即使是一個(gè)單純的無(wú)輸出電容的滯后Buck調(diào)節(jié)器，也不能滿足某些PWM調(diào)光系統(tǒng)的需要。這些應(yīng)用需要高PWM調(diào)光頻率和高對(duì)比度，這就分別需要快速信號(hào)轉(zhuǎn)換率和短延遲時(shí)間。對(duì)于機(jī)器視覺和工業(yè)檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)實(shí)例需要很高的性能，包括LCD板的背光和投影儀。在某些應(yīng)用中，PWM調(diào)光頻率必須超過(guò)音頻寬，達(dá)到25kHz或者更高。當(dāng)總調(diào)光周期降低到微秒級(jí)時(shí)，LED電流總上升和下降時(shí)間(包括傳輸延遲)，必須降低到納秒級(jí)。
讓我們來(lái)看看一個(gè)沒(méi)有輸出電容的快速Buck調(diào)節(jié)器。打開和關(guān)斷輸出電流的延遲來(lái)源于IC的傳輸延遲和輸出電感的物理性質(zhì)。對(duì)于真正的高速PWM調(diào)光，這兩個(gè)問(wèn)題都需要解決。最好的方法就是要用一個(gè)電源開關(guān)與LED鏈并聯(lián)(圖3)。要關(guān)掉LED，驅(qū)動(dòng)電流要經(jīng)過(guò)開關(guān)分流，這個(gè)開關(guān)就是一個(gè)典型的n-MOSFET。IC持續(xù)工作，電感電流持續(xù)流動(dòng)。這個(gè)方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)LED關(guān)閉的時(shí)候，電量被浪費(fèi)掉了，甚至在這個(gè)過(guò)程中，輸出電壓下降到電流偵測(cè)電壓。
?
圖3：分流電路及其波形。
用一個(gè)分流FET調(diào)光會(huì)引起輸出電壓快速偏移，IC的控制環(huán)必須回應(yīng)保持常電流的請(qǐng)求。就像邏輯針腳調(diào)光一樣，控制環(huán)越快，回應(yīng)越好，帶有滯環(huán)控制的Buck調(diào)節(jié)器就會(huì)提供最好的回應(yīng)。
用Boost和Buck-Boost的快速PWM
Boost調(diào)節(jié)器和任何Buck-Boost拓?fù)涠疾贿m合PWM調(diào)光。這是因?yàn)樵诔掷m(xù)傳導(dǎo)模式中(CCM)，每個(gè)調(diào)節(jié)器都展示了一個(gè)右半平面零，這就使它很難達(dá)到時(shí)鐘調(diào)節(jié)器需要的高控制環(huán)帶寬。右半平面零的時(shí)域效應(yīng)也使它更難在Boost或者Buck-Boost電路中使用滯后控制。
另外，Boost調(diào)節(jié)器不允許輸出電壓下降到輸入電壓以下。這個(gè)條件需要一個(gè)輸入端短電路并且使利用一個(gè)并聯(lián)FET實(shí)現(xiàn)調(diào)光變得不可能。。在Buck-Boost拓?fù)渲?，并?lián)FET調(diào)光仍然不可能或者不切實(shí)際，這是因?yàn)樗枰粋€(gè)輸出電容(SEPIC，Buck-Boost和flyback)，或者輸出短電路(Cuk和zeta)中的未受控制得輸入電感電流。當(dāng)需要真正快速PWM調(diào)光的時(shí)候，最好的解決方案是一個(gè)二級(jí)系統(tǒng)，它利用一個(gè)Buck調(diào)節(jié)器作為第二LED驅(qū)動(dòng)級(jí)。如果空間和成本不允許的時(shí)候，下一個(gè)最好的原則就是一個(gè)串聯(lián)開關(guān)(圖4)。
?
圖4：帶有串聯(lián)DIM開關(guān)的Boost調(diào)節(jié)器。
LED電流可以被立即切斷。另外，必須要特別考慮系統(tǒng)回應(yīng)。這樣一個(gè)開路事實(shí)上是一個(gè)快速外部退荷暫態(tài)，它斷開了反饋環(huán)，引起了調(diào)節(jié)器輸出電壓的的上升。為了避免因?yàn)檫^(guò)壓失敗，我們需要輸出鉗制電路和/或誤差放大器。這種鉗制電路很難用外部電路實(shí)現(xiàn)，因此，串聯(lián)FET調(diào)光只能用專用Boost/Buck-Boost LED驅(qū)動(dòng)IC來(lái)實(shí)現(xiàn)。
總而言之，LED光源的單純控制需要設(shè)計(jì)的初始階段就要非常小心。光源越復(fù)雜，就越要用PWM調(diào)光。這就需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者謹(jǐn)慎思考LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)?。Buck調(diào)節(jié)器為PWM調(diào)光提供了很多優(yōu)勢(shì)。如果調(diào)光頻率必須很高或者信號(hào)轉(zhuǎn)換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調(diào)節(jié)器就是最好的選擇。