LED驱动器拓扑

大家好，我叫 Kelly，

是 TI LED 驱动器产品组合的

一名产品营销工程师。

今天，我将对常见

LED 驱动器 拓扑的优缺点进行

简单说明。

拓扑结构选择 始终取决于应用。

选择拓扑结构时 要回答的第一个

问题是您的输入电压 是高于还是

低于输出电压。

如果稳压输出 电压始终低于

最大输入电压， 则降压转换器

是理想选择。

线性稳压器、降压 转换器或降压控制器

都可以使用。

如果稳压输出 电压始终高于

最大输入电压， 则升压拓扑转换器

或控制器是 理想的选择。

如果由于电压尖峰 或其他变化导致

稳压输出有时高于

或低于最大输入，

那么您有两种选择。

无论输入电压如何，

都可以使用单个 降压/升压调节器

来提供输出。

降压/升压拓扑结构 有多种变体，

包括浮动降压/升压、 SEPIC 或 Cuk，

它们都各有优缺点。

另一种选择是使用 两个功率级解决方案，

其中，升压 稳压器将输入电压

升压至稳定电压， 然后由降压稳压器

将其降至所需电压。

大多数时候， 当我们讨论

转换器和控制器时， 它们都是被用作稳压器。

但我们现在讨论的 是驱动 LED，实际上

是将它们用作 电流调节器

来保持流过 LED 的电流。

现在，我们将对 每种拓扑结构进行

更详细的概述。

线性稳压器 是一种调节器件，

与可变电阻器类似，

用于保持恒定的输出。

该晶体管在闭环 反馈系统中的

线性区域内运行， 该闭环反馈系统具有

用于测量电流的检测电阻。

系统将对检测 电阻两端的电压

与反馈环路中的 基准电压进行比较，

以向晶体管 产生控制信号，

以在需要时 用于调节电阻，

从而保持输出电流。

线性稳压器的

优点是 Vin 接近 Vout 时，效率很高。

线性稳压器 也没有开关组件，

因此没有输出纹波。

与开关转换器相比，

它们具有更低的噪声。

它们体积更小， 结构更简单，

需要更少的组件 即可设计开关稳压器。

特别是，它们 没有既笨重又

昂贵的磁性组件。

但是，它们存在 一个功率输出阈值，

达到该阈值时， 线性稳压器的

功率损耗会非常高， 因此有必要改用效率

更高的开关转换器。

线性稳压器 也只能降低电压，

不像开关稳压器

有更多的拓扑选择。

视频的其余部分 将从降压拓扑开始

重点介绍开关拓扑类型。

降压拓扑 转换器或控制器将

输入电压降至 编程的输出电压。

转换比或 Vout 除以 Vin

等于占空比。

当开关打开且 二极管关断时，

随着电流从 输入端流过电感器

并进入负载， 电感电流会增加

并存储能量。

电感器两端的 压降将输出电压

减小到编程的值。

当开关关断且 二极管导通时，

电压源断开， 但电感器中存储的

能量释放， 对输出电容器充电，

并向负载提供 电流，这样即使

输入电流不连续， 输出电流能保持

连续。

当使用开关稳压器 作为电流源时，

通过添加一个与 LED 串联的感应电阻

来测量电流。

检测电阻可放置在 LED 的高侧或低侧，

具体取决于 所选的 LED 驱动器。

然后，电流信息 通过 LED 驱动器

控制网络进行 反馈，进而设置

所需的占空比，以便产生 与目标输出电流相对应的

输出电压。

该控制电路的 工作方式细节

将因器件而异。

这确实适用于我们今天 作为电流源使用时将涵盖的

所有开关拓扑结构。

降压拓扑转换器的 优势包括提供

连续输出电流，

以实现对 LED 电流 进行最佳动态控制。

这也意味着电容器

不需要为 输出提供能量，

而仅用于 减少输出纹波。

这意味着可以减小 甚至消除电容。

降压转换器往往具有 最简单的控制架构。

通常，降压稳压器 使用迟滞或电流

模式控制。

最后一点是， 它可以很好地

处理输入短路和 接地短路情况。

降压转换器的缺点

包括开关打开和 关断会产生

不连续输入电流。

输入端从零电流 过渡到峰值电流

会导致传导电磁辐射，

这将需要额外的 EMI 滤波来减轻。

降压器件也不能 提高输出电压，

因此可以支持的 LED 灯串数量

受输入电压限制。

升压转换器可将 输入电压升压至

更高的输出电压。

转换比， 即 Vout 除以 Vin，

等于 1 除以 1 减去占空比。

当开关打开且 二极管关断时，

电感电流将逐渐增大 并存储能量。

由于在导通周期内 负载与电感电流断开，

因此输出电流 是不连续的。

这意味着需要 一个输出电容器

来释放先前关断 周期中存储的能量，

以保持输出 电流和电压。

当开关断开且 二极管导通时，

电感器释放能量 并保持负载上的

输出电流。

电感器的极性反转，

因此电感器的 左侧为负，右侧为正，

这就使得两个 电源串联起来，

这意味着输出电压

始终高于输入电压。

输出电容也将 被充电至

该组合电压。

同样，当用作电流源时，

增加的检测电阻 可检测电流

并将该信息 反馈到控制环路。

与降压转换器不同， 升压转换器

具有连续的 输入电流，

与降压转换器相比， 它减少了所需的

输入 EMI 滤波量。

这将切换接地基准， 这也使得驱动

FET 变得简单。

最后，它可以很好地 处理输入短路情况。

然而，升压转换器的 输出电流不连续，

这意味着需要 一个输出电容器

来保持电流。

输出电容还有助于 最小化 EMI 和 LED

开关纹波， 这可能是使 LED

达到峰峰值纹波 要求所必需的，

但会使动态 开关更加困难。

不连续的输出电流 还会在输出上

产生更多的差模噪声， 而差模噪声

会变成共模噪声， 从而导致更高的辐射发射。

另一个潜在的缺点是， 升压转换器只能

提升输入电压。

最后，升压转换器 不能很好地

处理接地短路情况。

我们要研究的下一个拓扑 是降压/升压转换器，

它可以提供 稳定的输出，

无论输入电压 是高于还是

低于输出。

在此示例中， 我们将研究一种

称为浮动降压/升压的 降压/升压转换器，

其中输出电容器中的 负载以输入为基准，

而不是以接地为基准， 这意味着输出不会

像传统的降压/升压 转换器那样进行反相。

浮动降压/升压 转换器的转换比，

即 Vout 除以 Vin，等于占空比

与 1 减去占空比的比值。

当开关打开且 二极管关断时，

电感电流将逐渐增大 并存储能量，

并且电感电流 流经闭合的开关。

与升压转换器类似， 由于二极管关断，

负载在导通周期内 与电感电流断开，

因此输出电流 是不连续的，

需要一个输出电容器

来释放存储的能量 以保持输出电流。

当开关断开且 二极管导通时，

电感器释放 存储的能量，

该能量流经 闭合的二极管，

提供输出电流， 并对输出电容器充电。

在关断周期内， 输入电流是不连续的。

同样，当用作电流源时，

增加的检测电阻 可检测电流

并将该信息 反馈到控制环路，

以设置输出 电压和电流。

降压/升压转换器的 优势在于它们

可以提供高于或低于 输入电压的输出。

这意味着可以 省去第二个功率级。

浮动降压/升压变体

是一种降压/升压实现， 它要比我们接下来

将介绍的 SEPIC 或 Cuk 拓扑更为简单，

并且由于它提供了 一个同相输出，

因此比传统的降压/升压 转换器更受欢迎。

降压/升压转换器还可以 很好地处理输入短路情况。

它的主要缺点是 输入和输出电流不连续，

这意味着此拓扑 降压时的输入 EMI

性能较差， 升压时的输出 EMI

性能较差。

较高的峰值电流 也会导致较高的 EMI。

另外，就像升压 转换器一样，

不连续输出意味着 需要一个输出电容器

来保持电流。

浮动降压/升压 也不能很好地

处理接地短路情况。

SEPIC 拓扑是 降压/升压拓扑的

另一种变体， 具有相同的转换比，

即 Vout 除以 Vin 等于占空比

与 1 减去占空比的比值。

这适用于转换比为 1：1 的耦合电感器

或非耦合电感器。

SEPIC 的特点是 使用了两个电感，

一个在输入端， 另一个接地，

通过耦合电容器连接。

这意味着 SEPIC 的 设计要比浮动降压/升压

更为复杂，并且由于 使用了两个电感，

因此需要更大的 电路板空间占用。

使用耦合导体 可以减少空间占用。

但是现成的

耦合导体数量有限，

因此这可能 需要定制器件。

当开关打开且 二极管关断时，

能量存储在电感中， 而输出电容器

释放能量以支持负载。

输入电压施加在 一次绕组上。

由于绕组 LED 为 1：1，

因此二次绕组 也有一个等于

输入电压的电压。

但是由于绕组的极性，

二极管的阳极 被拉为负极，

二极管关断。

由于二极管关断， 耦合电容器

被充电到输入电压， 并且负载与电感

电流断开，

因此输出电流 是不连续的。

同样，就像升压 转换器一样，

这意味着需要 一个输出电容器

来释放先前关断 周期中存储的能量，

以保持流向 LED 负载的电流。

当开关断开且 二极管导通时，

绕组上的电压 具有相反的极性，

以保持电流流动。

次级电压现在 被钳制到输出电压，

能量通过耦合 电容器和二极管

传递到输出中。

由于 L1 电感器 电流恒定，因此输入电流

是连续的。

SEPIC 的优势是

它可以提供高于或低于 输入的任何输出，

并提供同相输出。

与升压转换器类似的 连续输入可将所需的

输入 EMI 滤波降至最低。

它可以很好地 处理输入短路和

接地短路情况。

缺点是 SEPIC 的 环路动态特性难以控制，

因此比浮动降压/升压

转换器更难设计。

输出电流的不连续

还意味着稳压器 在输出端的 EMI 会更差。

需要一个 输出电容器

来保持电流。

如前所述，输出电容器

会使动态 开关更加复杂。

我们将介绍的开关拓扑

是 Cuk 转换器， 它是降压/升压转换器的

另一种变体。

但不同于前两个示例，

它提供反相输出。

因此，转换比， 即 Vout 除以 Vin

等于负占空比

与 1 减去占空比的比值。

从原理图可以看到，

Cuk 本质上是 一个升压转换器，

后跟一个降压转换器， 并在其间有一个

耦合电容器。

就像 SEPIC 一样， Cuk 也具有两个电感器，

因此它们的空间占用 也很大，设计也会更复杂。

当开关打开且 二极管关断时，

电感器 L1 电流上升 并流过开关。

耦合电容器中 存储的能量

也会释放并流过 电感器 L2 和负载。

当开关断开且 二极管导通时，

两个导体电流 都流过二极管。

L1 电流为耦合 电容器充电，

而 L2 电流流经负载。

Cuk 的主要优点在于，

它结合了 降压转换器的

连续输出电流和升压 转换器的连续输入电流，

这归因于其在输入和 输出端都有电感。

这使得 Cuk 具有 最佳的 EMI 性能，

并允许您减小 所需的电容。

它也能很好地 处理输入短路和

接地短路情况。

缺点是输出电压反相

且需要更复杂的 控制动态，

这使 Cuk 变得更难设计。

总之，要为您的应用 选择正确的拓扑，

您首先需要

确定输入电压 是否始终高于输出，

是否始终低于输出，

或者是否可以 高于或低于输出。

如果电压始终较高， 则线性稳压器

或降压转换器 或控制器是降低

电压的理想选择。

如果电压始终较低， 则升压转换器

是提高电压的 理想选择。

如果输入电压变化

并且可以高于 或低于输出，

则有多种拓扑类型

可供选择， 包括浮动降压/升压、

SEPIC 和 Cuk。

今天的课程就到这里。

请查看我们的 培训门户网站的

其余部分，以获取更多 LED 驱动器培训。

Thank you for watching.

大家好，我叫 Kelly，

是 TI LED 驱动器产品组合的

一名产品营销工程师。

今天，我将对常见

LED 驱动器 拓扑的优缺点进行

简单说明。

拓扑结构选择 始终取决于应用。

选择拓扑结构时 要回答的第一个

问题是您的输入电压 是高于还是

低于输出电压。

如果稳压输出 电压始终低于

最大输入电压， 则降压转换器

是理想选择。

线性稳压器、降压 转换器或降压控制器

都可以使用。

如果稳压输出 电压始终高于

最大输入电压， 则升压拓扑转换器

或控制器是 理想的选择。

如果由于电压尖峰 或其他变化导致

稳压输出有时高于

或低于最大输入，

那么您有两种选择。

无论输入电压如何，

都可以使用单个 降压/升压调节器

来提供输出。

降压/升压拓扑结构 有多种变体，

包括浮动降压/升压、 SEPIC 或 Cuk，

它们都各有优缺点。

另一种选择是使用 两个功率级解决方案，

其中，升压 稳压器将输入电压

升压至稳定电压， 然后由降压稳压器

将其降至所需电压。

大多数时候， 当我们讨论

转换器和控制器时， 它们都是被用作稳压器。

但我们现在讨论的 是驱动 LED，实际上

是将它们用作 电流调节器

来保持流过 LED 的电流。

现在，我们将对 每种拓扑结构进行

更详细的概述。

线性稳压器 是一种调节器件，

与可变电阻器类似，

用于保持恒定的输出。

该晶体管在闭环 反馈系统中的

线性区域内运行， 该闭环反馈系统具有

用于测量电流的检测电阻。

系统将对检测 电阻两端的电压

与反馈环路中的 基准电压进行比较，

以向晶体管 产生控制信号，

以在需要时 用于调节电阻，

从而保持输出电流。

线性稳压器的

优点是 Vin 接近 Vout 时，效率很高。

线性稳压器 也没有开关组件，

因此没有输出纹波。

与开关转换器相比，

它们具有更低的噪声。

它们体积更小， 结构更简单，

需要更少的组件 即可设计开关稳压器。

特别是，它们 没有既笨重又

昂贵的磁性组件。

但是，它们存在 一个功率输出阈值，

达到该阈值时， 线性稳压器的

功率损耗会非常高， 因此有必要改用效率

更高的开关转换器。

线性稳压器 也只能降低电压，

不像开关稳压器

有更多的拓扑选择。

视频的其余部分 将从降压拓扑开始

重点介绍开关拓扑类型。

降压拓扑 转换器或控制器将

输入电压降至 编程的输出电压。

转换比或 Vout 除以 Vin

等于占空比。

当开关打开且 二极管关断时，

随着电流从 输入端流过电感器

并进入负载， 电感电流会增加

并存储能量。

电感器两端的 压降将输出电压

减小到编程的值。

当开关关断且 二极管导通时，

电压源断开， 但电感器中存储的

能量释放， 对输出电容器充电，

并向负载提供 电流，这样即使

输入电流不连续， 输出电流能保持

连续。

当使用开关稳压器 作为电流源时，

通过添加一个与 LED 串联的感应电阻

来测量电流。

检测电阻可放置在 LED 的高侧或低侧，

具体取决于 所选的 LED 驱动器。

然后，电流信息 通过 LED 驱动器

控制网络进行 反馈，进而设置

所需的占空比，以便产生 与目标输出电流相对应的

输出电压。

该控制电路的 工作方式细节

将因器件而异。

这确实适用于我们今天 作为电流源使用时将涵盖的

所有开关拓扑结构。

降压拓扑转换器的 优势包括提供

连续输出电流，

以实现对 LED 电流 进行最佳动态控制。

这也意味着电容器

不需要为 输出提供能量，

而仅用于 减少输出纹波。

这意味着可以减小 甚至消除电容。

降压转换器往往具有 最简单的控制架构。

通常，降压稳压器 使用迟滞或电流

模式控制。

最后一点是， 它可以很好地

处理输入短路和 接地短路情况。

降压转换器的缺点

包括开关打开和 关断会产生

不连续输入电流。

输入端从零电流 过渡到峰值电流

会导致传导电磁辐射，

这将需要额外的 EMI 滤波来减轻。

降压器件也不能 提高输出电压，

因此可以支持的 LED 灯串数量

受输入电压限制。

升压转换器可将 输入电压升压至

更高的输出电压。

转换比， 即 Vout 除以 Vin，

等于 1 除以 1 减去占空比。

当开关打开且 二极管关断时，

电感电流将逐渐增大 并存储能量。

由于在导通周期内 负载与电感电流断开，

因此输出电流 是不连续的。

这意味着需要 一个输出电容器

来释放先前关断 周期中存储的能量，

以保持输出 电流和电压。

当开关断开且 二极管导通时，

电感器释放能量 并保持负载上的

输出电流。

电感器的极性反转，

因此电感器的 左侧为负，右侧为正，

这就使得两个 电源串联起来，

这意味着输出电压

始终高于输入电压。

输出电容也将 被充电至

该组合电压。

同样，当用作电流源时，

增加的检测电阻 可检测电流

并将该信息 反馈到控制环路。

与降压转换器不同， 升压转换器

具有连续的 输入电流，

与降压转换器相比， 它减少了所需的

输入 EMI 滤波量。

这将切换接地基准， 这也使得驱动

FET 变得简单。

最后，它可以很好地 处理输入短路情况。

然而，升压转换器的 输出电流不连续，

这意味着需要 一个输出电容器

来保持电流。

输出电容还有助于 最小化 EMI 和 LED

开关纹波， 这可能是使 LED

达到峰峰值纹波 要求所必需的，

但会使动态 开关更加困难。

不连续的输出电流 还会在输出上

产生更多的差模噪声， 而差模噪声

会变成共模噪声， 从而导致更高的辐射发射。

另一个潜在的缺点是， 升压转换器只能

提升输入电压。

最后，升压转换器 不能很好地

处理接地短路情况。

我们要研究的下一个拓扑 是降压/升压转换器，

它可以提供 稳定的输出，

无论输入电压 是高于还是

低于输出。

在此示例中， 我们将研究一种

称为浮动降压/升压的 降压/升压转换器，

其中输出电容器中的 负载以输入为基准，

而不是以接地为基准， 这意味着输出不会

像传统的降压/升压 转换器那样进行反相。

浮动降压/升压 转换器的转换比，

即 Vout 除以 Vin，等于占空比

与 1 减去占空比的比值。

当开关打开且 二极管关断时，

电感电流将逐渐增大 并存储能量，

并且电感电流 流经闭合的开关。

与升压转换器类似， 由于二极管关断，

负载在导通周期内 与电感电流断开，

因此输出电流 是不连续的，

需要一个输出电容器

来释放存储的能量 以保持输出电流。

当开关断开且 二极管导通时，

电感器释放 存储的能量，

该能量流经 闭合的二极管，

提供输出电流， 并对输出电容器充电。

在关断周期内， 输入电流是不连续的。

同样，当用作电流源时，

增加的检测电阻 可检测电流

并将该信息 反馈到控制环路，

以设置输出 电压和电流。

降压/升压转换器的 优势在于它们

可以提供高于或低于 输入电压的输出。

这意味着可以 省去第二个功率级。

浮动降压/升压变体

是一种降压/升压实现， 它要比我们接下来

将介绍的 SEPIC 或 Cuk 拓扑更为简单，

并且由于它提供了 一个同相输出，

因此比传统的降压/升压 转换器更受欢迎。

降压/升压转换器还可以 很好地处理输入短路情况。

它的主要缺点是 输入和输出电流不连续，

这意味着此拓扑 降压时的输入 EMI

性能较差， 升压时的输出 EMI

性能较差。

较高的峰值电流 也会导致较高的 EMI。

另外，就像升压 转换器一样，

不连续输出意味着 需要一个输出电容器

来保持电流。

浮动降压/升压 也不能很好地

处理接地短路情况。

SEPIC 拓扑是 降压/升压拓扑的

另一种变体， 具有相同的转换比，

即 Vout 除以 Vin 等于占空比

与 1 减去占空比的比值。

这适用于转换比为 1：1 的耦合电感器

或非耦合电感器。

SEPIC 的特点是 使用了两个电感，

一个在输入端， 另一个接地，

通过耦合电容器连接。

这意味着 SEPIC 的 设计要比浮动降压/升压

更为复杂，并且由于 使用了两个电感，

因此需要更大的 电路板空间占用。

使用耦合导体 可以减少空间占用。

但是现成的

耦合导体数量有限，

因此这可能 需要定制器件。

当开关打开且 二极管关断时，

能量存储在电感中， 而输出电容器

释放能量以支持负载。

输入电压施加在 一次绕组上。

由于绕组 LED 为 1：1，

因此二次绕组 也有一个等于

输入电压的电压。

但是由于绕组的极性，

二极管的阳极 被拉为负极，

二极管关断。

由于二极管关断， 耦合电容器

被充电到输入电压， 并且负载与电感

电流断开，

因此输出电流 是不连续的。

同样，就像升压 转换器一样，

这意味着需要 一个输出电容器

来释放先前关断 周期中存储的能量，

以保持流向 LED 负载的电流。

当开关断开且 二极管导通时，

绕组上的电压 具有相反的极性，

以保持电流流动。

次级电压现在 被钳制到输出电压，

能量通过耦合 电容器和二极管

传递到输出中。

由于 L1 电感器 电流恒定，因此输入电流

是连续的。

SEPIC 的优势是

它可以提供高于或低于 输入的任何输出，

并提供同相输出。

与升压转换器类似的 连续输入可将所需的

输入 EMI 滤波降至最低。

它可以很好地 处理输入短路和

接地短路情况。

缺点是 SEPIC 的 环路动态特性难以控制，

因此比浮动降压/升压

转换器更难设计。

输出电流的不连续

还意味着稳压器 在输出端的 EMI 会更差。

需要一个 输出电容器

来保持电流。

如前所述，输出电容器

会使动态 开关更加复杂。

我们将介绍的开关拓扑

是 Cuk 转换器， 它是降压/升压转换器的

另一种变体。

但不同于前两个示例，

它提供反相输出。

因此，转换比， 即 Vout 除以 Vin

等于负占空比

与 1 减去占空比的比值。

从原理图可以看到，

Cuk 本质上是 一个升压转换器，

后跟一个降压转换器， 并在其间有一个

耦合电容器。

就像 SEPIC 一样， Cuk 也具有两个电感器，

因此它们的空间占用 也很大，设计也会更复杂。

当开关打开且 二极管关断时，

电感器 L1 电流上升 并流过开关。

耦合电容器中 存储的能量

也会释放并流过 电感器 L2 和负载。

当开关断开且 二极管导通时，

两个导体电流 都流过二极管。

L1 电流为耦合 电容器充电，

而 L2 电流流经负载。

Cuk 的主要优点在于，

它结合了 降压转换器的

连续输出电流和升压 转换器的连续输入电流，

这归因于其在输入和 输出端都有电感。

这使得 Cuk 具有 最佳的 EMI 性能，

并允许您减小 所需的电容。

它也能很好地 处理输入短路和

接地短路情况。

缺点是输出电压反相

且需要更复杂的 控制动态，

这使 Cuk 变得更难设计。

总之，要为您的应用 选择正确的拓扑，

您首先需要

确定输入电压 是否始终高于输出，

是否始终低于输出，

或者是否可以 高于或低于输出。

如果电压始终较高， 则线性稳压器

或降压转换器 或控制器是降低

电压的理想选择。

如果电压始终较低， 则升压转换器

是提高电压的 理想选择。

如果输入电压变化

并且可以高于 或低于输出，

则有多种拓扑类型

可供选择， 包括浮动降压/升压、

SEPIC 和 Cuk。

今天的课程就到这里。

请查看我们的 培训门户网站的

其余部分，以获取更多 LED 驱动器培训。

Thank you for watching.