LED照明驅(qū)動芯片結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　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、響應速度快、節(jié)能、安全、環(huán)保、壽命長等優(yōu)點，因而被廣泛應用于日光燈、室內(nèi)照明與裝飾、路燈、舞臺燈、顯示屏、背光源、指示燈等。隨著LED發(fā)光效率的不斷提升，LED在應用上呈現(xiàn)多層次的變化，現(xiàn)已廣泛用于汽車電子、移動設(shè)備、LCD背光及通用照明等領(lǐng)域。

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

　　1 芯片結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　基于開關(guān)電源的市場需要，本文設(shè)計了一款LED照明驅(qū)動芯片，圖1所示是基于0.5μm CMOS標準工藝設(shè)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(jié)構(gòu)。該芯片采用脈頻調(diào)制方式，通過設(shè)計電阻-電容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)電路的固定關(guān)斷時間功能，這種電路結(jié)構(gòu)避免了采用斜坡補償技術(shù)，在實現(xiàn)電路的PFM調(diào)制的同時也簡化了電路結(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、基準電壓源、偏置電路、RS觸發(fā)器、過壓、欠壓保護電路及驅(qū)動電路等核心模塊。

圖1 芯片電路結(jié)構(gòu)

　　工作時，該芯片通過一個功率MOSFET和一采樣電阻來將負載變化情況反饋到芯片內(nèi)部。反饋信號先經(jīng)過低通濾波器，把高頻開關(guān)噪音濾掉，再以電流形式輸入到Current COMP模塊進行調(diào)節(jié)，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(qū)動電路，最后驅(qū)動功率MOFFET來實現(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)成過流保護電路，當流過外部電路的電流過大時，通過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大時燒毀功率管和LED燈的風險，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(shè)計

　　2.1 自偏置電路

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

圖2 偏置電路結(jié)構(gòu)