基于降壓型LED恒流驅(qū)動(dòng)的滯環(huán)控制電路設(shè)計(jì)[圖]

本文設(shè)計(jì)了一款降壓型LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片的滯環(huán)控制電路。該芯片采用高邊電流檢測方案，運(yùn)用滯環(huán)電流控制方法對驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行滯環(huán)控制，從而獲得恒定的平均驅(qū)動(dòng)電流。設(shè)計(jì)采用簡單的設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)，不需要復(fù)雜的電路分析，能實(shí)現(xiàn)精確的電流控制，且自身具有穩(wěn)定性。芯片采用0.5μm 5V/18V/40V CDMOS工藝研制，電源電壓范圍為4.5V~28V，工作溫度-40℃~125℃，可為LED提供恒定的350mA驅(qū)動(dòng)電流，通過調(diào)節(jié)外部檢測電阻，可調(diào)節(jié)恒定LED驅(qū)動(dòng)電流。外部提供DIM信號，通過DIM的占空比來調(diào)節(jié)LED的亮度。Hspice仿真結(jié)果顯示：LED驅(qū)動(dòng)電流為滯環(huán)變化的三角波，恒流精度小于6.2%。

1 引言

目前，LED的驅(qū)動(dòng)方式有恒壓和恒流驅(qū)動(dòng)兩種，其中，恒流驅(qū)動(dòng)是常用方式。恒流驅(qū)動(dòng)消除溫度和工藝等因素引起正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化，保證恒定的LED亮度。在LED恒流驅(qū)動(dòng)控制模式中，滯環(huán)電流控制模式具有諸多優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、自穩(wěn)定、不易因噪聲而發(fā)生不穩(wěn)定振蕩等，使用日益廣泛。MAXIM公司的MAXIM16819就是LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片。

文中實(shí)現(xiàn)了一種簡單的滯流控制模塊，通過模塊內(nèi)部自建滯環(huán)比較電壓，結(jié)合DIM控制端的PWM信號控制功率開關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)對LED的恒流控制。

2 電路設(shè)計(jì)與原理分析

2.1 滯環(huán)控制原理

滯流控制模塊應(yīng)用如圖1所示，LED驅(qū)動(dòng)電流的變化反應(yīng)在檢測電阻RSENSE兩端的壓差變化上。本設(shè)計(jì)中，檢測電阻設(shè)為0.5Ω，較小的檢測電阻有利于降低功耗和保持較高的轉(zhuǎn)換效率。滯環(huán)電流控制模塊內(nèi)部自建兩個(gè)電壓閾值，檢測電壓Vcs與閾值電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果和DIM調(diào)光信號相與來控制功率開關(guān)管的通斷。

圖1 滯流控制模塊應(yīng)用圖示

使用PWM調(diào)光，在減少電流占空周期內(nèi)給LED提供完整電流，例如要將亮度減半，只需在50%的占空周期內(nèi)提供完整的電流。通常PWM調(diào)光信號的頻率會(huì)超過100Hz，以確保這個(gè)脈沖電流不會(huì)被人眼所察覺。

滯流控制模塊內(nèi)部電路如圖2所示，當(dāng)DIM信號為高電平期間，當(dāng)Vcs大于上電壓閾值時(shí)，控制電路輸出低電平，關(guān)閉功率開關(guān)管。由LED、電感L 、續(xù)流二極管D和RSENSE組成的回路使得電感繼續(xù)為LED提供電流，電感電流逐漸減小，使得檢測電壓Vcs隨之減?。划?dāng)Vcs小于下閾值電壓時(shí)，控制電路輸出高電平，導(dǎo)通功率開關(guān)管，此時(shí)D截止，形成從電源經(jīng)RSENSE、LED、L和功率開關(guān)管到地的回路，電源為電感L充電，電感電流上升，檢測電壓Vcs隨之升高。Vcs大于上電壓閾值時(shí)，控制電路關(guān)斷開關(guān)管，重復(fù)上個(gè)周期的動(dòng)作，這樣就完成了對LED驅(qū)動(dòng)電流的滯環(huán)電流控制，使得流過LED的驅(qū)動(dòng)電流，也就是電感電流的平均值恒定。

圖2 滯流控制模塊內(nèi)部模塊

2.2 滯環(huán)比較電壓產(chǎn)生電路

4.5V~28V的輸入電壓經(jīng)調(diào)整轉(zhuǎn)換為5V的恒定電壓Vcc為后續(xù)電路供電。如圖3所示，A點(diǎn)電位受運(yùn)算放大器控制，將等于參考電壓1.2V，假設(shè)輸出Vout為高電平，則M2導(dǎo)通，流過M1的電流為IM1=Vref/R2，B點(diǎn)的電壓為VBL=Vin-IM1 R1；當(dāng)Vout為低電平，M2截止，流過M1的電流變?yōu)镮′M1=Vref/(R2+R3)，B點(diǎn)電壓升高為VBH=Vin-I′M1 R1，所以B點(diǎn)電壓的變化為ΔVB=VBH-VBL=Vref R1 R3/R2(R2+R3)，這意味著Vout由高電平變成低電平時(shí)在B點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)滯環(huán)電壓，可見該滯環(huán)電壓與輸入電壓無關(guān)，只由參考電壓Vref和電阻大小決定，通過選擇各電阻的阻值便可設(shè)定滯環(huán)電壓的大小。