调节LED电源电流的反相升降压拓朴小结

如需控制LED 亮度，就必须具备能够提供恒定、稳压电流的驱动器。而要达到此目标，驱动器拓朴必须能产生足够的输出电压来顺向偏置 LED。那么当输入和输出电压范围重叠时，设计人员又该如何选择呢?转换器有时可能需要逐渐降低输入电压，但有时也可能需要升高输出电压。以上情况通常出现在那些具有大范围“脏” (dirty) 输入功率来源的应用中，例如车载系统。在这种降压/升压的操作中，几种拓朴可以达到较好的效果，像是 SEPIC 或四次切换升降压拓朴。这些拓朴一般需要大量的元件，设计的材料成本也因而增加。但由於它们可提供正输出电压，因此设计人员通常视其为可接受的方案。不过负输出电压转换器也是另一种不该被忽略的替代解决方案。

图 1 显示在恒定电流配置中驱动 3 个 LED 的反相升降压电路示意图。该电路拥有诸多优点。首先，它使用了标准降压控制器，不但能将成本降到最低，并有助於所有系统级的再利用。如果需要，设计人员也可以轻松改造该电路以利用整合型 FET 降压控制器或同步降压拓朴来提升效率。这种拓朴使用的功率级元件数目与简易降压转换器相同，因此可将切换稳压器的元件数降至最低，同时达到相对於其他拓朴的最低总体成本。由於 LED 本身的输出为光线，就系统级而言 LED 因受到负电压而产生偏压并不会造成影响，跟正电压的情况不同，也因此使其成为一种值得考虑的电路设计。

图 1 利用负输出电压，以升降压拓朴调节恒定 LED 电流

LED 电流的调节是透过感应感测电阻 R1 两端的电压并将其用作控制电路的反馈。控制器接地接脚必须为负输出电压的参考电压，以便让该直接反馈正常运作。如果控制器为系统接地的参考电压，则需要一个电平移位电路。这种“负接地”对电路构成了一些限制。功率 MOSFET、二极体和控制器的额定电压必须高於输入与输出电压的总和。

其次，从外部连接控制器 (例如致能) 需要将讯号从系统接地到控制器接地进行电平移位，因此需要更多的元件。单就这个原因而言，消除或将不必要的外部控制减至最低是最好的办法。

最後相较於四次切换的升降压拓朴，反相升降压拓朴中的功率装置会受到额外的电压和电流压力，进而降低了相关效率，但该效率与 SEPIC 相当。即便如此，这种电路还是能够达到 89% 的效率。藉由该电路的完全同步化，效率还可以再提高 2%～3%。