【導(dǎo)讀】為了達(dá)到每秒開(kāi)關(guān)數(shù)百次或甚至數(shù)千次，以開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的LED驅(qū)動(dòng)器，須經(jīng)過(guò)特別的設(shè)計(jì)考慮。本文專門(mén)為大家深度剖析LED調(diào)光中FET電路設(shè)計(jì)及波形分析，有興趣的同學(xué)可以來(lái)看看。
為了達(dá)到每秒開(kāi)關(guān)數(shù)百次或甚至數(shù)千次，以開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的LED驅(qū)動(dòng)器，須經(jīng)過(guò)特別的設(shè)計(jì)考慮。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電源供應(yīng)而設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓器一般都會(huì)設(shè)計(jì)一根“啟動(dòng)”或關(guān)閉接腳，以便供邏輯PWM信號(hào)使用，但連帶的延遲tD則頗長(zhǎng)，這是由于硅芯片的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)維持低停機(jī)電流。然而，專用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器則恰好相反，它可在「啟動(dòng)」接腳邏輯低時(shí)，保持內(nèi)部控制電路的活動(dòng)，以將tD減至最低，而當(dāng)LED被關(guān)關(guān)時(shí)，則會(huì)面臨較大工作電流的困擾。在使用PWM來(lái)達(dá)成光控制優(yōu)化時(shí)，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(duì)比度，而且還可減少LED花在由0到目標(biāo)所需的時(shí)間。（在此條件下，并不保證主波長(zhǎng)或CCT與目標(biāo)值相同）在這里的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器將設(shè)有一個(gè)軟啟動(dòng)，通常也搭配一個(gè)軟關(guān)閉，而專用的LED驅(qū)動(dòng)器會(huì)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(shí)從硅芯片的設(shè)計(jì)和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器所采用的拓?fù)渲帧?/div>
具備較快速回轉(zhuǎn)率的降壓穩(wěn)壓器，比其他所有的開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在兩個(gè)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(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)，將功率輸送到輸出端的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，此特點(diǎn)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?fù)涓鼮榭焖佟４送猓诳刂崎_(kāi)關(guān)啟動(dòng)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(gè)開(kāi)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(dòng)”接腳更快
即使是一個(gè)沒(méi)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(duì)比度度，也就是要求更快速的回轉(zhuǎn)率和更短暫的延遲時(shí)間。與機(jī)械視覺(jué)辨識(shí)和工業(yè)檢驗(yàn)系統(tǒng)搭配應(yīng)用時(shí)，舉例某些要求高性能的系統(tǒng)，包括液晶（LCD）面板和投影機(jī)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(tīng)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(dǎo)延遲在內(nèi)，LED電流的上升和下降時(shí)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(gè)沒(méi)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(kāi)啟和關(guān)閉的延遲，是來(lái)自集成電路本身的傳導(dǎo)延遲和輸出電感器的物理特性。若要達(dá)到真正高速的PWM調(diào)光，兩個(gè)延遲都須被略過(guò)（By Pass）。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，最佳方法就是采用一個(gè)與LED并聯(lián)的電源開(kāi)關(guān)（圖3）。當(dāng)LED關(guān)閉時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流便會(huì)分流通過(guò)開(kāi)關(guān)，作用就如同一個(gè)典型的N 型金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管（N-MOSFET），這時(shí)集成電路會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，而電感器電流也會(huì)持續(xù)流動(dòng)。該方法的最大缺點(diǎn)在于LED關(guān)閉時(shí)，即使期間的輸出電壓下降到與電流感測(cè)電壓相同，仍會(huì)浪費(fèi)功率。
利用分路場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）來(lái)進(jìn)行調(diào)光會(huì)導(dǎo)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)。
