目前可提供高亮度LED，其正向電流比前代產品高100倍以上。這些新設備不僅具有高亮度，而且還具有高功率。現在可提供功耗超過25 W的單芯片，功耗超過25 W的單芯片。高效率和低功耗的要求決定了新一代高亮度（HB），高功率（HP）LED的開關電源，因為電壓調節器和限流電阻不再適用。高亮度，高功率LED需要恒流源，以充分利用其不斷提高的發光效率和鮮艷純凈的色彩。這種新型開關恒流源的首選拓撲結構是基本降壓轉換器。使用降壓轉換器的最有說服力的理由是這種簡單的DC/DC轉換器可以很容易地變成恒流源。本文將解釋在設計用于HB LED恒流驅動的降壓穩壓器時輸出電容的選擇或可能的排除。

圖1：傳統降壓穩壓器（左）和降壓電流調節器（右）。

受控電流

降壓調節器非常適合作為恒流驅動器，因為輸出電感與負載串聯。無論降壓調節器是用作電壓源還是電流源，電感器的選擇都是系統設計的基石。電感與輸出串聯時，平均電感電流始終等于平均輸出電流，降壓轉換器自然保持對交流電流紋波的控制。根據定義，LED驅動器是恒定負載系統;因此，在負載瞬變期間不需要大量的輸出電容來維持VO。

無輸出電容會產生高輸出阻抗

理論上，理想的電流源具有無限的輸出阻抗，允許電壓無限快速地轉換為為了保持恒定的電流。對于專注于穩壓器的開關穩壓器設計人員來說，這個概念可能需要一些時間才能吸收。完全從降壓穩壓器中移除輸出電容會迫使輸出阻抗取決于電感。沒有任何電容來抵抗VO的變化，輸出電流（稱為正向電流或IF）的壓擺率完全取決于電感，輸入電壓和輸出電壓。 （VO等于每個串聯LED的組合正向電壓VF）

LED制造商通常建議紋波電流ΔIF為直流正向電流的±5％至±20％。在50 kHz至2 MHz的典型開關穩壓器頻率范圍內，人眼看不到紋波本身。這些限制來自于較高紋波電流（LED半導體PN結本身的特性）下的熱損耗增加以及對所用電感的實際限制。百分比類似于降壓穩壓器中推薦的電流紋波比。因此，固定頻率電流調節器的電感選擇由與電壓調節器相同的等式控制：

一個區別是用于沒有輸出電容的電流調節器的電感往往更高因為新興標準1 W，3 W和5 W HB LED的驅動電流分別為350 mA，700 mA和1 A.現代降壓穩壓器傾向于使用0.1μH至10μH范圍內的電感，飽和電流范圍為5 A至50 A.類似開關頻率的電流驅動器往往需要10μH至1000μH范圍內的電感器和0.5范圍內的飽和電流。 A至5 A.

高輸出阻抗的主要目標是創建一個能夠響應PWM調光信號的系統，這是控制LED光輸出的首選方法。可以施加調光信號以啟用調節器的引腳，在這種情況下，輸出電流可以從零轉換到目標并且回到零而沒有CO的充電和放電延遲。為了實現更快，更高分辨率的調光，可以將分流開關（通常是MOSFET）與LED陣列并聯放置，從而始終保持連續的電流流動。同樣，如果沒有輸出電容來降低壓擺率，則可以將調光頻率調整為10 kHz。這是平板顯示器背光和使用RGB陣列創建白光等應用的關鍵要求。

圖2：使用并聯NFET進行調光。

使用輸出電容可減小尺寸和成本

有些輸出電容可用作交流電流濾波器。諸如改造白熾燈和鹵素燈之類的應用通常要求將LED和驅動器放置在以前由燈泡占據的小空間中。電感器總是LED本身之后最大，最昂貴的元件。為了提高效率（在狹窄的空間中尤為重要），設計人員通常選擇最低的開關頻率，以便能夠安裝解決方案（主要是電感器）。允許電感器中的大紋波電流和濾波LED電流導致更小，更便宜的解決方案。例如，要驅動單個白光LED（VF≈3.5V）為1A，紋波電流ΔIF為±5％，輸入為12V，500 kHz，則需要50μH電感，額定電流為1.1A。適合此應用的典型鐵氧體磁芯設備可能是10平方毫米，高4.5毫米。相反，如果允許電感紋波電流增加到±30％（典型的低電流電壓調節器），則所需的電感小于10μH，電感器的尺寸為6.0 mm，高度僅為2.8 mm可以使用。所需的輸出電容基于LED的動態電阻rD，感測電阻，RSNS以及開關頻率下電容器的阻抗來計算，使用以下表達式：

典型值輸出電容的值范圍為0.1μF至10μF，非常適合陶瓷電容器。在許多應用中，增加一個輸出電容可以減小整個解決方案的尺寸和成本。

輸出電容放置

對于使用基于PWM的控制的降壓調節器，例如電壓模式（VM）和電流模式（CM）輸出電容應從穩壓器輸出連接到系統地，與普通降壓穩壓器相同。 （圖3a）這樣，系統的控制 - 輸出傳遞函數可以用設計電壓調節器時使用的相同方程進行分析。當使用基于比較器的控制時，例如遲滯或恒定導通時間（COT），輸出電容應與LED陣列并聯。 （圖3b）在遲滯電壓調節器電路中，該技術通常用于增加反饋節點處的同相電壓紋波的百分比。對于電流調節器，它強制通過CO的紋波電流和通過LED的正向電流在開關比較器的輸入處求和。因此，RSNS上的電壓波形與開關節點波形同相，并且結果是具有高噪聲抑制的可預測操作。低輸出電容和高電感電流紋波的組合實際上使滯后和COT電流調節器比電壓調節器更可靠，更容易設計。

圖3a：PWM調節器。圖3b：基于比較器的穩壓器

結論

高亮度，高功率LED代表了自熒光燈泡引入以來照明設計的最大變化。使用LED需要對用于照明系統的電子設備的復雜性進行根本改變。目前，LED照明設計的很大一部分是白熾燈，鹵素燈和熒光燈裝置的改造。這種系統很少包括復雜的調光控制，并且在小尺寸上具有很高的價值。這些應用中輸出電容是驅動電路的一個受歡迎的補充。在未來，用于普通照明的LED的較高成本將通過對亮度，色調和顏色的新控制水平來平衡。家庭和企業的照明需要快速PWM調光，要求電流驅動器最小化或消除其輸出電容。這些系統將利用當今快速調光應用的經驗，這些應用已經擺脫輸出電容以提供最佳響應時間。