圖1 采用開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)LED陣列的基本電路

　?。?）選擇電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　白光LED應(yīng)用于汽車前照明燈時(shí)，在輸人電壓的限制（UBAT＝9 Umin）和陣列的正向壓降（2×UF（max）＝8.0V，UF（max）＝4V，IF＝350mA）確定后，采用降壓拓?fù)鋪頋M足這些要求是合理的。其他驅(qū)動(dòng)白光LED的方法是用開關(guān)方式產(chǎn)生穩(wěn)定電壓，然后通過脈沖寬度調(diào)制方式調(diào)節(jié)流過白光LED的電流。在白光LED到開關(guān)的路徑上，需要串聯(lián)一個(gè)限流電阻，以避免流過的電流過大，但這個(gè)串聯(lián)電阻產(chǎn)生的功率損耗會(huì)導(dǎo)致效率降低。

　　簡化的降壓調(diào)節(jié)器電路如圖2所示，在該電路中，考慮到開關(guān)電源的電感工作于電流連續(xù)模式，通過電感的電流波形如圖3所示，所以調(diào)節(jié)負(fù)載電流并向負(fù)載提供所需的驅(qū)動(dòng)功率是電路設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，設(shè)計(jì)中的輸出電壓不是重點(diǎn)考慮的參數(shù)，因輸出電壓會(huì)隨著白光LED陣列而改變，因而不需要像傳統(tǒng)穩(wěn)壓電路一樣考慮這個(gè)電路的穩(wěn)壓特性。當(dāng)電感進(jìn)行充電并且向白光LED陣列提供能量時(shí)，輸出電容在此期間提供電流。

　　圖2 簡化的降壓調(diào)節(jié)器電路圖

　　圖3 電流連續(xù)模式下流過電感中的電流波形

　?。?）選擇控制器
　　采用降壓模式DC／DC變換器驅(qū)動(dòng)LED的電路如圖4所示，在該電路中，DC／DC變換器（ZXSC310）以降壓模式工作。通過增加R2的值可提供更高的系統(tǒng)電壓，如要得到24V的電壓僅需將R2值改為2.2kΩ即可。同時(shí)電容C1也需有更高的額定電壓。電路的基本工作原理如下：當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，電流流過白光LED、電容C2和電感L2。當(dāng)R1兩端的壓降達(dá)到ISNNSE引腳的閾值電壓時(shí)，VT1關(guān)斷并保持一個(gè)固定時(shí)間，電感中的能量流過VZ1和白光LED。經(jīng)過這個(gè)固定時(shí)間后，VT1重新導(dǎo)通，如此循環(huán)往返。

　　圖4 使用降壓模式DC／DC轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)LED的電路

　?。?）電路工作原理分析
　　在如圖4所示的電路中，開關(guān)VT1在一個(gè)固定時(shí)間TON內(nèi)導(dǎo)通，在VT1導(dǎo)通期間，ZXSC310將在IENSE引腳上檢測(cè)到19mV的電壓（標(biāo)稱值），達(dá)到此閾值電壓時(shí)VT1流過的電流為19mV／R1，稱為IPEAK。

　　當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，電流從電源流出，流過串聯(lián)的白光LED。假設(shè)白光LED的正向壓降為UF，則剩下的電源電壓將全部落在L1上，稱為UL1，并使L1上的電流以di／dt＝UL1／L1的斜率上升。其中di／dt的單位為A／s，UL1的單位為V，L1的單位為H。

　　VT1與R1上的壓降可忽略不計(jì)，因?yàn)閂T1的導(dǎo)通電阻RDS-ON很小，且R1上的壓降總是小于19mV。19mV是VT1的關(guān)斷閾值電壓，它是依據(jù)ISENS，，引腳的閾值電壓設(shè)置的。
          
　　由于將UIN減去白光LED的正向壓降可得到L，兩端的電壓，故可算出TON。因此，如果L1較小，則對(duì)于同樣的峰值電流IPEAD及電源電壓UIN，Ton亦較小。在電感電流上升到IPEAK的過程中，電流流過白光LED，因此白光LED上的平均電流等于TON上升期間及TOFF下降期間的電流之和。

　　DC／DC變佤器（ZXSC310）的TOFF在內(nèi)部被固定為1.7μS（標(biāo)稱值），如果用該值來計(jì)算電流斜坡，則其最小為1.2μs，為3.2μS。

　　為盡量減少傳導(dǎo)損耗及開關(guān)損耗，TON不能比TOFF太多。過高的開關(guān)頻率會(huì)造成較高的du／dt，因此SC310的工作頻率為200kHz。假設(shè)固定TOFF為1.7μs，則TON最小值為5μs－1.7μS＝3.3μS。這不是一個(gè)限制值，ZXSC310也可在該頻率的2～3倍下工作，但其轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低。

　　在TOFF期間，儲(chǔ)存在電感中的能量將被轉(zhuǎn)移到白光LED中，只在肖特基二極管上有一些損耗。如果TOFF除好是電流達(dá)到零所需的時(shí)間，則白光LED中的平均電流將為IPEAK／2。實(shí)際上，電流可能會(huì)在TOFF之前達(dá)到零，平均電流將小于IPEAK／2，因?yàn)樵谶@個(gè)周期里有一段時(shí)間白光LED的電流為零，則稱ZXSC310進(jìn)入了“非連”工作模式。如果經(jīng)過1.7μS后電流沒有達(dá)到零，而是下降到Imin，貝刂稱ZXSC310進(jìn)入了“連續(xù)”工作模式。白光LED電流將在Imin與IPEAK之間上升和下降（di／dt斜率可能不同），此時(shí)平均白光LED的電流為Imin與IPEAK的平均值。

　　若已知輸入電壓為穩(wěn)定的12V直流，需驅(qū)動(dòng)3個(gè)功率為1W的白光LED（需要340mAェ作電流），即可參考如圖4所示的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　電源輸入電壓UIN＝12V，白光LED的正向壓降UF＝9.6V，UIN＝UF十UL1。因此，UL1＝12V－9.6V＝2.4V，ZXSC310的ISENSE引腳電壓為USENSE=34mV。

　　峰值電流＝USENSE／R1＝34mV／50mΩ＝680mA，此處的R1就是RSENSE。

　　在上述等式中，近似認(rèn)為在整個(gè)電流上升與下降期間白光LED的正向壓降不變。事實(shí)上它會(huì)隨電流升高而，但按上述公式計(jì)算結(jié)果選用的器件，在實(shí)際應(yīng)用電路中其值均在所允許的容差范圍內(nèi)。此外，UIN與UF之間的差值小于它們中的任何一個(gè)，所以6.2μs的上升時(shí)間將基本上取決于這些電壓值。對(duì)于9.6V的白光LED正向壓降及300mV的肖特基二極管正向壓降來說，從680mA下降到零的時(shí)間為

　　由于TOFF一般為1.7μS，所以電流有足夠的時(shí)間降到零。盡管1.5μS已相當(dāng)接近1.7μS，但因?yàn)槠骷娜莶睿?a target="_blank">線圈電流可能不能降到零，但殘余電流會(huì)很小。由于電流可能永遠(yuǎn)都不會(huì)超過IPEAK，所以即使電流從一個(gè)有限值開始導(dǎo)通（連續(xù)模式），其值也不會(huì)超過IPEAK，于是白光LED電流將近似等于680mA與0的平均值，即340mA。它并不是嚴(yán)格意義上的平均值，因?yàn)橛?00ns的時(shí)間內(nèi)電流為零，但與IPEAK及器件容差相比，平均值的誤差非常小。

　?。?）電路設(shè)計(jì)計(jì)算
　　在TON期間（假設(shè)為非連續(xù)工作模式），電源的輸入功率等于UIN×IPEAK／2，因丐電源的平均輸入電流等于該電流乘以TON相對(duì)于整個(gè)周期時(shí)間的比值。

　　從式（3－25）可看出平均電源電流是如何在較低電壓下隨著TON相對(duì)于固定的1.7μS的增加而增大的。這是符合功率原理的，因?yàn)楫?dāng)電源電壓較低時(shí)，固定（或近似固定）的白光LED功率需要更多電源電流才能獲得相同功率。而儲(chǔ)存在電感中的能量等于從電感轉(zhuǎn)移到白光LED的能量（假設(shè)為非連續(xù)工作模式）。因此，當(dāng)輸入電壓與輸出電壓的差別變得更大時(shí)，從電感轉(zhuǎn)移到白光LED的能量比白光LED直接從電源獲取的能量更大。如果能計(jì)算出使電流正好在1.7μS時(shí)達(dá)到零的電感值L1及峰值電流IPEAK，則白光LED的功率將不會(huì)太依賴于電源電壓，因?yàn)榇藭r(shí)白光LED中的平均電流總是近似為IPEAK／2。

　　隨著電源電壓的增加，達(dá)到IPEAK所需的TON將減小，但白光LED的功率基本恒定，且在TON期間只吸取從零至／max的電源電流。電源電壓越高，TON占整個(gè)周期的比例越小，所以較高電源電壓時(shí)的平均電源電流亦較小，這樣就保持了功率和效率的恒定。

　　肖特基二極管的正向壓降會(huì)使效率降低。例如，假設(shè)白光LED的UF為6V，肖特基二極管的UF為0.3V，則從電感轉(zhuǎn)移過來的能量的效率損失為5％，即肖特基二極管的正向壓降UF與白光LED正向壓降UF之比（0.3V／6V）。在TON期間，肖特基二極管不在電流回路中，故不會(huì)引入損耗，因此整個(gè)效率損失比取決于TON與TOFF之比。對(duì)于TON占整個(gè)周期的大部分的低電源電壓來說，由肖特基二極管導(dǎo)入的損耗并不大。當(dāng)白光LED電壓較高（多個(gè)白光LED串聯(lián)）時(shí)，肖特基二極管導(dǎo)入的損耗也不大，因?yàn)榇藭r(shí)肖特基二極管的正向壓降在整個(gè)壓降所占的比例很小。