大功率LED驅動(dòng)電路設計與仿真

　　在本課題中帶隙基準源、誤差放大器、比較器等模塊都用到了運算放大器。為了滿(mǎn)足這些模塊的要求，運算放大器設計為工作電壓為5V，工作溫度范圍為-40~80℃，增益大于90dB,輸出擺幅大于1.5V，相位裕度為60?。通過(guò)對上述條件進(jìn)行分析，可以選擇折疊式共源共柵電路和一個(gè)簡(jiǎn)單放大器級聯(lián)的二級運放結構來(lái)設計所需的電路。這樣可以在較高的增益下，保證其他參數的實(shí)現。由于兩級運放往往會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)低頻極點(diǎn)，所以采用米勒補償來(lái)做頻率補償^[2]。電路圖如圖3所示。

　　完成運算放大器的基本電路設計之后，下面就得考慮共源共柵管和電流鏡的柵端偏置電壓從何來(lái)，即偏置電路。偏置電路可以保證所有MOS管在整個(gè)工作范圍內，工作于飽和區，不會(huì )出現線(xiàn)性失真。本設計中采用電壓偏置方法，偏置電路如圖4所示。

　　經(jīng)過(guò)調整各MOS管的寬長(cháng)比，經(jīng)過(guò)多次仿真優(yōu)化，得到的結果為增益達到95.5dB，單位增益帶寬約為36.5MHz，相位裕度為63?，基本滿(mǎn)足設計要求。仿真結果如圖5所示。

　　帶隙基準電壓源的設計

　　電壓基準是模擬電路設計中不可缺少的一個(gè)單元模塊，它為系統提供直流參考電壓，這個(gè)電壓的要求必須是具有確定溫度特性，并且與電源和工藝無(wú)關(guān)。在大多數應用中，所要求的溫度關(guān)系采取下面三種形式中的一種^[3]：

　　(1)與絕對溫度成正比(PTAT);

　　(2)常數(Gm)特性，也就是，一些晶體管的跨導保持常數;

　　(3)與溫度無(wú)關(guān)。

　　在芯片內部產(chǎn)生基準電源的方法很多，可用有源分壓器，電阻器件分壓帶隙基準電壓等方法實(shí)現。其中帶隙基準是公認的電壓性能和溫度性能最好的基準電壓產(chǎn)生方法。下面我們就對帶隙基準電壓源的基本原理進(jìn)行研究，并且設計出一個(gè)滿(mǎn)足芯片需求的帶隙基準電壓源。

　　帶隙電壓源的基本原理是將兩個(gè)擁有相反溫度系數的電壓以合適的權重相加，最終獲得具有零溫度系數的基準電壓^[4]。

　　正溫度系數電壓的獲?。喝绻麅蓚€(gè)同樣的晶體管偏置的集電極電流分別為nI₀和I₀，并且忽略它們的基極電流，電路如圖6所示。

　　圖7給出了一個(gè)常用的帶隙基準電壓源的電路圖。