如何运用SEPIC转换器同时驱动多个LED灯串

作者：L.K.Wong　T.K.Man 美国国家半导体公司

近年来，ＬＥＤ照明已经成为最具市场潜力的行业之一。因此，驱动高亮度ＬＥＤ也成为一个热门话题。对于需要采用多个ＬＥＤ灯泡的应用而言，可以将ＬＥＤ串联形成ＬＥＤ灯串来使用。如果需要更多的ＬＥＤ灯泡，还可以同时使用多个ＬＥＤ灯串。驱动多个ＬＥＤ灯串的常用方法是利用功率转换器和线性电流调节器。在功率转换器中，通常根据与灯串中ＬＥＤ数目相关的输入电压和输出电压，采用降压或升压拓扑技术。但是，如果输入电压与输出电压相近，就不适用该种拓扑技术。本文将介绍一种解决这个问题的ＳＥＰＩＣ拓扑技术，并配合设计示例来对该技术进行详细阐述。

1 基本ＬＥＤ驱动器

ＬＥＤ驱动器的主要功能是控制ＬＥＤ电流，使其保持不变，即ＩＬＥＤ.ＩＬＥＤ值与ＬＥＤ颜色相关，也取决于具体的ＬＥＤ.如果需要调光，通常采用脉宽调制（ＰＷＭ）控制，即驱动器应该将ＬＥＤ电流控制为ＩＬＥＤ或零，调光频率一般在２００Ｈｚ~１ｋＨｚ以上。

图１表示一个ＬＥＤ驱动器以及它所驱动的ｋ个ＬＥＤ灯串。ＬＥＤ驱动器由功率转换器和ｋ个线性电流调节器构成。功率转换器的输入电压和输出电压以ＶＩＮ和ＶＯＵＴ表示。每个ＬＥＤ灯串包含ｎ个ＬＥＤ.每个ＬＥＤ灯串的电压降是ＶＬＥＤ，其中ｉ从１到ｋ.ＶＬＥＤｉ是各ＬＥＤ的正向电压（ＶＦｉｊ）之和，其中ｊ从１到ｎ.因此，ＶＬＥＤｉ＝ＶＦｉ１＋ＶＦｉ２＋…＋ＶＦｉｎ每个ＬＥＤ灯串在功率转换器输出端和线性电流调节器之间相连，后者用于控制ＬＥＤ电流。各线性电流调节器中电压降用ＶＣＳｉ来表示。

2 功率转换器拓扑技术的选择

输入电压和输出电压用于控制功率转换器的拓扑结构。要求输出电压大于ＬＥＤ灯串的最大电压降与线性电流调节器的电压降之和，即

ＶＯＵＴ＞ｍａｘ｛ＶＬＥＤｉ＋ＶＣＳｉ｝，其中１＜ｉ＜ｋ

首先，ＶＬＥＤｉ是关于ＬＥＤ正向电压ＶＦｉｊ的函数。各ＬＥＤ的正向电压都有容差，它还与温度相关。例如，在ＬＥＤ的温度上升时，ＶＦｉｊ通常会降低。在ＬＥＤ开启时，温度的上升明显。对于ＩＬＥＤ为０．３５Ａ的ＬＥＤ，ＶＦｉｊ的典型值和容差是３．２Ｖ和±１０％.

其次，ＶＣＳｉ与反馈信号的功率相关。功率必须足够大以保持反馈信号良好的信噪比。线性电流调节器还需要能实现正确偏压的最低电压。但是，为了提高效率，应该最大限度降低ＶＣｓｉ，因为ｉｔｈ线性电流调节器的功率损耗是ＶＣＳｉ×ＩＬＥＤ，这是相当大的功率值。由于ＩＬＥＤ是固定的，功率损耗主要由ＶＣＳｉ确定，而它与ＶＯＵＴ相关，即：
ＶＣＳｉ＝ＶＯＵＴ-ＶＬＥＤｉ驱动３个ＬＥＤ灯串，每个灯串含４个ＬＥＤ为例。标称的ＶＬＥＤｉ是１２．８Ｖ，各灯串的ＩＬＥＤ是０．３５Ａ.ＶＯＵＴ的典型设计是１５Ｖ，其中已考虑ＶＬＥＤｉ的容差和ＶＣＳｉ需要的最小电压降。

如果使用标称电压为１２Ｖ的一节普通充电电池，电池电压可以在１０Ｖ（近空电量）到１４Ｖ（完全充电）之间变化，这近似于ＶＯＵＴ.假设使用升压转换器获得１５Ｖ的ＶＯＵＴ，如果ＶＩＮ接近上限，则需要极小的占空比（如果ＶＩＮ为１４Ｖ，则占空比为６．７％）。在实际情况中，可能无法实现小占空比，因为大多数控制器具有占空比下限或开启时间下限。这样，必须将ＶＯＵＴ设高，因此，线性电流调节器的功率损耗也增加，从而降低了整体效率。另一种可能的方法是降低开关频率以克服开启时间的下限。但是，低开关频率会增加电感器电流纹波。因此，需要更大、更贵的电感器。

以上应用的最佳功率转换器拓扑技术就是　ＳＥＰＩＣ.这是由于ＳＥＰＩＣ转换器的输入电压可以高于或低于输出电压。ＳＥＰＩＣ转换器的其它优点还包括使用低端开关（这使设计者很容易采用开关驱动器）以及非反相输出电压。

作者：L.K.Wong　T.K.Man 美国国家半导体公司

近年来，ＬＥＤ照明已经成为最具市场潜力的行业之一。因此，驱动高亮度ＬＥＤ也成为一个热门话题。对于需要采用多个ＬＥＤ灯泡的应用而言，可以将ＬＥＤ串联形成ＬＥＤ灯串来使用。如果需要更多的ＬＥＤ灯泡，还可以同时使用多个ＬＥＤ灯串。驱动多个ＬＥＤ灯串的常用方法是利用功率转换器和线性电流调节器。在功率转换器中，通常根据与灯串中ＬＥＤ数目相关的输入电压和输出电压，采用降压或升压拓扑技术。但是，如果输入电压与输出电压相近，就不适用该种拓扑技术。本文将介绍一种解决这个问题的ＳＥＰＩＣ