前言
一個典型的高效率LED驅動器電路通常可作為一個提供恆流輸出（constant current output）的開關式轉換器。這些轉換器有數種不同的拓樸形態（topology），如降壓（buck）、升壓（boost）和返馳（fly-back）式。
為了降低成本和整體方案的複雜度，許多開關式LED驅動器都採用峰值電感器電流偵測作為控制方法，以便為系統維持一個固定的輸出電流。但是這種方法有一個很大的限制，就是輸出電流會同時受制於電感器的電感值和輸入電壓。雖然電流調節器可以調節電感器的峰值電流，但這與控制平均LED電流有很大的分別。此方法不單會降低輸出電流的精確度，而且還會導致LED產生色偏。圖一為一個開關轉換器的電感器電流波形，它利用不同的電感值來偵測峰值電流。
改善電流調節效果的一個可行方法是增加電感器的電感。但如果電感器的電感較大，便需耗用更多的電路板空間，成本亦會提高。因此，對於精密度高的應用來說，為了要達到成本效益，便需研發出一個可提供精確電流調節，且不會受到電感值和輸入變化所影響的方法。
| 《圖一 採用峰值電流偵測的開關轉換器之電感器電流》 |
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Pulse-Level-Modulation
為了獲得準確的電流來驅動LED，便需採用一個名為Pulse-Level-Modulation（PLM）的電流調節方法，此方法有助準確地偵測脈衝寬度調製（PWM）降壓轉換器的平均輸出電流。此外，PLM方法適合與浮動降壓配置（floating buck configuration）一起使用，原因是這種配置的拓樸可容許低邊開關和電流感測。
配合一個浮動降壓轉換器，輸出電流便會等同平均的電感器電流和開關電流的中間斜度（mid-slope level），因此只需簡單地偵測流經功率開關的電流，便可有效地偵測到平均的輸出電流值。圖二為電感器的波形和一個浮動降壓轉換器的開關電流。
圖三是一個經簡化的PLM浮動降壓轉換器之PWM控制電路。圖中，VMSL是VRISNS的中間斜度，而VRISNS則是流經電流感測電阻器RISNS的降壓。VRP是一個由定製產生的參考脈衝，它具備有一個固定峰值級和一個與PWM輸出電壓VPWM一樣的頻率和工作週期。積分器1和積分器2分別負責將脈衝串VRP和VRISNS積分。然後，誤差放大器將積分輸出的差別放大以產生出一個誤差訊號。
由於VRISNS和VRP的工作週期是一樣的，因此這過程其實等同將VREF和VMSL之間的差別放大。至於產生出來的誤差訊號之後會經由一個低通濾波器平均化，並且與一個鋸齒訊號比較來產生一個PWM控制訊號。
接著，電路中的控制邏輯和MOSFET驅動器會根據該PWM控制訊號來驅動浮動降壓轉換器的開關MOSFET。當開關啟動時，將會產生出一個電流感測訊號，這訊號會回饋到輸入以調節啟動週期直至VMSL等如VREF為止，就如圖四所示。
如此一來，便可獲得一個真正的平均輸出電流控制，因為開關電流的平均值在整個啟動週期都被維持著。同時，假如開關頻率和工作週期是固定不變的話，VMSL便不會受到電感器電流的變化速率所影響，因此帶有相同頻率和工作週期的不同電流感測訊號將可產生出一模一樣的PWM訊號和輸出電流，期間不會受到電感值的左右。
| 《圖四 閉環操作（close loop operation）下的VRISNS和VRP波形》 |
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結語
美國國家半導體最新推出的LM3407是一款帶有PLM功能的單片式LED驅動器，它是一個完整的LED驅動方案，能夠在350 mA的電流下驅動多至7個LED，並且在有效的工作環境下其輸出電流的差異僅為±10％。
圖五為一個LM3407的典型應用電路，至於圖六和圖七則分別表示出於1MHz開關頻率和室溫下時的輸出電流曲線，以及其效率與輸入電壓的關係。正如圖中所見，LM3407能夠在7.5V至30V的輸入電壓範圍內為不同數量的LED提供精密的輸出電流控制，其精確度和效率分別達±10％和85％。對於那些成為要求高操作穩定性、高驅動準確性和高效率的應用來說，LM3407的精確輸出電流和高轉換效率，使它成為這些應用的首選。
…作者T.K. Man為NS美國國家半導體產品應用經理
S.H. Wong為NS美國國家半導體應用工程師S.H. Wong …
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