图5 纹波电流增加了LED的功耗
图5量化显示了由于纹波电流造成的 LED 功耗的增加。与LED的散热时间常量相比,由于纹波频率较高,因此高纹波电流(以及高峰值功耗)不会影响峰值结温。LED的大部分压降就像一个电压源,因此电流波形对功耗没有影响。然而,压降有一个电阻分量,并且功耗由该电阻乘以均方根(RMS)电流的平方决定。
图5还阐明即使是在纹波电流较大时,对功耗也没有重大影响。例如,50%的纹波电流仅增加不到5%的功率损耗。当大大超过此水平时,需要减小电源的直流电流以保持结温不变,从而维持半导体的使用寿命。根据经验,结温每降低10℃,半导体的使用寿命就会延长2倍。并且,由于电感的限制,许多的设计都倾向于更小的纹波电流。绝大多数电感的设计旨在处理小于20%的Ipk/Iout纹波电流比率。
典型应用
LED中的电流在很多情况下都是由镇流电阻或线性稳压器进行控制的。但是,本文中主要讲述的是开关稳压器。在驱动 LED 时常用的三种基本的电路拓扑为降压拓扑、升压拓扑及降压-升压拓扑。采用何种拓扑结构取决于输入电压和输出电压的关系。
图6 降压 LED 驱动器逐步降低输入电压
在输出电压始终小于输入电压的情况下,应使用降压稳压器,图6显示了该拓扑结构。在该电路中,对电源开关的占空比(duty factor)进行了控制,以在输出滤波器电感L1上确立平均电压。当FET开关闭合时(TPS5430内部),其将输入电压连接到电感,并在L1中形成电流。环流二极管v2提供了开关断开时的电流路径。电感可对流经LED的电流起到平滑的作用,通过用电阻监控(测量)LED电流,并将该电压与控制IC内部的参考电压进行比较,从而最终实现对流经LED的电流调节。如果电流太低,则占空比增加,平均电压也上升,从而导致了电流的升高。由于电源开关、环流二极管以及电流检测电阻上的压降非常低,该电路可提供极佳的效率。
图7 高度集成的升压LED驱动器逐步升高输入电压
图8 降压-升压电流可限制和处理广泛的输入范围