LED照明驅動(dòng)芯片結構及其工作原理

　　LED是繼白熾燈、熒光燈、節能燈之后的人類(lèi)第四次照明方式的*。它具有色彩還原好、響應速度快、節能、安全、環(huán)保、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應用于日光燈、室內照明與裝飾、路燈、舞臺燈、顯示屏、背光源、指示燈等。隨著(zhù)LED發(fā)光效率的不斷提升，LED在應用上呈現多層次的變化，現已廣泛用于汽車(chē)電子、移動(dòng)設備、LCD背光及通用照明等領(lǐng)域。

　　伴隨著(zhù)LED的廣泛應用，LED驅動(dòng)IC的需求也迅猛增長(cháng)，LED驅動(dòng)IC主要用于為L(cháng)ED提供高效和持久的驅動(dòng)。它除了為L(cháng)ED提供簡(jiǎn)單的控制與驅動(dòng)外，一般還具有智能管理功能，從而實(shí)現高性能、高效率和各種管理及保護功能。驅動(dòng)IC的需求和LED的應用密不可分，LED的應用和技術(shù)發(fā)展，也推動(dòng)了驅動(dòng)IC的發(fā)展。反過(guò)來(lái)，驅動(dòng)技術(shù)又是提升LED照明應用水平的關(guān)鍵所在。因此，如何設計出效率更高，功能更強，結構更優(yōu)的LED驅動(dòng)IC，將是集成電路設計的新一輪挑戰。

　　1 芯片結構及其工作原理

　　基于開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)需要，本文設計了一款LED照明驅動(dòng)芯片，圖1所示是基于0.5μm CMOS標準工藝設計出的一種不隨溫度、電源電壓以及工藝變化的高電源抑制比的基準電壓源結構。該芯片采用脈頻調制方式，通過(guò)設計電阻-電容網(wǎng)絡(luò )結構來(lái)實(shí)現電路的固定關(guān)斷時(shí)間功能，這種電路結構避免了采用斜坡補償技術(shù)，在實(shí)現電路的PFM調制的同時(shí)也簡(jiǎn)化了電路結構，提高了芯片效率。該芯片內部包括振蕩器、PFM控制電路、基準電壓源、偏置電路、RS觸發(fā)器、過(guò)壓、欠壓保護電路及驅動(dòng)電路等核心模塊。

圖1 芯片電路結構

　　工作時(shí)，該芯片通過(guò)一個(gè)功率MOSFET和一采樣電阻來(lái)將負載變化情況反饋到芯片內部。反饋信號先經(jīng)過(guò)低通濾波器，把高頻開(kāi)關(guān)噪音濾掉，再以電流形式輸入到Current COMP模塊進(jìn)行調節，以產(chǎn)生控制R-S觸發(fā)器R端的信號，然后和Oscillator PFM Regulator模塊產(chǎn)生的S端信號共同控制驅動(dòng)電路，最后驅動(dòng)功率MOFFET來(lái)實(shí)現電路的PFM調節。除此之外，Error AMP模塊、AMP模塊及Voltage COMP三模塊則構成過(guò)流保護電路，當流過(guò)外部電路的電流過(guò)大時(shí)，通過(guò)外部電阻的電流檢測，并使反饋電壓與恒定基準電壓作比較，再將兩者差值比較放大，以產(chǎn)生控制RS鎖存器CtR端的信號，并強制關(guān)斷功率管。這種前饋保護模式可有效降低電流過(guò)大時(shí)燒毀功率管和LED燈的風(fēng)險，可對電路起到可靠的保護作用。而Low Voltage Lockout保護模塊可在輸入電壓低于正常工作電壓2.5V情況下強制關(guān)斷芯片，從而防止芯片在低電壓下工作，提高電源的利用效率。

　　2 芯片主要電路模塊設計

　　2.1 自偏置電路

　　圖2所示電路為該IC的自偏置電路，芯片自行啟動(dòng)將提供兩個(gè)偏置，分別為N管偏置和P管偏置，從而為各個(gè)模塊提供偏置電壓。

圖2 偏置電路結構