利用開關(guān)穩(wěn)壓器來調(diào)光

　　為了達到每秒開關(guān)數(shù)百次或甚至數(shù)千次，以開關(guān)穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的LED驅(qū)動器，須經(jīng)過特別的設(shè)計考慮。針對標準電源供應(yīng)而設(shè)計的穩(wěn)壓器一般都會設(shè)計一根“啟動”或關(guān)閉接腳，以便供邏輯PWM信號使用，但連帶的延遲tD則頗長，這是由于硅芯片的設(shè)計強調(diào)在響應(yīng)時間內(nèi)維持低停機電流。然而，專用來驅(qū)動LED的開關(guān)穩(wěn)壓器則恰好相反，它可在「啟動」接腳邏輯低時，保持內(nèi)部控制電路的活動，以將tD減至最低，而當LED被關(guān)關(guān)時，則會面臨較大工作電流的困擾。

　　在使用PWM來達成光控制優(yōu)化時，要把轉(zhuǎn)上（Slew-up）和轉(zhuǎn)下（Slew-down）延遲維持在最低，這不單為了獲得最佳的對比度，而且還可減少 LED花在由0到目標所需的時間。（在此條件下，并不保證主波長或CCT與目標值相同）在這里的標準開關(guān)穩(wěn)壓器將設(shè)有一個軟啟動，通常也搭配一個軟關(guān)閉，而專用的LED驅(qū)動器會在其控制之內(nèi)執(zhí)行所有工作以減少這些回轉(zhuǎn)率（Slew Rate）。要降低tSU和tSD，須要同時從硅芯片的設(shè)計和開關(guān)穩(wěn)壓器所采用的拓撲著手。

　　具備較快速回轉(zhuǎn)率的降壓穩(wěn)壓器，比其他所有的開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)在兩個地方表現(xiàn)更為優(yōu)異，首先降壓穩(wěn)壓器是唯一可在控制開關(guān)啟動時，將功率輸送到輸出端的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，此特點使得電壓模式或電流模式PWM（這里不要與PWM調(diào)光混淆）的降壓穩(wěn)壓器之控制回路，比起升壓穩(wěn)壓器或其他降壓/升壓拓撲更為快速。此外，在控制開關(guān)啟動期間的功率傳輸能夠輕易改為磁滯控制，使其速度甚至比最佳的電壓模式或電流模式控制的回路更快。其次，降壓穩(wěn)壓器的電感器在整個開關(guān)周期內(nèi)都是連接在輸出端，此可確保輸出電流的連續(xù)性，也意謂毋須使用輸出電容器。少了輸出電容器后，降壓穩(wěn)壓器便可成為真正的高阻抗電流源，能夠迅速轉(zhuǎn)換輸出電壓。邱克型（Cuk）和Zeta轉(zhuǎn)換器雖可提供連續(xù)性輸出電感器，但由于它們的控制回路較慢，效率也較低，因此并非最佳選擇。

　　PWM比“啟動”接腳更快

　　即使是一個沒有輸出電容器的純磁滯降壓穩(wěn)壓器，都不足以應(yīng)付某些PWM調(diào)光系統(tǒng)的要求，這些應(yīng)用需要較高的PWM調(diào)光頻率、高對比度度，也就是要求更快速的回轉(zhuǎn)率和更短暫的延遲時間。與機械視覺辨識和工業(yè)檢驗系統(tǒng)搭配應(yīng)用時，舉例某些要求高性能的系統(tǒng)，包括液晶（LCD）面板和投影機的背光照明系統(tǒng)，在某些情況下，PWM調(diào)光頻率必須被調(diào)高到可聽頻帶以外的25kHz或更高的頻帶，隨著整體的調(diào)光周期已縮短至幾微秒內(nèi)，包括傳導(dǎo)延遲在內(nèi)，LED電流的上升和下降時間總和必須縮短至奈秒內(nèi)。

　　從一個沒有輸出電容器的快速降壓穩(wěn)壓器著手，出現(xiàn)在輸出電流開啟和關(guān)閉的延遲，是來自集成電路本身的傳導(dǎo)延遲和輸出電感器的物理特性。若要達到真正高速的PWM調(diào)光，兩個延遲都須被略過（By Pass）。要實現(xiàn)這個目標，最佳方法就是采用一個與LED并聯(lián)的電源開關(guān)（圖3）。當LED關(guān)閉時，驅(qū)動電流便會分流通過開關(guān)，作用就如同一個典型的N 型金屬氧化半導(dǎo)體場效晶體管（N-MOSFET），這時集成電路會繼續(xù)運行，而電感器電流也會持續(xù)流動。該方法的最大缺點在于LED關(guān)閉時，即使期間的輸出電壓下降到與電流感測電壓相同，仍會浪費功率。

　　圖3　分路FET電路和其波形

　　利用分路場效應(yīng)晶體管（FET）來進行調(diào)光會導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)較為急劇的移位，這使得集成電路的控制回路必須作出響應(yīng)，以嘗試維持輸出電流的穩(wěn)定。正如同邏輯接腳調(diào)光般，控制回路愈快表示響應(yīng)愈好，而采用磁滯控制的降壓穩(wěn)壓器則可提供最佳的回應(yīng)。

　　利用升壓和降壓/升壓 實現(xiàn)快速的PWM調(diào)光

　　無論是升壓穩(wěn)壓器或任何類型的降壓/升壓拓撲都不太適合用在PWM調(diào)光。在開始設(shè)計的時候，會發(fā)覺兩者在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下都會展現(xiàn)一個右半平面零點（Right-half Plane Zero）限制，這將無法達到頻率穩(wěn)壓器所需的高控制回路帶寬要求。此外，右半平面零點的時域效應(yīng)還會使系統(tǒng)難以磁滯方式去控制升壓或降壓/升壓電路；另一個使情況變得更為復(fù)雜的因素是升壓穩(wěn)壓器不能容忍輸出電壓下降到輸入電壓以下，這種情況會導(dǎo)致在輸入端產(chǎn)生短路，使得并列FET調(diào)光無法實行。另外，在各類的降壓/升壓拓撲技術(shù)中，并列FET調(diào)光仍然窒礙難行或極難使用，主因在于它需要輸出電容器（SEPIC、降壓/升壓和返馳式），又或在輸出短路時會出現(xiàn)無法控制的輸入電感器電流（Cuk和Zeta）。

　　假如真的需要一個快速的PWM調(diào)光，最佳的解決方案是采用兩級系統(tǒng)，并以降壓穩(wěn)壓器作為第二級LED驅(qū)動級。不過，若尺寸空間和成本都不容許，退而求其次的最佳選擇便是圖4中的串行開關(guān)。

　　圖4　采用串行調(diào)光開關(guān)的升壓穩(wěn)壓器

　　雖然LED電流可在瞬間關(guān)閉，但須仔細考慮系統(tǒng)的響應(yīng)，這種開放電路其實可看成一個快速的極端卸除瞬時，它還會中斷回饋回路并導(dǎo)致穩(wěn)壓器的輸出電壓無止境上升。因此，須要在輸出和/或誤差放大器加入箝位電路，以預(yù)防超載電壓所造成的損害，但由于這些箝位電路難以用外部電路的方式實現(xiàn)，也就是說串行式FET調(diào)光必須配合專用升壓與降壓/升壓LED驅(qū)動器集成電路才可使用。

　　要有效控制LED光源，必須在開始時的設(shè)計過程就加倍小心，光源愈是精密，須要采用PWM調(diào)光的機會就愈大，而系統(tǒng)設(shè)計人員也必須謹慎考慮有關(guān)LED驅(qū)動器的拓撲結(jié)構(gòu)問題。降壓穩(wěn)壓器對PWM調(diào)光有很多優(yōu)點，設(shè)計人員必須慎重考慮輸入電壓和LED的排列位置。假如調(diào)光頻率要求更高，回轉(zhuǎn)率便要更快，如此可更輕易在設(shè)計過程的初期改用降壓穩(wěn)壓器來實行。