LED恒流驅動(dòng)電路研究與設計

1 引言

　　近年來(lái)，LED顯示屏應用迅速發(fā)展，推動(dòng)LED驅動(dòng)IC的進(jìn)步?；趯?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/LED">LED的高可靠性以及亮度和色度一致性的考慮，通常要對LED進(jìn)行恒流驅動(dòng)。

　　用于LED顯示屏的恒流驅動(dòng)電路主要存在三個(gè)設計要點(diǎn)：①驅動(dòng)電流可通過(guò)單一外接電阻設定。②最大限度降低恒流工作電壓。這里，恒流工作電壓指使輸出電流恒定時(shí)的內部電路壓降，該壓降小則電路功耗低。③恒流輸出可由數字信號控制，響應速度要快，以滿(mǎn)足采用PWM技術(shù)動(dòng)態(tài)調光或高速掃描應用的需要。文中給出了一種使驅動(dòng)MOS管在線(xiàn)性區實(shí)現恒流的控制方法，且不需要在源極串聯(lián)反饋電阻，有效降低了恒流工作電壓。在此基礎上，給出了滿(mǎn)足以上三方面要求的完整控制電路。

　　2 恒流驅動(dòng)電路設計

　　恒流驅動(dòng)模塊是整個(gè)控制電路設計核心，決定整體電路的恒流特性。針對此模塊給出三種方案。具體電路結構如圖1所示。圖中電流I_rset只受控于外接電阻Rset，當Rset不變時(shí)，此電流恒定。Vcc是電路的外接電壓，用來(lái)為L(cháng)ED供電。

　　圖1 電路結構

2.1 基于MOS管飽和區恒流特性的恒流模塊

　　這種結構采用簡(jiǎn)單的恒流方式，常應用于大功率LED照明電路，結構如圖1（a）所示。電路利用M1實(shí)現恒流驅動(dòng)。外接電壓Vcc的增大使得M1進(jìn)入飽和區，利用運放保證M1柵電壓保持不變。工作于飽和區的M0與M1的共柵連接方式使得流經(jīng)它們的電流滿(mǎn)足線(xiàn)性比例關(guān)系且電流恒定，比例系數取決于兩者的寬長(cháng)比的比值。這種恒流模式完全依賴(lài)于MOS管的柵電壓并且恒流工作電壓（VDS1）至少要滿(mǎn)足M1管飽和導通，因此結構對于LED顯示電路來(lái)說(shuō)功耗大。

　　2.2 基于電流負反饋的恒流模塊

　　為減小電路功耗，采用負反饋結構實(shí)現恒流輸出。電路結構如圖1（b）。當電路由于某一原因導致M0的漏電流增加時(shí)，增加的電流通過(guò)R1作用反饋到運放的反相端，負反饋結構會(huì )使得M0的柵壓降低，使M0上漏電流減小，從而實(shí)現動(dòng)態(tài)平衡，保證M0的漏電流恒定不變，反之亦然。這樣的恒流方式降低了恒流工作電壓，電路功耗小。動(dòng)態(tài)平衡方式很好的實(shí)現了恒流輸出，恒流特性好。負反饋結構使得驅動(dòng)電流Iout與I_rset之間滿(mǎn)足線(xiàn)性比列關(guān)系，比例系數取決于R0與R1的阻值比。

　　該結構存在一些不足：①R1不宜過(guò)大，否則R1上壓降過(guò)高，產(chǎn)生較大功耗。②R1不宜過(guò)小，否則會(huì )導致反饋電壓過(guò)小，反饋電壓信噪比低，電路性能不穩定。R1設置在幾個(gè)歐姆為宜，對于電阻的精確要求使得版圖設計相對困難，對工藝的要求較高。③反饋電阻的存在就不可避免的在R1上產(chǎn)生一定的壓降，造成集成電路內部功耗的增加。

　　2.3 擬合工作區的恒流驅動(dòng)模塊

　　為避免反饋電阻存在的問(wèn)題，采用圖1（c）結構，負反饋取樣點(diǎn)在M1漏端。同時(shí)為最大限度的降低恒流工作電壓需實(shí)現MOS管在線(xiàn)性區可以恒流輸出。這種方式將線(xiàn)性區恒流輸出曲線(xiàn)與飽和區恒流輸出特性曲線(xiàn)擬合成一條曲線(xiàn)，得到驅動(dòng)電流的恒流輸出曲線(xiàn)恒流特性好，恒流工作電壓低。

　　MOS管漏電流ID在不同工作區滿(mǎn)足關(guān)系式：