本文設計了一款降壓型LED恒流的滯環(huán)控制電路。該芯片采用高邊電流檢測方案，運用滯環(huán)電流控制方法對驅動(dòng)電流進(jìn)行滯環(huán)控制，從而獲得恒定的平均驅動(dòng)電流。設計采用簡(jiǎn)單的設計理念實(shí)現恒流驅動(dòng)，不需要復雜的電路分析，能實(shí)現精 確的電流控制，且自身具有穩定性。芯片采用0.5μm5V/18V/40VCDMOS工藝研制，電源電壓范圍為4.5V~28V，工作溫度-40℃~125℃，可為L(cháng)ED提供恒定的350mA驅動(dòng)電流，通過(guò)調節外部檢測電阻，可調節恒定LED驅動(dòng)電流。外部提供DIM信號，通過(guò)DIM的占空比來(lái)調節LED的亮度。Hspice仿真結果顯示：LED驅動(dòng)電流為滯環(huán)變化的三角波，恒流精度小于6.2%。

1 引言

目前，LED的驅動(dòng)方式有恒壓和恒流驅動(dòng)兩種，其中，恒流驅動(dòng)是常用方式。恒流驅動(dòng)消除溫度和工藝等因素引起正向電壓變化所導致的電流變化，保證恒定的LED亮度。在LED恒流驅動(dòng)控制模式中，滯環(huán)電流控制模式具有諸多優(yōu)點(diǎn)：結構簡(jiǎn)單、自穩定、不易因噪聲而發(fā)生不穩定振蕩等，使用日益廣泛。MAXIM公司的MAXIM16819就是LED恒流驅動(dòng)芯片。

文中實(shí)現了一種簡(jiǎn)單的滯流控制模塊，通過(guò)模塊內部自建滯環(huán)比較電壓，結合DIM控制端的PWM信號控制功率開(kāi)關(guān)管的通斷，實(shí)現對LED的恒流控制。

2 與原理分析

2.1 滯環(huán)控制原理

滯流控制模塊應用如圖1所示，LED驅動(dòng)電流的變化反應在檢測電阻RSENSE兩端的壓差變化上。本設計中，檢測電阻設為0.5Ω，較小的檢測電阻有利于降低功耗和保持較高的轉換效率。滯環(huán)電流控制模塊內部自建兩個(gè)電壓閾值，檢測電壓Vcs與閾值電壓進(jìn)行比較，比較結果和DIM調光信號相與來(lái)控制功率開(kāi)關(guān)管的通斷。

使用PWM調光，在減少電流占空周期內給LED提供完整電流，例如要將亮度減半，只需在50%的占空周期內提供完整的電流。通常PWM調光信號的頻率會(huì )超過(guò)100Hz，以確保這個(gè)脈沖電流不會(huì )被人眼所察覺(jué)。

滯流控制模塊內部電路如圖2所示，當DIM信號為高電平期間，當Vcs大于上電壓閾值時(shí)，控制電路輸出低電平，關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)管。由LED、電感L、續流二極管D和RSENSE組成的回路使得電感繼續為L(cháng)ED提供電流，電感電流逐漸減小，使得檢測電壓Vcs隨之減??；當Vcs小于下閾值電壓時(shí)，控制電路輸出高電平，導通功率開(kāi)關(guān)管，此時(shí)D截止，形成從電源經(jīng)RSENSE、LED、L和功率開(kāi)關(guān)管到地的回路，電源為電感L充電，電感電流上升，檢測電壓Vcs隨之升高。Vcs大于上電壓閾值時(shí)，控制電路關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，重復上個(gè)周期的動(dòng)作，這樣就完成了對LED驅動(dòng)電流的滯環(huán)電流控制，使得流過(guò)LED的驅動(dòng)電流，也就是電感電流的平均值恒定。

2.2 滯環(huán)比較電壓產(chǎn)生電路

4.5V~28V的輸入電壓經(jīng)調整轉換為5V的恒定電壓Vcc為后續電路供電。如圖3所示，A點(diǎn)電位受運算放大器控制，將等于參考電壓1.2V，假設輸出Vout為高電平，則M2導通，流過(guò)M1的電流為IM1=Vref/R2，B點(diǎn)的電壓為VBL=Vin-IM1R1;當Vout為低電平，M2截止，流過(guò)M1的電流變?yōu)镮′M1=Vref/（R2+R3），B點(diǎn)電壓升高為VBH=Vin-I′M1R1，所以B點(diǎn)電壓的變化為ΔVB=VBH-VBL=VrefR1R3/R2（R2+R3），這意味著(zhù)Vout由高電平變成低電平時(shí)在B點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)滯環(huán)電壓，可見(jiàn)該滯環(huán)電壓與輸入電壓無(wú)關(guān)，只由參考電壓Vref和電阻大小決定，通過(guò)選擇各電阻的阻值便可設定滯環(huán)電壓的大小。

2.3 運放實(shí)現電路

以上分析可知運算放大器起著(zhù)重要作用，其必須具有較高的增益，才能使A點(diǎn)電壓精 確跟隨參考電壓，從而準確設定B點(diǎn)電平和滯環(huán)電壓大小。另外由于Vout的變化頻率與系統開(kāi)關(guān)頻率相同（系統的zui大開(kāi)關(guān)頻率約為2MHz），使得流過(guò)M1的電流也相同頻率在IM1和I′M1之間快速切換，所以運放的單位增益帶寬須大于系統的zui大開(kāi)關(guān)頻率。設計的運放結構如圖4所示，采用折疊式輸入結構，可以獲得較大的共模輸入電壓范圍。

由運放的頻率特性仿真圖5可知，增益達到84.266dB，相位裕度108°，單位增益帶寬約12MHz，滿(mǎn)足電路要求。

2.4 平均驅動(dòng)電流設定

運放將點(diǎn)A電位鉗位于帶隙電壓基準上。由M7-M8、M6-M9組成的級聯(lián)電流鏡將偏置電流I1鏡像到M8-M9-R5所在支路，所以Compara2tor模塊的一個(gè)輸入端電壓Vn保持一定，另一輸入端電壓Vp將跟隨檢測電壓Vcs變化。當比較器輸出Vout為高電平（開(kāi)關(guān)管導通）時(shí)，B點(diǎn)電壓為VBL即下限閾值檢測電壓VCSMIN，當Vcs下降到此閾值時(shí)，由M6~M11組成的對稱(chēng)電路結構使流過(guò)R5、R6的電流相等，此時(shí)Vn=Vp.若Vcs

3 仿真結果分析

文中電路采用0.5μm5V/18V/40VCDMOS工藝，用HspiceZ-2007.03進(jìn)行仿真。在脈沖寬度為200μs、周期為300μs的DIM信號和Vin=12V（典型值）的共同作用下，仿真結果如圖6所示。

分別在Vin=2.5V，Vin=28V的情況下，再次對LED驅動(dòng)電流進(jìn)行仿真，三次仿真數據結果分別如表1所示。

在Vin=12V時(shí)，對LED驅動(dòng)電流進(jìn)行溫度特性仿真，三次仿真波形結果分別如表2所示?？梢钥闯?，芯片的溫度特性較好。

由于系統的固定延時(shí)τ對電流的紋波存在影響，實(shí)際的驅動(dòng)電流峰值是IMAX+τoffdi/dt，電流谷值是IMIN-τONdi/dt，τoff為從驅動(dòng)電流大于設定值到功率開(kāi)關(guān)關(guān)閉的系統延時(shí)，τon為從驅動(dòng)電流小于設定值到功率開(kāi)關(guān)導通的系統延時(shí)，di/dt是電感電流變化率。則電感若取較大值，對驅動(dòng)電流平均值影響不大，但可以減小電流紋波，反之，這是以增加外部電感體積為代價(jià)的。

電路可達很高的效率，一方面檢測電阻中的功耗會(huì )導致電源功率耗散，但本設計中RSENSE=0.5Ω，則PRSENSE相當小，另一方面，系統效率定義為L(cháng)ED消耗的功率與電源提供的功率之比，即η=PLED/PPOWER.其中，PPOWER=Vin3Ivin，PLED=VLED*，從仿真可知，Ivin的平均值遠遠小于，所以系統的效率可以達到非常高。

4 結束語(yǔ)

文中設計了一款適用于降壓型LED恒流的滯環(huán)控制電路。采用高邊電流檢測方案，運用滯環(huán)電流控制方法對驅動(dòng)電流進(jìn)行滯環(huán)控制，從而獲得恒定的平均驅動(dòng)電流，通過(guò)調節外部檢測電阻，可調節恒定LED驅動(dòng)電流。芯片采用015μm5V/18V/40V CDMOS工藝，電源電壓范圍為4.5V~28V，可為L(cháng)ED提供約恒定的350mA驅動(dòng)電流，溫度特性-40℃~125℃，可達到相當高的效率。當Vin從4.5V變化到28V時(shí)，平均驅動(dòng)電流變化22mA，zui大恒流精度為6.2%。