浅谈白光LED电源的设计技巧

和图 3 所示。

　　图 3 升压转换器的可变转换增益 M

　　可变转换增益可实现一个刚好与 LED 正向电压相匹配的电压，从而避免了内部压降，并实现了高达 85% 的效率。

　　可驱动 4 个白光 LED 的标准升压转换器

　　图 4 中的升压转换器被配置为一个可驱动 4 个白光 LED 的电流源。该器件将检测电阻器 Rs 两端的电压调节至 1.233V，从而得到一个定义的 LED 电流。

　　图 4 配置为电流源的升压转换器

　　本结构中使用的升压转换器在 1.233V 电流检测电阻器两端将有一个压降，而检测电阻器的功耗会降低该解决方案的效率。因此，必须降低检测和调节该 LED 电流的压降。除此之外，对于许多应用来说，调节 LED 电流和 LED 亮度的可能性也是必须的。图 5 中的电路实现了这两个要求。

　　图 5 通过降低电流感应电压来提高效率

　　在图 5 中，我们将一个可选齐纳二极管添加到了电路中，来钳位控制输出电压，以防止一个 LED 断开连接或出现高阻抗。将一个具有 3.3V 振幅的 PWM 信号施加到该转换器的反馈电路上，同时使用一个低通滤波器 Rf 和 Cf，以过滤PWM 信号的 DC 部分并在 R2 处建立一个模拟电压 （Vadj）。通过改变所施加 PWM 信号的占空比，使该模拟电压上升或下降，从而调节该转换器的反馈电压，此举会增加或降低转换器的 LED 电流。通过在 R2 处施加一个高于转换器反馈电压 （1.233V） 的模拟电压，可以在检测电阻器两端实现一个更低的感应电压。对于一个 20mA LED 电流而言，感应电压从 1.233V 下降到了 0.98V（对于 10mA LED 电流而言，甚至会降至 0.49V）。

　　图 6 通过降低电流感应电压实现更高的效率

　　当使用一个具有 3.3V 振幅的 PWM 信号时，必须要将控制 LED 亮度的占空比范围从 50% 调整到 100%，以得到一个通常会高于 1.233V 反馈电压的模拟电压。在 50% 占空比时，模拟电压将为 1.65V，从而产生一个 20mA、0.98V 的感应电压。将占空比范围限制在 70%～100% 之间会进一步降低感应电压。由此得出的效率曲线如图 6 所示

　　效率还取决于所选电感。在此应用中，一个尺寸为 1210 的小型电感可以实现高达 83% 的效率，从而使总体解决方案尺寸可与一个需要两个尺寸为 0603 的飞跨电容充电泵解决方案相媲美。

　　图 7 显示了 LED 电流作为控制 LED 亮度的 PWM 占空比的一个线性函数。

　　图 7 通过施加 PWM 信号实现简单的 LED 电流控制

　　上述解决方案显示了用于驱动白光 LED 的标准升压转换器的结构以及通过限制 PWM 占空比范围并选择一个不同的电流控制反馈网络来提高效率的可能性。按照逻辑思维，我们接下来将讨论一款集成了所有这些特性的解决方案。

　　专用 LED 驱动器减少了外部组件数量

　　图 8 显示了一款集成了前面所述特性的器件。直接在 CTRL 引脚上施加一个 PWM 信号就可以对 LED 电流进行控制。

　　图 8 白光 LED 恒流驱动器 IC

　　电流感应电压被降至 250mV，且过压保护功能被集成到一个采用小型3mm×3mm QFN 封装的器件中。其效率曲线如图 9 和图 10 所示。

　　图 9 效率与负载电流的关系曲线

　　图 10 整个电池输入电压范围内的高效率

　　图 10 显示整个锂离子电池电压范围（2.7V～4.2V）内均可以实现 80% 以上的效率。在此应用中，使用了一个高度仅为 1.2mm 的电感 （Sumida CMD4D11-4R7，3.5mm*5.3mm*1.2mm）。

　　从图 10 中的效率曲线可以看出：在大多数应用中，升压转换器可以实现比充电泵解决方案更高的效率。但是，在无线应用中使用升压转换器或充电泵时还需要考虑 EMI 问题。

　　对 EMI 加以控制

　　由于这两款解决方案均为运行在高达 1MHz 转换频率上的开关转换器，且可以快速的上升和下降，因此无论使用哪一种解决方案（充电泵还是升压转换器）都必须要特别谨慎。如果使用的是充电泵解决方案，则不需要使用电感，因此也就不存在磁场会引起 EMI 的问题了。但是，充电泵解决方案的飞跨电容通过在高频率时开启和关闭开关来持续地充电和放电。这将引起电流峰值和极快的上升，并对其他电路发生干扰。因此飞跨电容应该尽可能地靠近 IC 连接，且线迹要非常短以最小化 EMI 放射。必须使用一个低 ESR 输入电容以最小化高电流峰值（尤其是出现在输入端的电流峰值）。

如果使用的是一款升压转换器，则屏蔽电感器将拥有一个更为有限的磁场，从而实现更好的 EMI 性能。应对转换器的转换频率加以选择以最小化所有对该系统无线部分产生的干扰。PCB 布局将对 EMI 产生重大影响，尤其要将承载开关或 AC 电流的线迹保持尽可能