采用LED调光的FET电路设计与波形分析

　　为了达到每秒开关数百次或甚至数千次，以开关稳压器为基础的LED驱动器，须经过特别的设计考虑。针对标准电源供应而设计的稳压器一般都会设计一根“启动”或关闭接脚，以便供逻辑PWM信号使用，但连带的延迟tD则颇长，这是由于硅芯片的设计强调在响应时间内维持低停机电流。然而，专用来驱动LED的开关稳压器则恰好相反，它可在「启动」接脚逻辑低时，保持内部控制电路的活动，以将tD减至最低，而当LED被关关时，则会面临较大工作电流的困扰。在使用PWM来达成光控制优化时，要把转上（Slew-up）和转下（Slew-down）延迟维持在最低，这不单为了获得最佳的对比度，而且还可减少LED花在由0到目标所需的时间。（在此条件下，并不保证主波长或CCT与目标值相同）在这里的标准开关稳压器将设有一个软启动，通常也搭配一个软关闭，而专用的LED驱动器会在其控制之内执行所有工作以减少这些回转率（Slew Rate）。要降低tSU和tSD，须要同时从硅芯片的设计和开关稳压器所采用的拓扑着手。

　　具备较快速回转率的降压稳压器，比其他所有的开关拓扑结构在两个地方表现更为优异，首先降压稳压器是唯一可在控制开关启动时，将功率输送到输出端的开关转换器，此特点使得电压模式或电流模式PWM（这里不要与PWM调光混淆）的降压稳压器之控制回路，比起升压稳压器或其他降压/升压拓扑更为快速。此外，在控制开关启动期间的功率传输能够轻易改为磁滞控制，使其速度甚至比最佳的电压模式或电流模式控制的回路更快。其次，降压稳压器的电感器在整个开关周期内都是连接在输出端，此可确保输出电流的连续性，也意谓毋须使用输出电容器。少了输出电容器后，降压稳压器便可成为真正的高阻抗电流源，能够迅速转换输出电压。邱克型（Cuk）和Zeta转换器虽可提供连续性输出电感器，但由于它们的控制回路较慢，效率也较低，因此并非最佳选择。

　　PWM比“启动”接脚更快

　　即使是一个没有输出电容器的纯磁滞降压稳压器，都不足以应付某些PWM调光系统的要求，这些应用需要较高的PWM调光频率、高对比度度，也就是要求更快速的回转率和更短暂的延迟时间。与机械视觉辨识和工业检验系统搭配应用时，举例某些要求高性能的系统，包括液晶（LCD）面板和投影机的背光照明系统，在某些情况下，PWM调光频率必须被调高到可听频带以外的25kHz或更高的频带，随着整体的调光周期已缩短至几微秒内，包括传导延迟在内，LED电流的上升和下降时间总和必须缩短至奈秒内。

　　

　　图3分路FET电路和其波形

　　从一个没有输出电容器的快速降压稳压器着手，出现在输出电流开启和关闭的延迟，是来自集成电路本身的传导延迟和输出电感器的物理特性。若要达到真正高速的PWM调光，两个延迟都须被略过（By Pass）。要实现这个目标，最佳方法就是采用一个与LED并联的电源开关（图3）。当LED关闭时，驱动电流便会分流通过开关，作用就如同一个典型的N 型金属氧化半导体场效晶体管（N-MOSFET），这时集成电路会继续运行，而电感器电流也会持续流动。该方法的最大缺点在于LED关闭时，即使期间的输出电压下降到与电流感测电压相同，仍会浪费功率。

　　利用分路场效应晶体管（FET）来进行调光会导致输出电压出现较为急剧的移位，这使得集成电路的控制回路必须作出响应，以尝试维持输出电流的稳定。正如同逻辑接脚调光般，控制回路愈快表示响应愈好，而采用磁滞控制的降压稳压器则可提供最佳的回应。