用開關調節器調光

　　基于開關調節器的LED驅動需要一些特別考慮，以便于每秒鐘關掉和開啟成百上千次。用于通常供電的調節器常常有一個開啟或關掉針腳來供邏輯電平PWM信號連接，但是與此相關的延遲（tD）常常很久。這是因為硅設計強調回應時間中的低關斷電流。而驅動LED的專用開關調節則相反，當開啟針腳為邏輯低以最小化tD時，內部控制電路始終保持開啟，然而當LED關斷的時候，控制電流卻很高。

　　用PWM來優化光源控制需要最小化上升和下降延遲，這不僅是為了達到最好的對比度，而且也為了最小化LED從零到目標電平的時間（這里主導光波長和CCT不能保證）。標準開關調節器常常會有一個緩開和緩關的過程，但是LED專用驅動可以做所有的事情，其中包括降低信號轉換速率的控制。降低tSU 和 tSN要從硅設計和開關調節器拓撲兩方面入手。

　　Buck調節器能夠保持快速信號轉換而又優于所有其它開關拓撲主要有兩個原因。其一，Buck調節器是唯一能夠在控制開關打開的時候為輸出供電的開關變換器。這使電壓模式或電流模式PWM（不要與PWM調光混淆）的Buck調節器的控制環比Boost調節器或者各種Buck-Boost拓撲更快。

　　控制開關開啟的過程中，電力傳輸同樣可以輕易地適應滯環控制，甚至比最好的電壓模式或電流模式的控制環還要快。其二，Buck調節器的電導在整個轉換周期中連在了輸出上。這樣保證了一個持續輸出電流，也就是說，輸出電容被刪減掉。沒有了輸出電容，Buck調節器成了一個真正的高阻抗電流源，它可以很快達到輸出電壓。Cuk和zeta轉換器可以提供持續的輸出電感，但是當更慢的控制環（和慢頻）被納入其中的時候，它們會落后。

　　比開啟針腳更快

　　即使是一個單純的無輸出電容的滯后Buck調節器，也不能滿足某些PWM調光系統的需要。這些應用需要高PWM調光頻率和高對比度，這就分別需要快速信號轉換率和短延遲時間。對于機器視覺和工業檢驗來說，系統實例需要很高的性能，包括LCD板的背光和投影儀。在某些應用中，PWM調光頻率必須超過音頻寬，達到25kHz或者更高。當總調光周期降低到微秒級時，LED電流總上升和下降時間（包括傳輸延遲），必須降低到納秒級。

　　讓我們來看看一個沒有輸出電容的快速Buck調節器。打開和關斷輸出電流的延遲來源于IC的傳輸延遲和輸出電感的物理性質。對于真正的高速PWM調光，這兩個問題都需要解決。最好的方法就是要用一個電源開關與LED鏈并聯（圖3）。要關掉LED，驅動電流要經過開關分流，這個開關就是一個典型的n-MOSFET。IC持續工作，電感電流持續流動。這個方法的主要缺點是當LED關閉的時候，電量被浪費掉了，甚至在這個過程中，輸出電壓下降到電流偵測電壓。

　　用一個分流FET調光會引起輸出電壓快速偏移，IC的控制環必須回應保持常電流的請求。就像邏輯針腳調光一樣，控制環越快，回應越好，帶有滯環控制的Buck調節器就會提供最好的回應。

　　用Boost和Buck-Boost的快速PWM

　　Boost調節器和任何Buck-Boost拓撲都不適合PWM調光。這是因為在持續傳導模式中（CCM），每個調節器都展示了一個右半平面零，這就使它很難達到時鐘調節器需要的高控制環帶寬。右半平面零的時域效應也使它更難在Boost或者Buck-Boost電路中使用滯后控制。

　　另外，Boost調節器不允許輸出電壓下降到輸入電壓以下。這個條件需要一個輸入端短電路并且使利用一個并聯FET實現調光變得不可能。。在Buck-Boost拓撲中，并聯FET調光仍然不可能或者不切實際，這是因為它需要一個輸出電容（SEPIC，Buck-Boost和flyback），或者輸出短電路（Cuk和zeta）中的未受控制得輸入電感電流。當需要真正快速PWM調光的時候，最好的解決方案是一個二級系統，它利用一個Buck調節器作為第二LED驅動級。如果空間和成本不允許的時候，下一個最好的原則就是一個串聯開關（圖4）。

　　LED電流可以被立即切斷。另外，必須要特別考慮系統回應。這樣一個開路事實上是一個快速外部退荷暫態，它斷開了反饋環，引起了調節器輸出電壓的的上升。為了避免因為過壓失敗，我們需要輸出鉗制電路和/或誤差放大器。這種鉗制電路很難用外部電路實現，因此，串聯FET調光只能用專用Boost/Buck-Boost LED驅動IC來實現。

　　總而言之，LED光源的單純控制需要設計的初始階段就要非常小心。光源越復雜，就越要用PWM調光。這就需要系統設計者謹慎思考LED驅動拓撲。Buck調節器為PWM調光提供了很多優勢。如果調光頻率必須很高或者信號轉換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調節器就是最好的選擇。