【導讀】為了達到每秒開關(guān)數(shù)百次或甚至數(shù)千次，以開關(guān)穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的LED驅(qū)動器，須經(jīng)過特別的設(shè)計考慮。本文專門為大家深度剖析LED調(diào)光中FET電路設(shè)計及波形分析，有興趣的同學可以來看看。
為了達到每秒開關(guān)數(shù)百次或甚至數(shù)千次，以開關(guān)穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的LED驅(qū)動器，須經(jīng)過特別的設(shè)計考慮。針對標準電源供應(yīng)而設(shè)計的穩(wěn)壓器一般都會設(shè)計一根“啟動”或關(guān)閉接腳，以便供邏輯PWM信號使用，但連帶的延遲tD則頗長，這是由于硅芯片的設(shè)計強調(diào)在響應(yīng)時間內(nèi)維持低停機電流。然而，專用來驅(qū)動LED的開關(guān)穩(wěn)壓器則恰好相反，它可在「啟動」接腳邏輯低時，保持內(nèi)部控制電路的活動，以將tD減至最低，而當LED被關(guān)關(guān)時，則會面臨較大工作電流的困擾。在使用PWM來達成光控制優(yōu)化時，要把轉(zhuǎn)上（Slew-up）和轉(zhuǎn)下（Slew-down）延遲維持在最低，這不單為了獲得最佳的對比度，而且還可減少LED花在由0到目標所需的時間。（在此條件下，并不保證主波長或CCT與目標值相同）在這里的標準開關(guān)穩(wěn)壓器將設(shè)有一個軟啟動，通常也搭配一個軟關(guān)閉，而專用的LED驅(qū)動器會在其控制之內(nèi)執(zhí)行所有工作以減少這些回轉(zhuǎn)率（Slew Rate）。要降低tSU和tSD，須要同時從硅芯片的設(shè)計和開關(guān)穩(wěn)壓器所采用的拓撲著手。
具備較快速回轉(zhuǎn)率的降壓穩(wěn)壓器，比其他所有的開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)在兩個地方表現(xiàn)更為優(yōu)異，首先降壓穩(wěn)壓器是唯一可在控制開關(guān)啟動時，將功率輸送到輸出端的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，此特點使得電壓模式或電流模式PWM（這里不要與PWM調(diào)光混淆）的降壓穩(wěn)壓器之控制回路，比起升壓穩(wěn)壓器或其他降壓/升壓拓撲更為快速。此外，在控制開關(guān)啟動期間的功率傳輸能夠輕易改為磁滯控制，使其速度甚至比最佳的電壓模式或電流模式控制的回路更快。其次，降壓穩(wěn)壓器的電感器在整個開關(guān)周期內(nèi)都是連接在輸出端，此可確保輸出電流的連續(xù)性，也意謂毋須使用輸出電容器。少了輸出電容器后，降壓穩(wěn)壓器便可成為真正的高阻抗電流源，能夠迅速轉(zhuǎn)換輸出電壓。邱克型（Cuk）和Zeta轉(zhuǎn)換器雖可提供連續(xù)性輸出電感器，但由于它們的控制回路較慢，效率也較低，因此并非最佳選擇。
PWM比“啟動”接腳更快
即使是一個沒有輸出電容器的純磁滯降壓穩(wěn)壓器，都不足以應(yīng)付某些PWM調(diào)光系統(tǒng)的要求，這些應(yīng)用需要較高的PWM調(diào)光頻率、高對比度度，也就是要求更快速的回轉(zhuǎn)率和更短暫的延遲時間。與機械視覺辨識和工業(yè)檢驗系統(tǒng)搭配應(yīng)用時，舉例某些要求高性能的系統(tǒng)，包括液晶（LCD）面板和投影機的背光照明系統(tǒng)，在某些情況下，PWM調(diào)光頻率必須被調(diào)高到可聽頻帶以外的25kHz或更高的頻帶，隨著整體的調(diào)光周期已縮短至幾微秒內(nèi)，包括傳導延遲在內(nèi)，LED電流的上升和下降時間總和必須縮短至奈秒內(nèi)。
圖分路FET電路和其波形
從一個沒有輸出電容器的快速降壓穩(wěn)壓器著手，出現(xiàn)在輸出電流開啟和關(guān)閉的延遲，是來自集成電路本身的傳導延遲和輸出電感器的物理特性。若要達到真正高速的PWM調(diào)光，兩個延遲都須被略過（By Pass）。要實現(xiàn)這個目標，最佳方法就是采用一個與LED并聯(lián)的電源開關(guān)（圖3）。當LED關(guān)閉時，驅(qū)動電流便會分流通過開關(guān)，作用就如同一個典型的N 型金屬氧化半導體場效晶體管（N-MOSFET），這時集成電路會繼續(xù)運行，而電感器電流也會持續(xù)流動。該方法的最大缺點在于LED關(guān)閉時，即使期間的輸出電壓下降到與電流感測電壓相同，仍會浪費功率。
利用分路場效應(yīng)晶體管（FET）來進行調(diào)光會導致輸出電壓出現(xiàn)較為急劇的移位，這使得集成電路的控制回路必須作出響應(yīng)，以嘗試維持輸出電流的穩(wěn)定。正如同邏輯接腳調(diào)光般，控制回路愈快表示響應(yīng)愈好，而采用磁滯控制的降壓穩(wěn)壓器則可提供最佳的回應(yīng)。
