一種升壓型白光LED驅(qū)動(dòng)控制芯片的設(shè)計(jì)方案

4 無采樣電阻模式的設(shè)計(jì)

利用功率MOSFET的導(dǎo)通電阻Rds(on)作為采樣電阻的方法可以省去峰值電流采樣電阻Rs2,減少了不必要的功率損耗提高了整體的效率，同時(shí)減少了外圍的元器件和系統(tǒng)所占的空間，這種方式稱之為無采樣電阻模式。這種模式也存在一些問題：(1)當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，漏端的電壓可能會(huì)迅速升高，這就對(duì)電流峰值比較器提出了更高的抗高共模電壓的要求;(2)功率管的導(dǎo)通電阻會(huì)隨著電流和溫度的變化發(fā)生改變，會(huì)對(duì)設(shè)定的峰值電流閾值產(chǎn)生影響。對(duì)于一些特定的場(chǎng)合，第二個(gè)問題引入的誤差在可以允許的范圍內(nèi)時(shí)，這種模式還是有很好的應(yīng)用前景，對(duì)于高共模輸入最好最簡(jiǎn)單的方法就是在關(guān)斷的同時(shí)切斷輸入的途徑，通過合理的開關(guān)切換和延時(shí)電路來實(shí)現(xiàn)。

無采樣模式的系統(tǒng)圖見圖6。采樣端通過比較器與7V基準(zhǔn)比較判斷是否工作于無采樣電阻模式，通過邏輯電路決定峰值比較器的輸入(IEN)、輸出(SEN)控制信號(hào)。邏輯信號(hào)Gd、Gfb分別是驅(qū)動(dòng)邏輯的輸出信號(hào)和最終驅(qū)動(dòng)功率管柵極信號(hào)的反饋。

圖6 無采樣模式模塊框圖

5 芯片版圖與測(cè)試

5.1 芯片結(jié)構(gòu)與版圖

控制器的結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要模塊也標(biāo)注于圖中。

圖7 控制器芯片的模塊框圖

芯片有兩個(gè)基準(zhǔn)電路，基準(zhǔn)1用于欠壓鎖定比較器的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)2(VREF)是一個(gè)精確度更高的電壓基準(zhǔn)用于誤差放大器、比較器等模塊電路。供電模塊主要包括一個(gè)7V(INTVCC)輸出的低壓差電壓調(diào)節(jié)器和3V(VDD)輸出的電壓調(diào)節(jié)器。運(yùn)算放大器是芯片核心的模塊之一，SP、SN作為運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，OV采樣輸出電壓則是作為過壓或限壓的功能。其它諸如帶斜坡補(bǔ)償電路的振蕩器，分別用于開關(guān)管和調(diào)光管的驅(qū)動(dòng)電路，峰值電流以及過壓、過流比較器，邏輯單元電路等共同組成這個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器芯片系統(tǒng)。本文提出的升壓型LED驅(qū)動(dòng)控制芯片在1.5μm BCD的工藝下仿真并流片測(cè)試，芯片的輸入電壓范圍為3~15V,圖8為芯片的顯微照片。

圖8 控制器芯片的顯微照片

5.2 芯片測(cè)試

設(shè)計(jì)升壓型LED驅(qū)動(dòng)電路的PCB測(cè)試版進(jìn)行不同工作模式下的測(cè)試，其中的主要外圍元件參數(shù)為：電感L=47μH,輸出電容C=20μF,采樣電阻Rs1=300 mΩ，Rs2=50mΩ。當(dāng)輸入電壓為5V,輸出電壓大約為24V(7個(gè)LED串聯(lián))時(shí)，占空比超過80%.圖9為輸出典型波形圖。VOUT是輸出電壓，Iinduct是電感電流，Gate是功率管的驅(qū)動(dòng)電壓波形，在較大占空比時(shí)斜坡補(bǔ)償起到了很好的穩(wěn)定輸出的效果。

圖9 升壓型LED驅(qū)動(dòng)波形(占空比>80%)

圖10是PWM調(diào)光功能下的測(cè)試波形，輸入電壓為10V,輸出電壓為15V,調(diào)光的頻率為100Hz,調(diào)光比為3000:1.可以看到，LED的導(dǎo)通電流值幾乎不變，實(shí)現(xiàn)了前面所說的恒流PWM調(diào)光功能。

圖10 PWM調(diào)光模式波形(調(diào)光比3000:1)

對(duì)于選用的功率管的導(dǎo)通電阻Rds(on)=10mΩ(@VGS=7V)，直接利用該電阻替代電流峰值檢測(cè)電阻RS2,測(cè)試的條件：輸入電壓5V,輸出電壓15V,開關(guān)頻率fS=320kHz,測(cè)試結(jié)果如圖11所示。

圖11 無采樣電阻模式波形

在升壓型驅(qū)動(dòng)電路測(cè)試中成功實(shí)現(xiàn)了無采樣電阻模式和PWM調(diào)光模式，測(cè)試結(jié)果充分驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。

6 結(jié)束語

本文提出了一種可用于升壓型白光LED驅(qū)動(dòng)的控制器芯片，采用峰值電流控制模式，與以往的LED驅(qū)動(dòng)控制器相比，有高達(dá)3000:1調(diào)光比的PWM調(diào)光和傳統(tǒng)的模擬調(diào)光方式，并可直接采用無電阻采樣模式，提高了系統(tǒng)的效率。芯片在1.5μm BCD工藝下流片并進(jìn)行測(cè)試取得了理想的結(jié)果，驗(yàn)證了電路的設(shè)計(jì)和仿真均達(dá)到了要求。