高了效率。對(duì)多LED鏈系統(tǒng)來(lái)說(shuō)熱管理也更簡(jiǎn)單了，因?yàn)樗姓龢O都接在一個(gè)散熱器上，具有相同的電位，如圖10所示。最后，由于輸入端的電壓變化幅度變小了，共陽(yáng)極配置還允許使用更小的輸入電容。

　　圖10：使用共陽(yáng)極拓?fù)涞亩嗤ǖ繪ED控制。

　　共陽(yáng)極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了燈箱廣告和燈墻應(yīng)用的安裝，驅(qū)動(dòng)器通常在遠(yuǎn)端就與LED鏈分開(kāi)來(lái)。在這種情況下，每個(gè)鏈的第一個(gè)正極被直接連至電源上，因此只需一根線就可以連接所有的LED鏈。不過(guò)，仍需使用另外一根線連接每個(gè)鏈的負(fù)極。

　　總之，共陽(yáng)極拓?fù)洳粌H節(jié)省了走線，而且減少了器件數(shù)量。通常需要給LED串并聯(lián)一個(gè)電容以便減少LED上的紋波電壓，而在共陽(yáng)極連接中沒(méi)必要這樣做，因?yàn)檩斎腚娙菀呀?jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。值得注意的是，到遲滯型轉(zhuǎn)換器的供電電流會(huì)流過(guò)LED，但對(duì)效率的影響可以忽略。

　　遲滯型轉(zhuǎn)換器采用共陽(yáng)極連接的主要缺點(diǎn)是，LED輸出電壓必須低于遲滯轉(zhuǎn)換器的最小輸入電壓。與標(biāo)準(zhǔn)降壓型配置相比，這種配置減少了可被驅(qū)動(dòng)的LED最大數(shù)量。

　　本文小結(jié)

　　遲滯型轉(zhuǎn)換器可用于較寬的電壓范圍，并能驅(qū)動(dòng)更多的LED負(fù)載。所采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于PWM或直流調(diào)光，但必須考慮最大化電路性能限制。其固有的簡(jiǎn)單性和穩(wěn)定性將給越來(lái)越多的LED照明應(yīng)用帶來(lái)莫大的好處。