十年来，高亮度LED的效能（流明/瓦）、耐用性、可靠度和成本效益迅速提升，彻底改变照明产业的格局。在不影响电路驱动性能和保护功能的前提之下，开发尽低的功耗取得所需光照度的LED驱动器，是现今的照明灯具工程师所面临的挑战。

图1所示的75W全数位控HB LED驱动器评估板，能够将LED的亮度降至最大亮度的0.5％。这款LED驱动器具有两个功率转换级：前级是一个功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）转换器，用于提供稳压直流输出，后级是并联在一起的降压转换器和改进的降压转换器，如图2所示。

图1 : STEVAL-LLL004V1 75W数位控制照明评估板

32位元微控制器（MCU）透过数位技术控制PFC级和两个DC-DC降压转换器。 PFC级和两个DC-DC转换器的数位控制技术，在成本效益和设置灵活度上有显著之优势。板载快速保护电路确保全部基本保护功能具有高可靠性。我们使用通用交流电源（85-265V）在整个亮度范围（0.5-100％）对LED驱动器进行了性能评测，实验结果显示，各项功率品质参数均在通用交流电源谐波标准IEC 61000-3-2的可接受范围内。

本文提出之解决方案采用功率转换数位控制方法，而非采用类比IC的标准设计方法。

数位控制的主要优势是可灵活设定。在任何既定条件下，实时调整参数和操作点，无需修改任何硬体，而类比控制仅在特定范围内调整。两种调光方式（类比或数位）、调光控制（0-10V，无线通讯）、调光分辨率、温度监测、各种保护和通讯功能等先进功能可以整合在一颗晶片上。不过，用数位技术实现这些功能相较类比控制更加容易，因此，数位控制方案的成本效益相对更高。此外，在噪声条件下，数位控制的稳定度高于类比控制：数位控制解?方案不易受到元件容差、温度变化和电压漂移的影响。

系统概述

如图2所示，新开发的LED驱动器由STM32F071CB微控制器和三个不同功率级组成。 ?具备最佳效能，PFC级和两个DC-DC转换器皆采临界导通模式（Transition Mode，TM）。第一个降压DC转换器和第二个反向降压转换器都是恒流模式。反向降压拓墣结构内的功率开关接地，而不是标准降压拓朴的连接高边开关。

MCU和包括PM8841D、PM8834和L6395D在内的闸极驱动电路用于管理反激拓朴中的辅助开关电源，VIPer013LS（60 kHz高压离?转换器）?MCU和闸极驱动器供电。在100％负载时，LED驱动器系统的总体能效大约91％，这归功于STD11N60M2-EP N-Channel 600 V MDmeshT M2 EP功率MOSFET。

MCU的设置是检测所有电源转换器的电感电流过零检测（Zero Crossing Detection，ZCD）讯号和其他相关讯号，进而控制MOSFET闸极驱动讯号。该驱动板配备全面的保护功能，例如，短路保护、开路保护、输入欠压保护和输入过压保护。

图2 : LED驱动板框图

?控制LED的亮度，板载一个0-10V输入和多个按钮。借助MCU的先进定时器，LED亮度可调至最大亮度的0.5％。此外，驱动板亦提供类比调光和数位调光等两种方式。

在数位（PWM）调光中，LED电流是频率固定的（通常超过100Hz）通断电流。 LED始终在标称电流值时点亮。 LED的平均电流是总标称电流与调光占空比的乘积，可以透过调整占空比来调整亮度。然而，在类比调光情?下，LED的电流是连续电流，但是，电流值本身会发生变化。选择正确的调光技术取?于该应用的性能指标。两种调光方法各有利弊，表1列出了其中一些主要利弊。

控制演算法

我们在STM32系列32位元STM32F071CB MCU上验证了LED驱动器的控制演算法。 MCU控制这三个临界导通模式功率级，在电感电流过零后立即?动MOSFET闸极。 PFC级实现了比例积分（Proportional-Integral，PI）控制回路，改善了控制回路的稳定性、线路转换和调光步进特性，并在启动阶段降低了电流电压过冲。降压和反向降压转换器都是滞后功率转换器。可用电路板上的模式开关选择调光技术和控制功能。无论选择哪一种调光技术，亮度都可以降到最大亮度的0.5％。

数字调光是使用MCU的500Hz定时器外设实现的。按照调光值的大小，调整降压和反向降压转换器的占空比。

类比调光乃使用MCU内部比较器和数位类比转换器（Analog Converter，DAC）外设实现的。按照调光值的大小，藉由DAC调整内部比较器正相端的电流阈值（电感峰流）。在临界模式下控制电感峰值电流，只能将LED的亮度降到某一定程度。 ?了处理好低亮度，需要强制两个DC-DC转换器进入非连续导通模式，如图3所示。

图3 : 模拟调光:亮度-频率曲?

实验结果

我们统计STEVAL-LLL004V1在不同负载时的总效能、功率因数和总谐波失真（Total Harmonic Distortion，THD）三个参数。在230V AC 100％负载时，效能高于91％。图4、5、6描述了LED驱动器的效能、功率因数和THD失真值。

图4 : 在不同负载时输入电压（AC）-效能曲线

图5 : 在不同负载时输入电压（AC）-功率因数曲线

图6 : 在不同负载时输入电压（AC）-总谐波失真曲线

结论

本文讨论的数位控制LED驱动器可输出75W的功率，类比和数位调光方法都能将LED亮度降至最大亮度的0.5％。不论使用那种调光技术，LED无闪烁可保持到0.5％亮度，这使其成?独特的LED驱动方案。实验结果显示，在宽输入电压和负载条件下，这款驱动器的效能很高，功率因数接近1，THD％失真度低，这归功于意法半导体在32位元STM32F0 MCU上具备控制的功能。

（本文作者Fabrizio DI FRANCO、Akshat JAIN 任职于意法半导体）