雖然在輸出電壓可能高于也可能低于輸入電壓時，峰值電流模式控制的非連續升降壓轉換器是LED驅動器的一個不錯選擇。但是，采用這種升降壓轉換器來設計驅動器時，LED電壓的變化會改變LED電流，LED開路將導致輸出端產生過高的電壓，從而損壞轉換器。本文將詳細討論這種用于LED的轉換器設計，并給出多種克服其固有缺點的方法。

　　發光二極管（LED）的應用已有很多年，隨著最新技術的進步，它們正逐漸成為照明市場中強有力的競爭者。新的高亮度LED具有很長的壽命（約10萬小時）和很高的效率（約30流明／瓦）。過去三十多年來，LED的光輸出亮度每l8～24個月便會翻一番，而且這種增長勢頭還會持續下去，這種趨勢稱為Haitz定律，相當于LED的摩爾定律。

　　從電氣上來說，LED與二極管類似，它們也是單向導電（盡管它們的反向阻斷能力并不太好，高的反向電壓很容易損壞（LED），并具有與常規二極管類似的低動態阻抗V-I特性。另外，LED一般都有安全導通時的額定電流（高亮度LED的額定電流一般為350mA或700mA）。通過額定電流時，LED正向壓降的差異可能比較大，通常350mA白光LED的壓降在3～4V之間。

　　驅動LED需要受控的DC電流。為了使LED的使用壽命長些，LED電流中的紋波必須很低，因為高紋波電流會使LED產生較大的阻性功耗，降低 LED使用壽命。LED驅動電路需要更高效率，因為總體效率不僅取決于LED本身，也與驅動電路有關。而工作于電流控制模式的開關轉換器是滿足LED應用的高功率及高效率要求的理想驅動方案。

　　驅動多個LED也需要仔細考慮。圖1是LED的串并聯連接電路。其中圖1（a）為LED的并聯連接電路。圖1（h）是LED的串聯連接電路。由于各個LED的動態阻抗和正向壓降不相同，因此，如果沒有外部均流電路（如電流鏡像），就不可能保證流過LED上的電流相同；此外，由于一個LED 出現故障將使LED串斷開，從而致使所有LED電流在剩下的LED串之間分配，這將導致LED串上的電流增大，從而可能損壞LED。因此，出于上面兩個原因，設計時一般不用如圖1（a）那樣的并聯LED電路。

　　因此，更好的做法是將LED串聯起來。但該方法的缺點是，如果一個LED 出現故障，則整個LED串將停止工作。讓剩下的LED串繼續工作的一個簡單辦法是將一個齊納二極管（其額定電壓大于LED的最高電壓）與每個（或每組）LED并聯，如圖1（b）所示。這樣，任何一個LED發生故障后，其電流都會流到相應的齊納二極管上，LED串的其余部分仍可正常工作。

　　基本的單階開關轉換器可分為三類：降壓轉換器、升壓轉換器和升降壓轉換器。當LED串的電壓低于輸入電壓時，降壓轉換器圖2（a）是理想的選擇；當輸入電壓總是低于串輸出電壓時，則使用升壓轉換器比較合適圖2（b）；當輸出電壓可能高于也可能低于輸入電壓時（由輸出或輸入變化引起），則采用升降壓轉換器圖2（c）比較合適。升壓轉換器的缺點是，輸入電壓的任何瞬變（可使輸入電壓升高并超過輸出電壓）都會導致LED上流過很大電流（由于負載的低動態阻抗），從而損壞LED。升降壓轉換器也可代替升壓轉換器，因為輸入電壓的瞬變不會影響LED電流。

　　升降壓轉換器的工作原理

　　對于低電壓應用中的LED驅動器，升降壓轉換器是一種不錯的選擇。其原因有它們可用高于和低于輸入電壓的電壓來驅動LED串（升壓和降壓）、效率很高（很容易到達85％以上）、非連續工作模式可抑制輸入電壓的變化（提供優良的線電壓調節）、峰值電流控制模式允許轉換器調節LED電流，而無需復雜的補償（簡化設計）、很容易實現線性和PWM LED亮度調節、開關晶體管失效不會損壞LED等等。圖2給出了降壓、升壓和升降壓轉換器與LED串的連接電路。

　　但是，這種方法仍有缺點：一是峰值電流受控問題，因為采用非連續電流模式的升降壓轉換器是一種功率恒定的轉換器。因此，LED串電壓的任何變化都會引起LED電流的相應改變；另一個問題是LED開路狀態會在電路中產生損壞轉換器的高電壓；此外，還需要額外的電路將恒定功率轉換器轉變為恒定電流轉換器，并需要在無負載情況下保護轉換器。

　　圖3所示為具體的升降壓轉換器應用電路，該控制器內置了用于設定開關頻率的振蕩器。在開關周期之初，Q1導通。由于輸入電壓VIN加在電感上，電感電流（iL（t））開始從零（初始穩定狀態）開始上升。當感應電流上升至預先設定的電流值 （ipk）時，Q1關閉。開關導通時間（ton）由下式確定：

　　ton=ipkL/VIN

　　此時，存儲在電感內的總能量（J）為：

　　J=Li2pk/2

　　這樣，盡管此時開關會關閉，但流經電感的電流并不會中斷。這會使二極管D1導通，并在電感兩端產生輸出電壓（-Vo），這個負電壓會導致電感電流迅速下降。經過一定時間tOFF后，電感電流趨于零。此時間可通過下列公式來計算：

　　tOFF=ipkL/VO

　　為使轉換器工作在非連續導通模式下，開關導通時間與電感電流下降時間的總和必須小于或等于開關周期TS，以便確保在下一個開關周期時，電感電流能夠從零開始。

　　事實上，在輸入電壓最小和輸出電壓最大的情況下，（tON+tOFF）可取得最大值。因此，確保在這些電壓下轉換器工作于非連續導通模式可保證在任何情況下都能滿足下式所列的條件： tON+tOFF≤Ts

　　轉換器從輸入端獲得的功率（Pin）電感中的能量與開關頻率f的乘積：即：

　　Pin=fsLi2pk/2

　　假設LED串的電壓（VO）恒定且效率為100％，那么LED的電流（iLED）為：

　　iLED=PIN/VLED=Li2pkfs/2V

　　在峰值電流控制模式下，ipk通常是一個固定值。因此，LED電流完全獨立（理論上）于輸入電壓。在固定的ipk下，輸入電壓的上升（下降）會引起晶體管的導通時間成反比例減少（增加），這將提供很好的線電壓調節。在實際應用中，從控制IC檢測到電流峰值到GATE引腳實際關斷之間的延遲會引起輸入功率變化。導通時間較短會由于延遲時間而出現更多誤差，因為延遲時間將會占導通時間相當大的部分。

　　實際上，LED電流與LED串的電壓成反比。一個標稱輸出為20 V和350 mA的電路，將在10 V輸出電壓時產生700 mA的電流，這顯然不是期望的結果。但是，通過使開關頻率與輸出電壓成正比，上述公式提供了一種將恒定功率轉換器轉換為恒定電壓轉換器的方法。

　　假設fs=KVO，其中K是常數，那么有：

　　iLED=kLi2pk／2

　　這樣，iLED將獨立于輸入和輸出電壓。

　　回掃轉換器的另一個缺點是它易受輸出開路狀態的影響。當LED開路時，存儲在電感內的能量在每次開關導通時間的最后都會被轉移到輸出電容里。這樣，缺少電容放電的負載將導致電容兩端的電壓逐漸上升，最后超過器件的標稱值并損壞功率級。因此，可通過增加額外電路來提供輸出電壓反饋及過壓保護。