【世说设计】利用低损耗LED驱动器，提高电源系统的“绿色”进程

低功耗照明的驱动器通常采用简单的线性稳压器，将其配置成恒流模式(图1a)。线性稳压器具有设计简单等优点。然而，其主要缺点在于功耗较大，因为工作时，多余的电压通过检流电阻和调整管本身的发热耗散掉。这样的热损耗还严重阻碍了系统的“绿色”进程。热损耗越大，对冷却装置(风扇或大金属散热器)的要求越高，消耗的能量也越多，并会占用更大的空间和重量，同时也意味着材料成本和制造时间的增加。

一种替代的解决方案是采用开关模式调节架构，例如buck调节器(图1b)。这类调节器通常需要一个0.8V至1.3V的反馈电压，用于调节流过LED的电流。用来建立该电压的电流测量电路通常是与LED串联的一个小电阻。电阻两端的电压作为反馈电压，可以为LED维持恒流供电。这种架构降低了调节器本身的损耗，但检流电阻的功耗使系统损耗仍然存在。

图1a. 简单的线性稳压架构由于调整管和电流设置电阻而存在较大功耗。该电路的优点是简单、没有任何EMI，但它仅适用于低电压应用，而且存在一定的发热。

图1b. 基本的开关模式调节方案，功耗主要来自检流电阻的能量损耗。该方案效率极高，并可重新配置实现升压。不过，电路相对复杂并且会产生EMI。

为了降低检流电阻的功耗，应采用低损耗电流检测电路，例如采用电阻/运放结合的方式提供开关转换器所要求的反馈电压。可以采用专用的精密检流放大器，例如MAX9938T，为检流电阻两端的电压产生25V/V的检测增益。这一方案能够把反馈电路的损耗降至几十毫瓦。

在图2所示电路中，boost转换电路采用了MAX9938T检流放大器，并使用MAX8815A升压转换器通过两节NiMH串联电池为其供电。MAX8815A工作在最高2MHz的开关频率下，效率高达97%。高开关频率最大限度减小了外部元件的尺寸；而内部补偿功能则减少了外部元件数量，适用于成本和空间敏感产品。该转换器可以在两节NiMH电池供电时产生3.3V至5V的输出电压。

图2. 从图1b衍生而来，采用诸如MAX9938T的检流放大器将检流电阻的功耗降至几十毫瓦。相比图1电路几百毫瓦甚至更大的损耗，该电路的功耗降低了许多。

MAX9938T检流放大器控制流入LED的电流。该放大器在其输入端集成了增益设置电阻，将增益设置在25V/V。此外，放大器还具有较高的精度等级，VOS低于500µV (最大值)，增益误差低于±0.5% (最大值)。由于MAX8815A的反馈电压为1.265V，因此100mΩ检流电阻产生的LED电流为(1.265V/25)/0.1Ω ≈ 0.5A。

MAX9938T需要外接一个由两组10Ω/100nF构成的输入共模滤波器以滤除输入端的共模电压，此共模电压是由MAX8815A输出端的高频纹波引起的。MAX9938T输出端的200nF电容能够降低放大器的带宽，从而防止振荡。

该设计思路给出了一个元件数极少的方案，由于最大限度地降低了调节器和控制环路的功耗，该方案有效延长了电池使用寿命。