将降压调节器转换为智能可调光LED驱动器

凭借使用寿命长和功耗低的优势，LED有望改变整个照明行业，但它的快速采用面临的主要障碍是LED本身的成本居高不下。LED 灯具（完整电力照明设备）的成本各不相同，但LED的成本通常占据了整个灯具成本的大约25%至40%，而且预期在今后多年内仍会占据很高比例（图1）。

图1. LED灯具成本的细分¹

降低整体灯具成本的一种方法是在产品规格允许的范围内，在可能最高的直流电流下驱动LED。此电流可能远高于其"分档电流"。如果正常驱动，这样可能产生更高的流明/成本比率。

图2. LED光输出和效率与驱动电流²

但是，这种做法需要更高电流驱动器。很多解决方案在低电流下(<500 mA)驱动LED，但很少有高电流（700 mA至4 A）的选择方案。这一现象似乎令人惊讶，因为半导体行业有大量的容量达到4 A的DC-DC解决方案，但它们的设计目的是控制 电压， 而不是控制LED电流。本文将探讨将现成DC-DC降压稳压器转换为智能LED驱动器的一些简单技巧。

降压稳压器对输入电压进行斩波，并通过LC滤波器传送，以提供稳定的输出，如图3所示。它使用两个有源元件和两个无源元件。有源元件是从输入到电感的开关"A"，以及从地面到电感的开关（或二极管）"B"。无源元件是电感(L)和输出电容(C_OUT)它们形成LC滤波器，可以减小由有源元件产生的纹波。

图3. 基本降压方案³

如果开关是内部的，则降压器称为稳压器 如果开关是外部的，则称为 控制器如果两个开关都是晶体管（MOSFET或BJT），则它是同步 的，如果底部的开关是使用二极管实施的，则它是 异步 的。这些类型的降压电路各有优劣，但同步降压稳压器通常可以优化效率、器件数量、解决方案成本和电路板面积。遗憾的是，用于驱动高电流LED（高达4 A）的同步降压稳压器很少，而且成本昂贵。本文以 ADP2384为例，展示如何修改标准同步降压稳压器的连接以调节LED电流。

ADP2384高效同步降压稳压器指定最高4 A的输出电流，具有最高20 V的输入电压。图4显示了用于调节输出电压的正常连接。

图4. 连接用于调节输出电压的ADP2384

在工作中，经过分压的输出电压连接到FB引脚，与内部600 mV基准进行比较，用于生成开关的适当占空比。在稳态下，FB引脚保持在600 mV，因此V_OUT调节至600 mV乘以分频比。如果上方的电阻被LED取代（图5），则输出电压必须是需要的任何值（在额定值范围内），将FB维持在600 mV；因此，通过LED的电流被控制在600 mV/R_SENSE。

图5. 基本（但不高效）的LED驱动器

当从FB到地面的精密电阻设置LED电流时，此电路使用效果很好，但电阻消耗了很多功率： P = 600 mV × I_LED 对于低LED电流，这不是大问题，但在高LED电流下，低效率会大幅增加灯具散发的热量(600 mV × 4 A = 2.4 W)。降低FB基准电压可以成比例降低功耗，但大多数DC-DC稳压器没有调节此基准的方式。幸运的是，两个技巧可降低大多数降压稳压器的基准电压：使用 SS/TRK引脚—或偏移R_SENSE 电压。

很多通用降压IC包括软启动(SS)或跟踪(TRK)引脚。SS引脚可缓慢增加启动时的开关占空比，从而最大程度地减小 启动瞬变。TRK引脚让降压稳压器能够遵循独立电压。这些功能通常结合到单个SS/TRK引脚上。大多数情况下，误差放大器将SS、TRK和FB电压中的 最小值与基准进行比较，如图6所示。

图6. 使用ADP2384的软启动引脚工作

对于灯具应用，将SS/TRK引脚设置为固定电压，并将其用作新的FB基准。恒压分压器充当基准电压源非常有效。例如，很多降压稳压器IC包括受控低压输出—如ADP2384上的V_REG引脚。为了达到更高精度，可以使用简单的2引脚外部精密基准电压源，例如 ADR5040。在任何情况下，从该电源到SS/TRK引脚的电阻分压器形成新的基准电压源。将此电压设置在100 mV和200 mV之间，通常可以提供功耗和LED电流精度之间的最佳平衡。用户选择的基准电压的另一个优点是R_SENSE可以选择方便的标准值，从而避免指定或分配任意精密电阻值来设置LED电流的开支和不精确性。

图7. 使用SS/TRK引脚以降低FB基准电压

使用SS或TRK引脚方法并非对于所有降压稳压器都是可行的，因为有些IC没有这些引脚。另外，对于某些降压IC，SS引脚会改变峰值电感电流，而不是FB基准，因此必须仔细查看产品数据手册。作为一种替代方法，可以产生R_SENSE电压偏移。例如，精密电压源和R_SENSE之间的电阻分压器提供从R_SENSE 到FB引脚的相当恒定的偏移电压（图8）。

图8. 产生R_SENSE电压偏移

电阻分压器的必需值可以使用公式1计算