单片机开发降压-升压拓扑中，如何使用(yòng)负输出電(diàn)压来调节LED電(diàn)流

2020-05-25

要控制LED的亮度，您必须具有(yǒu)提供恒定且稳定電(diàn)流的驱动器。為(wèi)了实现此目标，驱动器拓扑必须能(néng)够产生足够的输出電(diàn)压以使LED 向前偏置。那么单片机开发设计人员如何选择输入和输出電(diàn)压范围重叠的时间？转换器 有(yǒu)时可(kě)能(néng)需要逐渐降低输入電(diàn)压，但有(yǒu)时可(kě)能(néng)需要提高输出電(diàn)压。对于具有(yǒu)普遍“脏污”输入電(diàn)源的应用(yòng)，例如車(chē)载系统，通常是这种情况。在这种降压/升压操作中，几种拓扑可(kě)以达到更好的结果，例如SEPIC或四开关开关降压-升压拓扑。这些拓扑通常需要大量的组件，因此设计的材料成本增加了。但是，由于它们提供了正输出電(diàn)压，因此单片机开发设计人员经常将其视為(wèi)可(kě)接受的解决方案。但是，负输出電(diàn)压转换器是另一个不容忽视的替代解决方案。

图1显示了一个反向提升压電(diàn)電(diàn)路的示意图，该電(diàn)路以恒定電(diàn)流配置驱动三个LED。该電(diàn)路具有(yǒu)许多(duō)优点。首先，它使用(yòng)标准的降压控制器，不仅可(kě)以很(hěn)大程度地降低成本，而且还可(kě)以在所有(yǒu)系统级别上重用(yòng)。如果需要，单片机开发设计人员可(kě)以轻松地对電(diàn)路进行改造，以利用(yòng)集成的FET 降压控制器或同步降压拓扑来提高效率。该拓扑使用(yòng)与简单的降压转换器相同数量的功率级组件，从而在实现以下目标的同时很(hěn)大程度地减少了开关稳压器的组件数量 相对于其他(tā)拓扑而言，总體(tǐ)成本很(hěn)低。由于LED本身的输出是轻的，因此在系统级，LED会被负電(diàn)压偏置，并且不会对其产生影响，这与正電(diàn)压的情况不同，这使其成為(wèi)值得考虑的電(diàn)路设计。

图1使用(yòng)负输出電(diàn)压通过降压-升压拓扑调整恒定LED電(diàn)流

通过检测電(diàn)阻 R1 两端的電(diàn)压并将其用(yòng)作控制電(diàn)路的反馈，可(kě)以调节LED電(diàn)流。控制器接地引脚必须是负输出電(diàn)压的参考電(diàn)压，以便此直接反馈正常运行。如果控制器是系统接地的参考電(diàn)压，则需要一个電(diàn)平转换電(diàn)路。这种“负接地”对電(diàn)路施加了一些限制。功率MOSFET，二极管和控制器的额定電(diàn)压必须等于输入和输出電(diàn)压的总和。

其次，从外部连接控制器 （例如启用(yòng)）要求信号从系统接地到控制器接地的電(diàn)平转换，因此需要更多(duō)的组件。仅出于这个原因，最好消除或减少不必要的外部控制。

最后，与四开关降压-升压拓扑相比，逆降压-升压拓扑中的功率器件承受额外的電(diàn)压和電(diàn)流应力，这降低了相关的效率，但效率与SEPIC相当。即使这样，该電(diàn)路仍可(kě)以实现89％的效率。随着電(diàn)路的完全同步，效率可(kě)以提高2％至3％。

通过软启动電(diàn)容器C5的短路来快速打开/关闭转换器是调节LED亮度的简便方法。图2显示了PWM输入信号和实际LED電(diàn)流。这种PWM调光方法效率更高，因為(wèi)当SS引脚短路时，转换器将关闭并且消耗很(hěn)少的功率。但是，该方法也相对较慢，因為(wèi)转换器每次接通时必须以受控方式逐渐增加输出電(diàn)流，从而在输出電(diàn)流上升之前产生非線(xiàn)性的有(yǒu)限死區(qū)时间。。同时，这也将接通时间的最小(xiǎo)负载周期降低到10％-20％。在不需要高速和100％PWM调节的某些LED应用(yòng)中，这种方法可(kě)能(néng)就足够了。

该反相升降压電(diàn)路為(wèi)单片机开发工程师提供了另一种驱动LED的方法。低成本降压控制器和少量组件的使用(yòng)使其成為(wèi)高复杂度拓扑的理(lǐ)想选择。

图2 PWM驱动器（顶部）有(yǒu)效控制LED電(diàn)流（底部）