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要使LED照明系统能够提供期望的长寿命等优势，必须选择恰当的LED驱动方案。户外照明应用以及汽车照明、应急车辆照明、船舶应用及飞机内部照明等应用，可能采用离线交流适配器、密封铅酸电池及12V直流(DC)和12V AC电源等输入电源，电压一般都低于40V。船舶应用中的电压范围可能在直流8至超过14V之间，汽车应用中电压范围甚至为更宽的7～27V。这就要求LED驱动器能够在宽输入电压范围内工作，并能配置为不同拓扑结构，配合负载要求。

　　　典型DC/DC LED驱动方案比较

　　LED驱动方案的一项主要功能是在多种工作条件下稳流，而不论输入条件如何及正向电压如何变化。驱动方案必须符合能效、外形因数、成本及安全性方面的应用要求。同时，所选方案必须易用及足够强固，从而适应特定应用的严格环境。

　　典型DC/DC LED驱动方案包括电阻、恒流稳流器(CCR)、线性驱动器及器等。电阻是最简单、最低成本的LED稳流方案。但实际上它们并不“稳流”，只是在LED正向电压变化及输入电源电压变化并导致电流变化从而引起LED亮度变异时，简单地限制LED最大电流。对于低电流指示器应用而言，这可能可以接受;但随着电流增大及串联的LED数量增加，就变得有问题了。要克服这个问题，需要费钱又费时地对LED进行编码及选择恰当的电阻来匹配LED串正向电压。即使采取这些步骤，仍然会有由输入电压变化导致的亮度变化问题。

　　CCR是一种比电阻方案性能更高但成本又低于线性驱动器或器的方案，适合于电流小于200mA的低电流应用。CCR易于设计，能够提供有效的稳流及更多的特性。CCR的主要局限是输入电压必须始终高于输出正向电压以恰当工作，而且它们能效较低，热耗散较高。

　　线性驱动器支持多条线路并行配置以扩散热耗散，提供达±2%的稳流精度，无电磁干扰(EMI)问题，成本中等，但能效也较低。

　　凭借高能效及灵活等优势，器广泛使用。这种方案成本更高，技术更复杂，但也提供显著优势，如支持任何类型的输入电压与输出电压关系，且根据输入/输出条件，能效能够高于90%。与线性驱动器不同，它们对EMI很敏感，给设计人员带来需要注意的设计约束。对于中到大功率应用或涉及宽输入电压范围的应用而言，开关稳压器是唯一可行的选择;且许多应用中优化了开关稳压器型LED驱动器，从而应用LED调光控制。

　　LED开关驱动器拓扑结构

　　根据输入电压与输出电压之间的关系，我们可将LED DC/DC开关驱动器/稳压器的拓扑结构分为降压、升压及降压-升压等不同类型，并相应作简要分析。

　　降压：适合于所有工作条件下最小输入电压始终高于LED串最大电压的应用(见图1a)。例如，以12V电源驱动单颗功率为1W的LED时，使用这种拓扑结构。

　　图1 典型DC/DC LED开关驱动器拓扑结构

　　这种拓扑结构的原理是：开关导通时，输入电压通过电感向负载供电，同时也向输出电容充电。这个过程中，电感及输出电容储存能量。开关关断时，储存在电感中的电流不能突变，电感通过自感产生右正、左负的脉冲电压，这时电感、输出电容及续流二极管构成放电回路，回路电流继续在电容两端建立直流电压，并由此直流电压为负载供电。从能量关系可以看出，这种情况下输出电压始终低于输入电压，提供降压效果。

　　升压：适合于所有工作条件下最大输入电压始终低于LED串最小电压时的应用。例如，以5V电源驱动6颗LED时，使用这种拓扑结构(见图1b)。

　　这种拓扑结构的原理是：闭合导通时，通过电感的电流增加，在电感中积累能量;开关关断时，电感电流通过二极管流向输出电容。由于储存来自电感的电流，多个开关周期后，输出电容的电压升高，结果输出电压就高于输入电压，从而提供升压效果。

　　降压-升压，或单端初级电感转换器(SEPIC)：适合于输入电压与输出电压有交迭的应用。如以12V汽车电池驱动4颗LED时，可使用这种拓扑结构(见图1c)。

　　这种拓扑结构的原理非常简单。开关处于导通状态时，输入电压直接连接至电感，从而在电感中积聚能量。在这个阶段，电容C为输出负载提供能量。开关处于关闭状态时，电感通过续流二极管连接至输出负载及电容，从而传输能量给负载。这是一种反向(inverting)输出，负输出连接至LED的阳极，而正输出连接至LED的阴极。这种拓扑结构可以提供众多优势，如提供更高能效、更小外形因数及更低成本等。

　　不同拓扑结构的LED DC/DC开关驱动器方案及其应用

　　1 降压驱动器方案

　　典型LED DC/DC降压应用有如在线槽灯、书架灯及展示柜灯等中使用的高亮度模块化灯条，一般每条(11.5×1英寸)4颗LED，根据颜色的不同，光效为23～47lm/W，电压为23～25V。

　　图2 不同LED 降压驱动器方案

　　根据频率及电流的不同，这类应用中可以使用安森美半导体提供不同的LED 降压驱动器方案，包括NCL30100控制器、CAT4201稳压器，以及能够配置为降压稳压器的NCP3065/NCV3065、NCP3066/NCV3066稳压器及控制器等(见图2)。这些方案各有其特点。

　　在LED DC/DC降压应用中，客户可以根据应用需要，选择控制器方案或是稳压器方案。

　　图3 NCL30100 LED降压控制器基本应用电路图

　　而在12V及24V照明系统、汽车及飞机照明和通用照明等应用中，可以采用CAT4201稳压器。这器件与NCL30100控制器不同，是集成了MOSFET的完整电源转换器，采用小型TSOT5封装，最高电压36Vdc(可承受40V瞬态电压)，能驱动总电压达32V的7颗串联LED，电源能效高达94%，提供限流及热保护。但这器件在大多数应用中要求输出电容，且LED输出电流限流为最大350mA。

　　图4 CAT4201 LED降压驱动器典型应用电路图

　　有些LED应用可能需要支持PWM调光。在这些应用中，可以采用NCP3065和NCP3066，以及相应通过汽车认证的版本NCV3065和NCV3066。NCP3065/6、NCV3065/6是灵活的开关稳压器，能够配置为降压、升压及降压-升压等不同结构。配置为LED降压驱动器时，能在不采用输出大电容的条件下工作，支持+40V/1.5A典型峰值开关电流，可以设定350mA、700mA及1 000mA等输出电流，还能配合调光需求。适合的应用包括汽车及船舶照明、大功率LED驱动器、恒流源、低压(景观、道路、太阳能及MR16替代)等。

　　2 升压驱动器方案

　　如上所述，NCP3065/6、NCV3065/6能够配置为不同结构，图5右显示的是即是配置为升压结构的应用电路图。

　　图5 NCP3065典型LED降压应用电路(左)及典型LED升压应用电路(右)

　　此外，在需要高能效驱动长串高亮度LED的应用中，可以采用安森美半导体将推出专门用于高能效升压模式的NCL30131 LED升压驱动器。这是一款能够采用N沟道FET的开关升压控制器，能够用于构建高能效的LED升压驱动器。这器件使用电压模式PWM反馈机制，带有运算跨导放大器(OTA)。这器件具有高驱动能力，能够驱动大电流/高能效MOSFET。输入电压范围极宽，介于4.5～28V之间。NCL30131提供300/600/1000kHz开关频率，提供可编程限流、短路保护、热关闭、过压保护及欠压锁定等丰富的保护功能。

　　图6 NCL30131高能效升压LED驱动器典型电路图

　　3升降压驱动器方案

　　典型LED降压-升压应用包括以12V交流或12V直流电源驱动包含3～4颗LED的模块。这种应用中就可以采用配置为降压-升压拓扑结构的NCP3065/6控制器，从而满足输入电压与输出电压有交迭的应用需求。