摘要：本文主要探讨基于微控制器的led驱动器。它考察了以微控制器作为系统核心所能采用的各种不同拓扑结构。它还详细讨论了各种拓扑的权衡，着重于它们的主要特性和局限：通讯、电压和电流容量、调光技术，以及开关速度等。
什么是高亮度led，它需要用什么来驱动？
高亮度发光二极管（hi-led）是一种半导体设备，只允许电流按一个方向流动。它是由两种半导体材料结合后所形成的pn结构成的。高亮度led与标准led的差别在于它们的输出功率。传统led的输出功率一般都限定在50毫瓦以内，而高亮度led可达1-5瓦。
图1显示了hi-led内部电压与电流的典型关系。在正向电压 （vf）超出内部门槛电压前，hi-led上几乎没有正向电流（if）流过。如果vf进一步升高，曲线将以线性斜率突然快速上升，形成一个形似膝盖的曲线。
led的输出亮度与正向电流成正比，因此，如果if未得到适当控制，输出亮度就可能出现无法接受的变化。另外，如果超过制造商规定的最大if限制，还可能严重缩短led的使用寿命。
高亮度led应该由电子驱动器进行控制，这些电子驱动器的主要功能是构成一个恒定的电流源。采用本文后面介绍的技术，这些电路可以提供发光度控制，在某些情况下还可以对温度变化进行补偿。
为确保系统所提供色彩的一致性，hi-led的制造商建议以恒定的标称电流的脉冲输出对led进行亮度调节。
简单拓扑及其权衡
设计高亮度led驱动器面临的挑战是构造一个控制良好的、可编程的、稳定的电流源，而且还有较高的效率。
1、使用串联电阻器（线性法）
调节电流的最简单方式就是加一个串联电阻器，如图2a所示。其优点在于成本低、实施简单，而且不会由于开关而产生噪音。不幸的是，这种拓扑有两个主要缺陷：第一，电阻器上的大量损耗导致系统效率降低；其次，它不能改变发光度。而且，这种方案需要用稳压源来得到恒定的电流。举个例子，如果我们假设vdd是5伏，而led的vf是3.0伏，那么如果需要产生350毫安的恒定电流，您将需要：r=v/i，此时r=（5v-3.0v）/350ma=5.7ω。
可以看到，采用这些值，r将消耗r×i2即0.7瓦（几乎相当于led的功率），因此总体效率就不可避免地低于50％。
这种方法假定有恒定的vdd和恒定的vf。实际上，vf会随着温度的变化而变化，使得电流也发生变化。采用较高的vdd可以将由vf引起的总体电流变动降至最低，但是会在电阻器上产生巨大损耗，从而进一步降低效率。
当我们构造了一个流过led的恒定电流后，就需要找到某种方法来设置不同的发光度。我们知道这些led总是需要以其标称电流来驱动的，所以我们可以用可编程的占空比来通断电流，从而实现对发光度的控制。这样就需要一个开关，如图2b所示。
图2. led驱动器拓扑
图3. led和开关电流
2、采用线性电流源
加上一个晶体管和/或一个运算放大器，可以把电流非常精确地设置为350毫安。不幸的是，总体效率和r的功率损耗问题依旧。
3、采用低端开关（开关模式法）
图2c显示了这一概念。如图3所示，通过允许电感器l上的电流在开关导通时上升，在开关断开时下降，我们可以调节流经led的电流。同任何感性负载一样，当开关断开时，我们需要为电流提供一条通路。这可以通过图2d中的续流二极管来实现，图中我们用n通道mosfet来代替开关，并且加上电阻器r用以测量流经led的电流。
当电流降至低电流阈值（如300ma）时，开关将导通，而当电流升至高电流阈值（如400ma）时，开关将断开。
此例中开关置于低端（该方法因此得名），实现方法非常简单。导通fet只需在其门极上加5v电压，这可以由微控制器的一个输出口直接提供。而且，这种拓扑不再需要恒定的vdd电压，即使输入电压在波动，也能维持调节电流。
电流感应电阻r必须位于电路的“高端”部分。如果把它连到mosfet的源极，就只能测得开关导通时led上电流，不能用来调节另一个阈值了，参见图3。
这种拓扑看起来像是升压转换器的前端，它具有使用n通道、低成本fet的优势，但需要在r两端进行电压差分测量，以获取流经led的电流。 请注意开关实际上提供了两种功能：首先，它使得在电感器上产生可调节的电流；其次，它允许发光度调节。
4、采用高端开关
除了负载和晶体管交换位置，这个电路与前面的完全相同。图2e中显示的开关就位于“高端”。我们还把fet从n通道变成p通道。n通道fet要求vgs〉5v以完全导通：在本拓扑中，n通道的源极电压会不断变化，而且经常在3伏以上，所
