簡介

　　自上世紀60年代初問世以來，發光二極管(LED)已被用于許多半導體器件。從第一個LED問世到現在，LED技術已經取得了很大的技術進步。氮化鎵(InGaN)和銦鎵磷化鋁(InGaAlP)的使用創造了更多各種各樣的顏色(特別是采用InGaN工藝，通過紫外線發出的藍光)，通過LED技術多彩的LED產品得以問世。此外，由于發光效率、光通量及功耗的改進，這些新的半導體材料能夠產生更亮的光。過去大多數LED都是由5mA~20mA的電流驅動的，而現在一些制造商生產的HB LED是由1A甚至更大的連續電流驅動的。

　　過去從設計角度看，在操作小電流LED時，采用電阻器或線性穩壓器提供驅動LED所需的電流是可以接受的。在這種小電流解決方案中，功耗是最小的，而且這種技術對于驅動許多應用中的LED來說足夠了。隨著更新一代HB LED所需的驅動電流(IF)的增加，要更多地考慮到LED本身和電流驅動電路的散熱管理和功耗問題。除了上述原因外，LED也需要更大穩流來保持顏色、亮度和使用時間，因此現在逐漸采用開關穩壓器和控制器來提供驅動HB LED所需的恒定電流。本文將介紹LED可以采用的不同拓撲和配置，以及用開關穩壓器和控制器驅動LED的方法。

　　LED配置/拓撲

　　在驅動LED時有四種基本配置。選擇最理想的拓撲和配置通常取決于應用以及技術規范和系統要求。設計人員需要考慮輸入電壓、要驅動的LED的數量、尺寸/布局限制、效率、散熱管理以及光學等問題。第一種，也是最基本的一種拓撲是單個LED。采用這種設計的應用實例有汽車內頂燈(地圖燈，閱讀燈)。

　　第二種，可以用串聯方式驅動LED。因為經過所有LED的驅動電流都是相同的(假設LED被適當的分檔)，這種配置可以保證顏色和亮度達到最接近的匹配度。在這種情況下，必須注意整個串聯串中的輸入電壓以及它和正向電壓降(VF)之間的關系。這將決定將被用于驅動LED的功率拓撲，下文將會討論這個問題。這方面的應用實例包括閃光燈和汽車尾燈/剎車燈。

　　驅動LED的第三種配置是以并聯方式驅動。在這種配置中，可以以大于單個LED的最大正向電壓的輸入電壓驅動許多個LED。再次聲明，LED的分檔是非常重要的，因為在并聯配置中，由于LED之間的VF不同，色彩和/或亮度之間不匹配的可能性非常大。如圖1所示，LED是并聯連接的器件，電流和電壓(I-V)之間的曲線急劇上升，因此，即使是電壓發生很小的變化，用電壓源驅動LED也會使正向電流的擺幅很大。

圖1 驅動LED過程中的正向電壓 v 電流

　　最后一種驅動LED的配置是將并聯LED串以串聯方式連接。這種配置對于驅動多個LED來說比較適合，但是只有一個LED串有恒定電流。二極管的電壓調節次級串的電流，串聯鎮流電阻器通常用于進一步減小由VF不匹配造成的影響。此外，LED的累積VF不匹配度很可能會使從一個串到另一個串的亮度也不匹配。這種技術用于驅動一些顯示器的小電流白色LED背光燈。這種配置的不同之處是串并聯連接，在這種配置中，整個陣列(將整個陣列視為二端元件)的電流都是穩定的，并且假設各個支路會分享相等的電流。這種配置在汽車剎車燈/尾燈/轉向燈中已經獲得應用。LED封裝中會包含若干個晶粒，但是，當從一個集中源產生大量光通量時，只有兩個連接被證明是有效的。

　　功率拓撲

　　不管類型、尺寸或功率如何，由恒流驅動的所有LED都會達到最佳工作狀態。以流明為單位測量的光輸出與電流成正比，因此，LED制造商說明的是在特定的正向電流IF 下器件的特征(例如，流明、波束圖和顏色)，而不是在特定的正向電壓VF 下的特征。如圖2所示。

圖2 亮度(光強度)和顏色(波長)v LED的正向電流

　　當恒流源中要求高效和低功耗時，開關穩壓器或控制器是驅動HB LED的最佳選擇。下文討論驅動LED的不同功率拓撲。開關穩壓器具有高效、能夠降低驅動LED的半導體的功耗以及減少向LED傳熱等優勢。