許多照明應用需要具有以下特性的 LED 背光驅動器解決方案：直流控制、高效率、PWM 調光、電壓保護和設計簡單。驅動器拓撲分為三大類：線性穩壓器、電荷泵和開關。后者基于確保高效率的不同拓撲結構，具有靈活性，因此在各種 LED 應用中占有一席之地。此外，它們還具有接受寬范圍輸入電壓的優勢，從而可以達到高功率密度。為工業、汽車和消費市場設計最佳 LED 驅動器需要清楚了解應用要求。

特性和拓撲

評估DC/DC 轉換器的一個基本考慮因素是系統損耗對效率的影響。必須分析兩種類型的系統損耗：電感中的峰值電流引起的損耗和在轉換器電路的充電和放電階段發生的所謂的開關損耗。提高效率的一種方法是通過減少因有源元件和電感器造成的電阻損耗來減少流入電感器的電流。使用的拓撲結構也會影響效率。

LED 驅動器的主要設計拓撲是降壓、升壓和單端初級電感轉換器 (SEPIC) 解決方案。降壓(降壓)轉換器非常簡單，是最常見的類型。降壓轉換器中使用的組件相對便宜且簡單，這使其成為對成本敏感的應用的最愛。降壓轉換器的理想輸出電壓等于開關周期和電源電壓的乘積。它可以從直流或整流交流信號獲得直流輸入(圖 1)。

圖 1 ：降壓轉換器

有時設計人員需要增加他們的電壓。這種拓撲結構需要一個升壓(升壓)轉換器。升壓轉換器設計由四個主要元件組成：電感器、電源開關(MOSFET、IGBT 或類似器件)、二極管和電容器(圖 2)。

圖 2 ：升壓轉換器

設計人員通常希望電路具有靈活性，以便相對于同一電路，輸出電壓可以高于或低于輸入電壓 (V IN )。這里的解決方案相對簡單：構建一個高效的降壓/升壓拓撲，其特點是電感與輸入電壓并聯。電感通過二極管放電并向負載提供電流(圖 3)。

圖 3：降壓-升壓轉換器

SEPIC 轉換器需要一個額外的電感器和一個隔直電容器。該設計乍一看似乎令人生畏，但它對于減少電磁干擾 (EMI) 很有用。SEPIC 拓撲的一個缺點是它通常需要比其他解決方案更大的體積(圖 4)。數字

圖 4 ： SEPIC 轉換器

另一方面，反激式驅動器用途廣泛，因為它們可用于輸入電壓高于或低于所需輸出電壓的應用。它們可以在非雙重絕緣的系統中提供符合 UL 安全要求的隔離輸出。此外，可以在不顯著增加系統成本的情況下包括功率因數校正 (PFC)，同時仍然允許通過標準的基于雙向可控硅的調光器進行調整。反激式轉換器基于升壓轉換器原理。它使用單個高壓開關 MOSFET 和耦合電感器以及單個輸出整流二極管來存儲能量并將其傳輸到隔離的次級。 LED 需要精心設計的恒流源來控制亮度。更具體地說，通常用于驅動 LED 的降壓轉換器拓撲的輸出電容器會對環形控制特性產生重大影響。因此，電容器的類型和輸出電路的配置通常是需要考慮的關鍵特性。

許多便攜式 LED 應用需要調光。在 LCD 背光等應用中，調光允許調整亮度和對比度。PWM 調光是通過以減少的工作周期向 LED 施加全電流來實現的。PWM 信號的頻率必須高于 100 Hz，以確保 PWM 按鈕對人眼不可見。最大 PWM 頻率取決于電源的啟動時間和響應時間。

ON Semiconductor 的LV52207NXB 是用于白光 LED 單元的 DC/DC 升壓轉換器。它集成了一個可以承受 40 V 電壓的 MOSFET。連接到端子 RT 的電阻設置了最大電流。在 63.4 KΩ 時，電流為 20 mA。可以使用 1-wire 控制設置 256 級電流值(圖 5)。

圖 5：使用安森美半導體 LV52207NXB 驅動器的接線圖 [來源：安森美半導體]

ADI公司擁有廣泛的 LED 驅動器集成電路產品線，適用于汽車照明應用。該公司表示，其升壓、降壓、降壓/升壓和 SEPIC 拓撲可在小封裝中提供最高效率和低噪聲。

ADI 公司的 LTC3452(圖 6)是一款同步 DC/DC 降壓/升壓器件，針對從單個鋰離子電池輸入驅動兩組白光 LED 進行了優化。五個并聯 LED 可以在低功率下驅動每個高達 25 mA，而兩個 LED 可以每個驅動高達 150 mA(或單個 LED 驅動到 300 mA)。

圖 6 ：使用 Analog Devices 的 LTC3452 驅動器的接線圖 [來源：Analog Devices]

汽車

車載電子設備控制著許多功能。例如，一些涉及雨刷系統，另一些涉及空調系統。電源管理系統不僅涵蓋照明解決方案，還涵蓋信息娛樂解決方案，以提供舒適和安全愉快的乘坐體驗。

對于大功率應用，例如汽車領域使用的外部照明，通常使用開關穩壓器。LED 通常需要恒定電流來產生相干光輸出。輸出電壓將取決于許多參數，例如 LED 制造工藝。設計人員必須準確預測最大輸出電壓，以選擇最佳穩壓器拓撲結構，從而選擇具有相關外部組件的相應 IC。

Maxim Integrated 的MAX20090 是一款單通道高亮度 LED 驅動器，適用于汽車前燈應用，例如遠光燈和近光燈、日間行車燈、轉向燈和霧燈。它接受 5 V 至約 60 V 的輸入電壓以驅動最大輸出電壓為 65 V 的 LED 燈串。該器件集成了擴展頻譜調制以提高電磁兼容性性能(圖 7)。

圖 7：使用 Maxim 的 MAX20090 的應用電路 [來源：Maxim Integrated]

汽車行業對照明電源管理提出了挑戰。汽車工作環境具有廣泛的溫度范圍，并會產生高水平的瞬變和輸入干擾。用于汽車領域的 LED 顯示器的所有開關穩壓器和驅動器都必須符合 AEC-Q100 標準。合規性對于實現高級駕駛員舒適度和安全功能至關重要，例如高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 的自適應照明和輔助功能。

審核編輯：湯梓紅