LED恒流驅動(dòng)電路研究與設計

　　當V DS 《 VGS - V THN時(shí)， MOS 管處于線(xiàn)性區：

　　若某一原因導致運放同相端輸入電壓增大，會(huì )使得M0柵電壓增加。而I_rset對于固定的外設電阻是恒定的，故M0的漏電壓減小，從而M1的柵電壓減小，漏電壓增加，即運放的反相端電壓也隨之增加，反之亦然。這一結構保證運放的同相端和反相端輸入電壓始終保持相等，即保證M1和M2的漏電壓相等。同時(shí)M1和M2的共柵連接方式使得兩者的柵電壓相等。由式（1）、（2）可以看出，只要保證M1和M2的柵、漏電壓均相等，驅動(dòng)電流Iout與I_rset就會(huì )滿(mǎn)足一個(gè)線(xiàn)性的比例關(guān)系，比例系數依賴(lài)于M1和M2的寬長(cháng)比的比值。而對于一個(gè)固定的外設電阻，I_rset是固定不變的，電路可以利用此關(guān)系在M2尚處于線(xiàn)性區時(shí)就可以恒流輸出，顯著(zhù)的降低恒流輸出的工作電壓。這一結構要求電路中的運放的線(xiàn)性區的工作范圍寬，即保證在M2處于線(xiàn)性區時(shí)，運放一直能夠正常放大，保證M1和M2的漏源電壓相等。當同相端的增加量使得運算放大器已經(jīng)進(jìn)入到飽和區時(shí)，盡管反饋結構不再起作用，但M2已經(jīng)可以利用飽和區恒流特性實(shí)現恒流輸出，I_reST不變使得飽和區的恒流值與線(xiàn)性區一致，兩個(gè)工作區的曲線(xiàn)擬合在一起，形成最終的恒流輸出曲線(xiàn)。

　　三種結構的恒流工作電壓和驅動(dòng)電流最大誤差如表1所示。三種結構的I_rset均是同一簡(jiǎn)單電流鏡產(chǎn)生的1mA電流，驅動(dòng)電流與I_rset的比例關(guān)系均設置為1：50，外接電壓的工作范圍均為0V~5V.

　　表1 三種結構恒流工作電壓及驅動(dòng)電流最大誤差比較

　　可以看出，圖1中（c）的結構可以實(shí)現顯著(zhù)降低恒流工作電壓的目的?？傮w電路中的恒流驅動(dòng)模塊采用該結構。

　　LED恒流驅動(dòng)的總體電路如圖2所示，圖中控制電路部分用于控制是否有恒流輸出。ctr信號是外接PWM數字信號，可以實(shí)現對LED的調光控制。

　　整個(gè)控制模塊利用施密特觸發(fā)器實(shí)現電平的準確翻轉，通過(guò)邏輯門(mén)作用于MC8、MC9.這兩個(gè)MOS管在控制信號發(fā)生翻轉時(shí)迅速將電平拉高或拉低，實(shí)現了對控制信號控制功能的加速作用，電路的響應速度快。當ctr信號為高時(shí)輸出禁止，ctr信號為低時(shí)輸出允許，從而實(shí)現利用外部的PWM信號實(shí)現調光功能。I_rset產(chǎn)生電路要實(shí)現通過(guò)外設電阻Rset對I_rest大小的控制，并且對與固定的Rset可以恒流輸出。利用帶隙電壓源產(chǎn)生一個(gè)基準電壓，利用運放實(shí)現基準電壓到基準電流的轉換。將運放的反相端連接到外設電阻Rset就實(shí)現了轉換的電流大小受控于Rset.通過(guò)后續電路將電流適當放大，最終給出I_rset.總體電路利用確立好的恒流驅動(dòng)模塊實(shí)現恒流輸出。

　　圖2 恒流驅動(dòng)電路總圖

3 仿真測試結果

　　采用圖2電路結構，基于CSMC0.5umBCD工藝庫進(jìn)