一種電流模式PFM型LED驅(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)

LED是繼白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈之后的人類第四次照明方式的*。它具有色彩還原好、響應(yīng)速度快、節(jié)能、安全、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于日光燈、室內(nèi)照明與裝飾、路燈、舞臺(tái)燈、顯示屏、背光源、指示燈等。隨著LED發(fā)光效率的不斷提升，LED在應(yīng)用上呈現(xiàn)多層次的變化，現(xiàn)已廣泛用于汽車電子、移動(dòng)設(shè)備、LCD背光及通用照明等領(lǐng)域。

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

　　1 芯片結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　基于開關(guān)電源的市場(chǎng)需要，本文設(shè)計(jì)了一款LED照明驅(qū)動(dòng)芯片，圖1所示是基于0.5μm CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)計(jì)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(zhǔn)電壓源結(jié)構(gòu)。該芯片采用脈頻調(diào)制方式，通過(guò)設(shè)計(jì)電阻-電容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的固定關(guān)斷時(shí)間功能，這種電路結(jié)構(gòu)避免了采用斜坡補(bǔ)償技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)電路的PFM調(diào)制的同時(shí)也簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了芯片效率。該芯片內(nèi)部包括振蕩器、PFM控制電路、基準(zhǔn)電壓源、偏置電路、RS觸發(fā)器、過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路及驅(qū)動(dòng)電路等核心模塊。

圖1 芯片電路結(jié)構(gòu)

　　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(fù)載變化情況反饋到芯片內(nèi)部。反饋信號(hào)先經(jīng)過(guò)低通濾波器，把高頻開關(guān)噪音濾掉，再以電流形式輸入到Current COMP模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生控制R-S觸發(fā)器R端的信號(hào)，然后和Oscillator PFM Regulator模塊產(chǎn)生的S端信號(hào)共同控制驅(qū)動(dòng)電路，最后驅(qū)動(dòng)功率MOFFET來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的PFM調(diào)節(jié)。除此之外，Error AMP模塊、AMP模塊及Voltage COMP三模塊則構(gòu)成過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)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(cè)，并使反饋電壓與恒定基準(zhǔn)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(hào)，并強(qiáng)制關(guān)斷功率管。這種前饋保護(hù)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(xiǎn)，可對(duì)電路起到可靠的保護(hù)作用。而Low Voltage Lockout保護(hù)模塊可在輸入電壓低于正常工作電壓2.5V情況下強(qiáng)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(shè)計(jì)

　　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(jié)構(gòu)