典型白光LED驱动案例

电感式开关稳压驱动器的核心是电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。在开关管闭合的时候，将电源的能量储存在电感中，在开关管关断的时候，电感中的能量流入电容，这样就实现了能量的传输。

电感式开关稳压驱动器有通常两种控制方式：一是保持开关工作周期不变，控制开关导通时间的脉冲宽度调制方式(PWM)，该方式是在输入电压或负载变化时，控制电路通过输出电压或电流与基准电压的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得电感式开关稳压驱动器的输出电压或电流保持稳定;另一种是保持导通时间不变，改变开关工作周期的脉冲频率调制方式(PFM)，基本工作原理就是在输入电压或负载变化的情况下，控制电路通过输出电压与基准电压的差值进行闭环反馈，在保持开关开启时间不变的情况下，控制开关周期的长短，即控制开关频率，来调整开关占空比，以达到稳定输出电压或电流的目的。由于PWM方式电路简单，且输入/输出范围较PFM方式更广泛(PFM通常用于轻负载、低电压、低电流情况下)，所以得到了广泛应用，下面主要介绍两种PWM驱动方式。

1.3.1 电压控制型PWM

结构示意图如图8所示。

在PWM控制器中，对输出电压Vo进行检测，加至运放的反相输入端，固定参考电压Vref加至运放的正相输入端。误差放大后输出直流误差电压Ve，加至PWM比较器的正相输入端;将斜坡信号发生器产生锯齿波信号Vosc加至PWM比较器的反相输入端。Vc和Vosc经PWM比较后输出一个方波信号，该方波信号的占空比随着误差电压Vc变化。当输出电压降低时，Ve值变大，经PWM比较后，输出方波占空比减小，MOS管导通时间增加，Vin对电感充电时间增加，Vout升高。

1.3.2 电流控制型PWM原理

结构示意图如图9所示。该电路和电压控制型的区别在于，该电路有外控制环和内控制环两部分电路。当输出电流Iout降低时，误差放大器输出增大，PWM输出为0;当振荡波上升沿到来时，MOS管导通，Vin对电感充电，电流增加，通过采样电阻R3反馈电压增加，当反馈电压超过Ve时，PWM输出为1，当振荡器下降沿到来时，MOS管关闭，电感上电流对外输出。电流控制模式与电压控制模式一样具有占空比与输出电压大小成反比的关系外，还具有以下特点：外控制环路控制电流最小值;内环控制电流最大值。

2 各种驱动器优缺点比较

对于LED驱动方式而言，每种LED驱动都有它的适用范围，也有它们各自的优缺点，搞清楚各自的优缺点，可以更好地根据实际情况，设计合理的LED驱动电路，这可以通过效率工作电压、噪声干扰、输出调节、反应速度以及安装尺寸和成本来进行比较分析。

工作电压、噪声干扰、输出调节、反应速度以及安装尺寸和成本来进行比较分析。

2.1 整体效率

线性稳压驱动器的整体效率是比较低的，主要是由于线性稳压驱动器是依靠功率管分去多余的电压来达到稳压效果，而这部分功耗是完全无用的，导致了驱动器效率的下降。所以使用线性稳压驱动器时，应尽量减少输入与输出电压差，其实际转换效率通常在50%～95%之间;由于基本电荷泵其只能倍数提供输出电压，其输出电压不能稳定在某个值上，所以通常在电荷泵电路外部连接额外的LDO，转换成稳压电荷泵，这样导致了电荷泵式驱动器效率在本身功率鞘耗的基础上，额外增加的LDO驱动器的功率消耗，效率通常在70%～85%;电感开关式驱动器以及基本电荷泵驱动器的损耗主要来自内部MOS器件静态电流损耗、外部电容以及采样电阻的功率损耗，其效率可达80%～90%。

2.2 工作电压

线性稳压驱动器由于分压工作原理，只能进行降压输出，这就决定了它只能工作的输入电压高于LED驱动需求电压的情况下工作;电荷泵驱动器，可进行降压或者升压，但如果需要进行高倍数或多模式调节输出电压，则需连接大量的开关和电容，使得效率大幅降低，所以一般应用于过度电压驱动，即输入电压与输出LED驱动电压差别不大的情况;电感式开关驱动器由于利用了磁场储能，不论是升压、降压还是两者同时进行，只需调整采样电阻的比例，就可以进行大范围的输出电压调整，且不会因输出调整改变驱动器效率，所以其应用范围最广，可广泛运用于各种输入电压之下。

2.3 噪声干扰(EMI)

线性稳压驱动器由于其工作原理是采取分压方式稳定输出电压，本身工作不需要电容或电感进行稳压操作，MOS管也始终工作在线性状态下，不需要进行关断或开启操作，所以本身不会产生噪声电压、电流和电磁干扰;电荷泵由于不采用电感，所以其EMI影响基本可以忽略，在输出电压过程中，MOS管需要进行开关操作，所以会产生一定的电源噪声，但由于没有使用电感，所以噪声较小，可以通过外接一很小的电容消除;电感式开关驱动器是电源噪声和EMI的主要来源，由于MOS管的频繁开关操作，PWM会在MOS管开关的固定频率内产生大的EMI干扰，PFM更是在其频率的可变范围内产生干扰，所以供应商通常需要采取提高电感式开关工作频率的方法，使其EMI落在系统频带之外，另外由于电感的原因，MOS管通断瞬间会产生较大的尖峰电流或电压，输出电流和电压也存在相位差。

2.4 输出调节及响应速度

线性稳压驱动器可以根据产品的需要，通过调整外部采样电阻的比例，调整MOS管的分压，对输出电压进行控制，而且其电路简单，响应速度很快;电荷泵驱动器本身不可随意调整输出电压的数值，只能通过采样电压反馈进行倍数调节，通过串接LDO也可进行电压调节，但这样也会降低驱动器的响应速度，响应速度较LDO慢，电荷泵对输出电压调节的优势在于它可通过简单设计，进行正负两种电压的输出，面其他两种驱动方式则需要另外的设计电路才能达到输出负值电压的效果;电感式开关驱动器，对输出电压的调节也只需调节采样电阻的比例，改变控制方波占空比，来调整输出电压，调整比较简便，但由于电路结构复杂，需进行多次比较放大，电感的存在也进一步减慢了电压调整的反应速度，所以响应速度最慢。

2.5 安装尺寸及成本

线性稳压驱动器电路构成简单，一般只需20～40个元器件就可组成，成本低，但由于MOS管也一直处于线性区或饱和区，发热量较大，所以需加装大的散热装置，以保证散热良好，确保系统稳定。电荷泵电路复杂程度居中，外接的电容体积也可通过提高开关频率而减小，而且现在贴片式电容也得到了很好的应用，使得电荷泵集成度大大提高，所需安装尺寸进一步减小。电感式开关驱动器电路最为复杂，成本最高，而且最少需外接一个电感、电容和肖特基二极管，特别是在需要屏蔽应用时，需另外加装屏蔽装置，成本更高，尺寸也更大。附对照表如表1所示。