憑借其長壽命和低能耗，LED有望改變照明行業，但快速采用的關鍵限制因素是LED本身的成本。LED燈具（完整的電燈單元）的成本各不相同，但LED的成本通常占燈具總成本的25%至40%左右，預計在多年內仍將很高（圖1）。

圖1.LED 燈具成本明細。1

降低燈具總成本的一種方法是以最高可能的直流電流驅動LED，如其數據表中允許的那樣。這可能遠高于其“分檔電流”。如果驅動得當，這可以產生更大的流明/成本。

圖2.LED 光輸出和功效與驅動電流的關系。2

但是，這樣做需要更高的電流驅動器。許多解決方案可用于在低電流（<500 mA）下驅動LED，但在較高電流（700 mA至4 A）下，選擇較少。這似乎令人驚訝，因為半導體領域擁有豐富的DC-DC解決方案，其容量高達4 A，但這些解決方案旨在控制電壓，而不是LED電流。本文探討了一些將現成的DC-DC降壓穩壓器轉換為智能LED驅動器的簡單技巧。

降壓穩壓器斬波輸入電壓并將其通過LC濾波器以提供穩定的輸出，如圖3所示。它采用兩個有源元件和兩個無源元件。有源元件是從輸入到電感的開關“A”，以及從地到電感的開關（或二極管）“B”。無源元件是電感（L）和輸出電容（C外).它們形成LC濾波器，可減少有源元件產生的紋波。

圖3.基本降壓排列。3

如果開關是內部的，則降壓器稱為穩壓器，如果開關是外部的，則稱為控制器。如果兩個開關都是晶體管（MOSFET或BJT），則它是同步的，如果底部開關是用二極管實現的，則它是異步的。這些類別的降壓電路各有優缺點，但同步降壓穩壓器通常會優化效率、器件數量、解決方案成本和電路板面積。遺憾的是，用于驅動大電流LED（高達4 A）的同步降壓穩壓器數量少且價格昂貴。本文以ADP2384為例，介紹如何修改標準同步降壓穩壓器的連接以調節LED電流。

ADP2384高效同步降壓穩壓器額定輸出電流高達4 A，輸入電壓高達20 V。 圖4顯示了用于調節輸出電壓的正常連接。

圖4.連接用于調節輸出電壓的ADP2384。

在操作中，輸出電壓的分頻副本連接到FB引腳，與內部600 mV基準電壓源相比，并用于為開關產生適當的占空比。在穩態下，FB引腳正好保持在600 mV，因此V外調節在分壓比的 600 mV 倍。如果上部電阻被LED取代（圖5），輸出電壓必須為保持600 mV（FB時）所需的電壓（在額定值范圍內）;因此，通過LED的電流將控制在600 mV/R意義.

圖5.基本（但效率低下）LED 驅動器。

當從FB到地的精密電阻設置LED電流時，該電路工作得很好，但電阻會消耗大量功率：P = 600 mV ×我發光二極管.對于低LED電流來說，這不是一個大問題，但在高LED電流下，低效率會顯著增加燈具的散熱（600 mV × 4 A = 2.4 W）。降低FB基準電壓會按比例降低功耗，但大多數DC-DC穩壓器沒有辦法調節該基準電壓源。幸運的是，對于大多數降壓穩壓器來說，有兩個技巧可以降低基準電壓：使用SS/TRK引腳或偏移R。意義電壓。

許多通用降壓IC包括軟啟動（SS）或跟蹤（TRK）引腳。SS 引腳通過在啟動時緩慢增加開關占空比來最大限度地降低啟動瞬變。TRK 引腳允許降壓穩壓器遵循一個獨立的電壓。這些功能通常組合到單個SS/TRK引腳上。在大多數情況下，誤差放大器會將SS、TRK和FB電壓中的最小值與基準電壓進行比較，如圖6所示。

圖6.采用ADP2384的軟啟動引腳操作。

對于燈具應用，將SS/TRK引腳設置為固定電壓，并將其用作新的FB基準。來自恒定電壓的分壓器可以很好地用作參考源。例如，許多降壓穩壓器IC包括受控的低壓輸出，例如V注冊引腳連接到ADP2384上。為了獲得更高的精度，可以使用簡單的2端子外部精密基準電壓源，例如ADR5040。在任何情況下，從該電源到 SS/TRK 引腳的電阻分壓器構成新的基準。將此電壓設置為100 mV至200 mV之間通常可在功耗和LED電流精度之間提供最佳折衷方案。用戶選擇基準電壓的另一個好處是 R意義可以選擇作為方便的標準值，避免了指定或組裝任意精度電阻值來設置LED電流的費用和不準確性。

圖7.使用 SS/TRK 引腳降低 FB 基準電壓。

使用SS或TRK引腳方法并非適用于所有降壓穩壓器，因為某些IC沒有這些引腳。此外，對于某些降壓IC，SS引腳會改變峰值電感電流，而不是FB基準，因此有必要仔細檢查數據手冊。作為替代方案，R意義電壓可以抵消。例如，精確電壓源和R之間的電阻分壓器意義提供來自 R 的相當恒定的失調電壓意義到FB引腳（圖8）。

圖8.偏移 R意義電壓。

電阻分壓器的必要值可以使用公式1找到，其中V支持是輔助調節電壓，并且F布雷夫（新）是 R 兩端的所需電壓意義.

因此，為了獲得150 mV的有效反饋基準電壓源，R2 = 1 kΩ 和V支持= 5 V：

指示燈電流為：

這種方法不需要SS或TRK引腳。FB引腳仍將調節至600 mV（但電壓在R意義調節到F布雷夫（新）).這意味著芯片的其他功能（包括軟啟動、跟蹤和電源良好）仍將正常運行。

這種方法的一個缺點是R之間的偏移量意義FB受供應精度的強烈影響。使用ADR5040等精密基準電壓源是理想的選擇，但精度較低的基準電壓源容差（±5%）會導致LED電流±12%的變化。比較如表1所示：

表 1.SS/TRK 和抵消 R 的比較意義

精確電流調節的另一個關鍵是正確布局布線到檢測電阻。4端子檢測電阻是理想的選擇，但可能很昂貴。良好的布局技術允許使用傳統的2端子電阻獲得高精度，如圖9所示。4

圖9.建議使用 R 的 PCB 走線布線意義.

超越監管

使用現成的降壓穩壓器調節LED電流非常簡單。此處所示的示例采用ADP2384。一篇內容更豐富的論文還包括使用ADP2441的示例，ADP2441是一種引腳更少、輸入電壓范圍為36 V的器件。它展示了一些示例，說明如何實現專用LED降壓穩壓器提供的許多“智能”功能，例如LED短路/開路故障保護、R意義開路/短路故障保護、PWM 調光、模擬調光和電流折返熱保護。我們將在這里討論PWM和模擬調光以及電流折返，使用ADP2384，如上例所示。

通過 PWM 和模擬控制進行調光

“智能”LED驅動器的一個關鍵要求是通過調光控制來調節LED亮度，使用兩種方法之一：PWM和模擬。PWM 調光通過調節脈沖占空比來控制 LED 電流。如果頻率高于約120 Hz，人眼會平均這些脈沖以產生感知的平均亮度。模擬調光將 LED 電流調整為恒定 （dc） 值。

PWM調光可以通過打開和關閉與R串聯插入的NMOS開關來實現意義.這些電流水平需要一個功率器件，但增加其中一個功率器件會破壞使用包含其自身電源開關的降壓穩壓器所獲得的尺寸和成本效益。或者，可以通過快速打開和關閉穩壓器來執行PWM調光。在低 PWM 頻率 （<1 kHz） 下，這仍然可以提供很高的精度（圖 10）。

圖 10.ADP2384 PWM調光線性度—200 Hz時輸出電流與占空比的關系。

與所有通用降壓穩壓器一樣，ADP2384沒有用于施加PWM調光輸入的引腳，但可以操縱FB引腳來啟用和禁用開關。如果FB變為高電平，則誤差放大器變為低電平，降壓開關停止。如果 FB 重新連接到 R意義，然后恢復正常調節。這可以通過低電流NMOS晶體管或通用二極管來完成。在圖11中，高PWM信號連接R意義到 FB，啟用 LED 調節。低 PWM 信號關閉 NMOS，上拉電阻使 FB 變為高電平。

圖 11.使用ADP2384進行PWM調光。

PWM調光非常流行，但有時需要無噪聲的“模擬”調光。模擬調光只是縮放恒定的LED電流，而PWM調光則將其斬波。如果使用兩個調光輸入，則需要模擬調光，因為多個PWM調光信號會產生拍頻，從而導致閃爍或可聽噪聲。但是，PWM可用于一種調光控制，而模擬可用于另一種調光控制。對于通用降壓穩壓器，實現模擬調光的最簡單方法是通過調整FB基準電壓源電路的電源來操縱FB基準電壓源，如圖12所示。

圖 12.模擬調光電路。

熱折返

由于LED的壽命在很大程度上取決于其工作結溫，因此有時需要監控LED溫度并在溫度過高時做出響應。異常高溫可能是由散熱器連接不良、環境異常高溫或其他極端條件引起的。一種常見的解決方案是在溫度超過某個閾值時降低 LED 電流（圖 13）。這稱為 LED 熱折返。

圖 13.所需的 LED 熱折返曲線。

在這種類型的調光中，LED保持全電流，直到達到溫度閾值（T1），超過該閾值，LED電流隨著溫度的升高而開始減小。這限制了LED的結溫并延長了其使用壽命。低成本NTC（負溫度系數）電阻通常用于測量LED的散熱器溫度。只需對模擬調光方案稍作修改，NTC的溫度即可輕松控制LED電流。如果使用 SS/TRK 引腳控制基準電壓源，則一個簡單的方法是將 NTC 與基準電壓并聯（圖 14）。

圖 14.使用 SS/TRK 引腳的 LED 熱折返。

隨著散熱器溫度的升高，NTC電阻下降。NTC與R3形成電阻分壓器。如果分壓器的電壓高于基準電壓，則提供最大電流;如果NTC電阻電壓降至基準電壓以下，則FB基準電壓以及LED電流開始下降。

結論

這些技巧應作為使用標準降壓穩壓器實現全面LED功能的一般準則。但是，由于這些功能有點超出降壓IC的預期應用范圍，因此最好與半導體制造商聯系，以確保IC可以處理這些工作模式。

審核編輯：郭婷