基于降壓型LED恒流驅動(dòng)的滯環(huán)控制電路設計[圖]

本文設計了一款降壓型LED恒流驅動(dòng)芯片的滯環(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0.5μm 5V/18V/40V CDMOS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 電路設計與原理分析

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。

圖1 滯流控制模塊應用圖示

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。

圖2 滯流控制模塊內部模塊

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-IM1 R1；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′M1 R1，所以B點(diǎn)電壓的變化為ΔVB=VBH-VBL=Vref R1 R3/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。