浅谈如何借用SEPIC电路拓扑改善LED系统性能

Q1的工作时间，IL1，ripple和IL2，ripple为L1和L2的电感器电流涟波，方程式5如下：

　　在稳定状态时，VIN = VCS，所以可以将L2的电感器电流涟波以下列方程式6表示：

　　为维持连续传导模式（CCM）操作，即便在VIN为最高值时，L1和L2应该要够大，以确保电感器电流大于电感器电流涟波的一半。範例中，切换频率为700kHz，切换週期为1.43μs，在VIN为最高值14伏特时，VOUT和ILED分别为15伏特和0.35安培，可得出以下数值：

　　为维持CCM操作，IL1，ripple和IL2，ripple最大值应分别为2.25安培（IL1×2）和2.1安培（IL2×2）L1和L2的最小值分别为4.6μH和4.9μH。因电感器的容限範围可高达30%，所以L1和L2的选择可以为7μH （4.9μH÷0.7）。

　　以IQ1，peak和ID1，peak分别表示Q1和D1的峰值电流，方程式7、8如下：

　　Q1和D1的元件应该能够处理峰值电流，峰值电流的最大值往往发生在VIN最低值时，在这个範例中，当VIN为10伏特时，L1和L1两者为7μH，相关数值如下：

　　线性电流调节器包含电流感测电阻、功率电晶体和放大器（内嵌于控制器IC中）。放大器的输出控制功率电晶体（2N2222），再控制LED灯串的电流为0.35安培，电流藉1欧姆（Ω）电阻而感测。感测讯号回馈到放大器的输入，以便与参考电压0.35伏特进行比较。0.35伏特是藉由R7和R8形成的电阻分压器电路，将内部参考电压从2.5伏特降压分压而成。

　　更进一步来说，在操作期间，可以藉由LM3431内嵌的动态区间控制（Dynamic Headroom Control， DHC）功能，适当调整整流器的VOUT。如果LED灯串的电压减少，一般来说是因为操作下的温度升高，DHC可缓慢减低VOUT，因此可以将线性电流调节器的功率损耗降至最低。此举可进一步改善整体系统的效能。 此外，在硬体结果方面，相关图示如下。图3为稳定状态下操作的系统波形图。

　　图4～6所示为380Hz的调光频率、调光工作週期比分别是10%、50%和90%的调光讯号下的回应。启动回应也显示在图7中，表1则是系统的效能表现。

　　本文资料是经过20分鐘全负载操作后取得，因此LED的温度是稳定的，可以看出每一个LED灯串的压降约为12.5伏特，这意味着每一个LED的顺向电压由于温度上升而少于3.2伏特额定值。在此情况下，DHC减低了VOUT值，使其小于14伏特，因此线性电流调节器功率损耗得以降低，整体效能几乎为整个输入电压範围的80%。