如何设计线性和开关式LED电源的组合

为了控制亮度，发光二极管（LED）需要恒定电流。这可以通过将电阻器与一组LED串联来实现。
由于一组LED的电压和电源电压可能会发生变化，因此必须使用专用的LED驱动器来确保电流的准确性。以下两种解决方案得到了广泛使用：线性恒流LED驱动器和降压开关转换器。
它们有自己的优点和缺点。线性驱动器是一种简单的解决方案，只需要很少的组件并且基本上没有噪音。
但是，散热量与电源电压和LED正向电压之差成正比。为了防止过热，封装可能在PCB上需要额外的散热区域，这增加了所需PCB的成本和数量，并且还增加了因热关断而关闭驱动器IC从而关闭电源的风险。
LED。 ＆amp; nbsp;图1 LM393比较器监视LED串的低端电压，并启用降压稳压器（CAT4201）或线性稳压器（CAT4101）。
如果此驱动器靠近LED放置，多余的热量将导致LED在更高的温度下运行，从而缩短其使用寿命。降压（或降压）转换器具有很高的效率，并且产生的热量很少，但是该开关方案需要一个电感器和一个肖特基二极管。
该解决方案还会产生噪声，尤其是当电源电压迅速下降到LED正向电压时。在汽车应用中，射频干扰（RFI）是一个重要的考虑因素。
建议将EMI / RFI滤波器放置在前端转换器的前面，以防止高频转换产生的噪声返回电源，因为它可能会干扰AM / FM波段无线电之类的设备。当降压转换器的性能很差并且余量用完时，线性驱动器的操作是最佳的。
为了避免缺点并充分发挥这两种方案的优势，可以采用将线性和降压相结合的方案，以在确保效率的同时将转换噪声降至最低。理想情况下，电池电压波动很大。
例如，在汽车应用场景（8v至17v）中，线性/降压驱动器可提供所需的更低噪声工作环境和更高效率。当施加的电压上升到极限以上时，LED驱动器切换到降压模式，以防止线性驱动器过热。
当在开关模式和线性模式之间切换时，本文中的电路可以单独选择每个LED驱动器的可调电压阈值，并且具有附加的磁滞以确保平滑转换。图1所示的示意图使用了安森美半导体的CAT4201 350 mA降压驱动器和CAT4101 1A恒流LED驱动器。
逻辑比较器也显示在图中。较常见的降压结构有一个高端开关和一个低端二极管，CAT4201不同，它可以互换这些器件。
与典型的降压开关相同，当该开关导通时，流经电感器L和LED的电流将增加，直到达到峰值，即平均LED电流的两倍。然后关闭开关。
充电的电感将迫使电流继续流过肖特基二极管D1和LED，直到其值变为零为止。然后循环开始再次重复。
该切换操作称为临界传导模式。 R1 / R2电阻分压器产生的V +是负电压的一小部分。
如果比较器（LM393）的输入电压高于固定参考电压2.5V，则输出为高；否则，输出为高。 OUT低，线性度禁用驱动器使能降压转换器。
如果V +低于参考电压，则比较器输出为低电平，从而使能线性驱动器并禁用降压转换器。反馈电阻R5加上0.6V的磁滞，也就是说，一旦负极电压超过3.6V，降压转换器就会启动；当负极电压降至3V以下时，线性驱动器将接管。
请注意，如果LM393的另一半不用于其他LED电源，则更好的设计方法是将LM393上所有未使用的输入和输出引线接地。图2显示了一起使用一次性降压转换器和线性/降压驱动器时的LED电流调节。
与一次性降压转换器相比，线性/降压驱动器可以将LED电流调节范围扩展到低于8V的电源电压，即使电池电压继续下降，它也可以保持LED点亮。当电源电压低于11V时，只有降压转换器会失去其精度，并产生更多的开关纹波电流流回电源。
EMI滤波器更难以抑制纹波电流。