一種升壓型白光LED驅動(dòng)控制芯片的設計方案

4 無(wú)采樣電阻模式的設計

利用功率MOSFET的導通電阻Rds(on)作為采樣電阻的方法可以省去峰值電流采樣電阻Rs2,減少了不必要的功率損耗提高了整體的效率，同時(shí)減少了外圍的元器件和系統所占的空間，這種方式稱(chēng)之為無(wú)采樣電阻模式。這種模式也存在一些問(wèn)題：(1)當MOSFET關(guān)斷時(shí)，漏端的電壓可能會(huì )迅速升高，這就對電流峰值比較器提出了更高的抗高共模電壓的要求;(2)功率管的導通電阻會(huì )隨著(zhù)電流和溫度的變化發(fā)生改變，會(huì )對設定的峰值電流閾值產(chǎn)生影響。對于一些特定的場(chǎng)合，第二個(gè)問(wèn)題引入的誤差在可以允許的范圍內時(shí)，這種模式還是有很好的應用前景，對于高共模輸入最好最簡(jiǎn)單的方法就是在關(guān)斷的同時(shí)切斷輸入的途徑，通過(guò)合理的開(kāi)關(guān)切換和延時(shí)電路來(lái)實(shí)現。

無(wú)采樣模式的系統圖見(jiàn)圖6。采樣端通過(guò)比較器與7V基準比較判斷是否工作于無(wú)采樣電阻模式，通過(guò)邏輯電路決定峰值比較器的輸入(IEN)、輸出(SEN)控制信號。邏輯信號Gd、Gfb分別是驅動(dòng)邏輯的輸出信號和最終驅動(dòng)功率管柵極信號的反饋。

圖6 無(wú)采樣模式模塊框圖

5 芯片版圖與測試

5.1 芯片結構與版圖

控制器的結構如圖7所示，主要模塊也標注于圖中。

圖7 控制器芯片的模塊框圖

芯片有兩個(gè)基準電路，基準1用于欠壓鎖定比較器的基準，基準2(VREF)是一個(gè)精確度更高的電壓基準用于誤差放大器、比較器等模塊電路。供電模塊主要包括一個(gè)7V(INTVCC)輸出的低壓差電壓調節器和3V(VDD)輸出的電壓調節器。運算放大器是芯片核心的模塊之一，SP、SN作為運算放大器的兩個(gè)輸入端，OV采樣輸出電壓則是作為過(guò)壓或限壓的功能。其它諸如帶斜坡補償電路的振蕩器，分別用于開(kāi)關(guān)管和調光管的驅動(dòng)電路，峰值電流以及過(guò)壓、過(guò)流比較器，邏輯單元電路等共同組成這個(gè)驅動(dòng)控制器芯片系統。本文提出的升壓型LED驅動(dòng)控制芯片在1.5μm BCD的工藝下仿真并流片測試，芯片的輸入電壓范圍為3~15V,圖8為芯片的顯微照片。

圖8 控制器芯片的顯微照片

5.2 芯片測試

設計升壓型LED驅動(dòng)電路的PCB測試版進(jìn)行不同工作模式下的測試，其中的主要外圍元件參數為：電感L=47μH,輸出電容C=20μF,采樣電阻Rs1=300 mΩ，Rs2=50mΩ。當輸入電壓為5V,輸出電壓大約為24V(7個(gè)LED串聯(lián))時(shí)，占空比超過(guò)80%.圖9為輸出典型波形圖。VOUT是輸出電壓，Iinduct是電感電流，Gate是功率管的驅動(dòng)電壓波形，在較大占空比時(shí)斜坡補償起到了很好的穩定輸出的效果。

圖9 升壓型LED驅動(dòng)波形(占空比>80%)

圖10是PWM調光功能下的測試波形，輸入電壓為10V,輸出電壓為15V,調光的頻率為100Hz,調光比為3000:1.可以看到，LED的導通電流值幾乎不變，實(shí)現了前面所說(shuō)的恒流PWM調光功能。

圖10 PWM調光模式波形(調光比3000:1)

對于選用的功率管的導通電阻Rds(on)=10mΩ(@VGS=7V)，直接利用該電阻替代電流峰值檢測電阻RS2,測試的條件：輸入電壓5V,輸出電壓15V,開(kāi)關(guān)頻率fS=320kHz,測試結果如圖11所示。

圖11 無(wú)采樣電阻模式波形

在升壓型驅動(dòng)電路測試中成功實(shí)現了無(wú)采樣電阻模式和PWM調光模式，測試結果充分驗證了設計方案的可行性。

6 結束語(yǔ)

本文提出了一種可用于升壓型白光LED驅動(dòng)的控制器芯片，采用峰值電流控制模式，與以往的LED驅動(dòng)控制器相比，有高達3000:1調光比的PWM調光和傳統的模擬調光方式，并可直接采用無(wú)電阻采樣模式，提高了系統的效率。芯片在1.5μm BCD工藝下流片并進(jìn)行測試取得了理想的結果，驗證了電路的設計和仿真均達到了要求。