线性和开关式LED电源结合方案

李大白

 
　　为控制亮度，发光二极管（LED）需要恒定电流。把一只电阻器与一组LED串联即可实现此点。由于一组LED的电压和供电电压都可能发生改变，因而必须使用专用的LED驱动保证电流的精准。以下两种方案使用广泛：线性恒流LED驱动器和步进降压开关式转换器，它们均有各自的优势和劣势。
　　线性驱动是简单的方案，所需元件极少且基本无噪音。但是，其耗散的热量和供电电压与LED正向电压之差成正比。为防止过热，其封装可能需要在PCB上额外划分一个散热区，这就增加了所需PCB的成本和数量，同时也增加了驱动IC因热关断，从而关闭LED的风险。了解led产品led灯条的信息。

　　图1  LM393比较器监测LED串的低侧电压，并使能降压稳压器（CAT4201）或线性稳压器（CAT4101）。

　　如果此驱动被置于LED旁，额外的热量会使LED以更高的温度运行，从而减少其寿命。降压（或buck）转换器效率高，产生的热量很少，但是开关式方案需要一只电感和一个肖特基二极管。这个方案也会产生噪音，尤其是当供应电压快降至LED正向电压时。在汽车应用中，射频干扰（RFI）是一个重要的考虑因素。建议在开头式转换器前面置放EMI/RFI滤波器，以阻止高频转换产生的噪音返回电源，因为它有可能干扰到AM/FM波段收音机等设备。
　　在降压变换器性能不良，用尽余量时，线性驱动器的运行则是最佳的。为避免劣势，发挥两种方案的优势，可以采取将线性与降压相结合的方案，在保证效率的同时将转换噪音降至最低。
　　理想情况下，电池电压的波动幅度很大。如汽车应用场景下（8v至17v），线性/降压驱动器能提供所需的较低噪音运行环境和较高的效率。当应用电压升至限值以上时，LED驱动器则转换为降压模式，从而避免线性驱动器过热。
　　本文中的电路可单独选择每个LED驱动器在开关模式和线性模式之间切换时的可调电压阈值，并有额外迟滞以确保转换顺利进行。图1显示的原理图采用了安森美半导体公司的CAT4201  350-mA降压驱动器，以及CAT4101  1A恒流LED驱动器，图中也显示了逻辑比较器。较常见的降压结构有一个高侧开关和一个低侧二极管，CAT4201则不同，它互换了这些器件。