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技術專題
單片機開發(fā)降壓-升壓拓撲中，如何使用負輸出電壓來調(diào)節(jié)LED電流
要控制LED的亮度，您必須具有提供恒定且穩(wěn)定電流的驅動器。為了實現(xiàn)此目標，驅動器拓撲必須能夠產(chǎn)生足夠的輸出電壓以使LED?向前偏置。那么單片機開發(fā)設計人員如何選擇輸入和輸出電壓范圍重疊的時間？轉換器?有時可能需要逐漸降低輸入電壓，但有時可能需要提高輸出電壓。對于具有普遍“臟污”輸入電源的應用，例如車載系統(tǒng)，通常是這種情況。在這種降壓/升壓操作中，幾種拓撲可以達到更好的結果，例如SEPIC或四開關開關降壓-升壓拓撲。這些拓撲通常需要大量的組件，因此設計的材料成本增加了。但是，由于它們提供了正輸出電壓，因此單片機開發(fā)設計人員經(jīng)常將其視為可接受的解決方案。但是，負輸出電壓轉換器是另一個不容忽視的替代解決方案。
圖1顯示了一個反向提升壓電電路的示意圖，該電路以恒定電流配置驅動三個LED。該電路具有許多優(yōu)點。首先，它使用標準的降壓控制器，不僅可以很大程度地降低成本，而且還可以在所有系統(tǒng)級別上重用。如果需要，單片機開發(fā)設計人員可以輕松地對電路進行改造，以利用集成的FET?降壓控制器或同步降壓拓撲來提高效率。該拓撲使用與簡單的降壓轉換器相同數(shù)量的功率級組件，從而在實現(xiàn)以下目標的同時很大程度地減少了開關穩(wěn)壓器的組件數(shù)量?相對于其他拓撲而言，總體成本很低。由于LED本身的輸出是輕的，因此在系統(tǒng)級，LED會被負電壓偏置，并且不會對其產(chǎn)生影響，這與正電壓的情況不同，這使其成為值得考慮的電路設計。
圖1使用負輸出電壓通過降壓-升壓拓撲調(diào)整恒定LED電流
通過檢測電阻?R1?兩端的電壓并將其用作控制電路的反饋，可以調(diào)節(jié)LED電流。控制器接地引腳必須是負輸出電壓的參考電壓，以便此直接反饋正常運行。如果控制器是系統(tǒng)接地的參考電壓，則需要一個電平轉換電路。這種“負接地”對電路施加了一些限制。功率MOSFET，二極管和控制器的額定電壓必須等于輸入和輸出電壓的總和。
其次，從外部連接控制器?（例如啟用）要求信號從系統(tǒng)接地到控制器接地的電平轉換，因此需要更多的組件。僅出于這個原因，最好消除或減少不必要的外部控制。
最后，與四開關降壓-升壓拓撲相比，逆降壓-升壓拓撲中的功率器件承受額外的電壓和電流應力，這降低了相關的效率，但效率與SEPIC相當。即使這樣，該電路仍可以實現(xiàn)89％的效率。隨著電路的完全同步，效率可以提高2％至3％。
通過軟啟動電容器C5的短路來快速打開/關閉轉換器是調(diào)節(jié)LED亮度的簡便方法。圖2顯示了PWM輸入信號和實際LED電流。這種PWM調(diào)光方法效率更高，因為當SS引腳短路時，轉換器將關閉并且消耗很少的功率。但是，該方法也相對較慢，因為轉換器每次接通時必須以受控方式逐漸增加輸出電流，從而在輸出電流上升之前產(chǎn)生非線性的有限死區(qū)時間。。同時，這也將接通時間的最小負載周期降低到10％-20％。在不需要高速和100％PWM調(diào)節(jié)的某些LED應用中，這種方法可能就足夠了。
該反相升降壓電路為單片機開發(fā)工程師提供了另一種驅動LED的方法。低成本降壓控制器和少量組件的使用使其成為高復雜度拓撲的理想選擇。
圖2 PWM驅動器（頂部）有效控制LED電流（底部）