使用串聯LED和升壓/降壓穩壓器組合的RCL示例

　　在并聯燈組陣列中，配置 LED通過允許LED功率級在12V~14V軌道下直接運行，極大地簡化系統設計，但并聯/串聯組合也同樣具有一些缺點。在查看LED制造商數據表時，可以注意到兩個重要的事實：LED的光輸出與流經的電流成正比，LED的動態電阻隨著VF而變化。制造商按VF、光通量和顏色（或色溫）對LED分級。例如，典型的VF級別可能包含范圍從3.27V到3.51V（25℃時）的LED，所有級別的整個范圍可以從2.8V到4.2V。由于LED制造商通常向客戶銷售多個級別的LED，關注成本的設計師依賴所有LED都具有緊密VF分布是不實際的。

　　下例顯示了VF變化的影響。在實驗中，使用圖9 所示兩種設置收集數據。一種設置用于4個LED（每個LED都具有專門的電流源），另一種設置用于并聯的4個LED（共享一個電流源）。表1所示數據在 25℃加電后5秒內測得，以最大限度降低LED自發熱的影響。

　　圖9 實驗性設置

　　表1多電流源設置（左）和單電流源設置（右）的數據

　　從這些數據可以明顯看出LEDVF變化在并聯運行時將導致不均勻電流分布。即使對于分級的LED，也可以看到類似的影響，并聯陣列中各串聯燈組的電流分布不均。改進并聯燈組間電流分布的一種方式是向各燈組增加鎮流電阻器。這有助于使電流分布均勻化，但存在的主要問題是由于鎮流電阻器的功耗而降低了效率。

　　根據具體的設計，上述問題的影響可能可以忽略。但是，如果系統設計師對上述影響存有顧慮，可以采用單個串聯燈組作為首選拓撲結構。在這種解決方法中，仍可以使用LM3406等部件，但將增大系統復雜性，因為需要新前端部件用于傳輸超出12V~14V的電源電壓為LED驅動器供電。然后，LED驅動器降低此新電壓，為單個LED燈組供電。這可以通過在直流電源和LM3406 之間增加升壓DC/DC功率級輕松實現，如圖10所示。通過此拓撲結構，串聯燈組中的所有LED均具有相同的電流，無論各LED的VF值是多少。

　　圖10 升壓和降壓組合

　　還需要注意的一個問題是為什么應包含降壓功率級，而不是直接使用升壓穩壓器運行LED。這兩種拓撲結構之間的重要區別是輸出電容器：升壓穩壓器需要輸出電容器，而降壓穩壓器可以使用或不使用輸出電容器操作。如果設置中使用輸出電容器，即使在穩壓器已進入調光模式并停止向LED供電后，仍可以為LED輸送電流一段時間。因此，在LED輸出實際停止前，還需要額外的時間使輸出電容器放電。在LED組中使用串聯開關仍可以實現有效調光，但這需要附加的調光FET以及更復雜的驅動器集成電路和/或增加外部部件。

　　除了調光復雜性以外，升壓穩壓器還存在其他LED驅動難題。升壓穩壓器本身無法保護LED免受負載突降時產生的高線路電壓影響。在升壓/降壓拓撲結構中，降壓穩壓器可以承受高電壓，而不會發生損壞甚至中斷正常工作。升壓穩壓器還易受到開路（使VO的上升不受約束）和短路（在VO低于VIN時，IO失去控制）影響。最后，由于輸出電流是關于升壓轉換器占空比的函數，因此必須感應電感器電流和LED電流，這也導致了驅動器的復雜性增加。

　　總結

　　本文探討了多個汽車電子系統應用示例及相應的開關電源拓撲結構和兼容的美國國家半導體集成電路，其中，很多LED驅動器集成電路都非常適合汽車電子系統設計師進行高效設計。