高調(diào)光比LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案
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2.1 帶隙基準(zhǔn)（Bandgap）
圖2為采用共源共柵電流鏡， 可以改善電源抑制和初始精度的CMOS自偏置基準(zhǔn)電路。其中，R1和PH4組成啟動(dòng)電路， 當(dāng)電源上電時(shí)， 若電路出現(xiàn)零電流狀態(tài)， 此時(shí)VA為低， MOS管PH4開啟， 并向基準(zhǔn)核心電路中注入電流， 使得基準(zhǔn)電路擺脫零簡并偏置點(diǎn)， 當(dāng)電路正常工作時(shí)， 通過合理的設(shè)置P7和P8的寬長比， 使它們都處于深線性區(qū)， 由于R2和R3阻值很大， 此時(shí)VA的大小接近輸入電壓， MOS管PH4關(guān)斷， 啟動(dòng)結(jié)束。此外，由于VA的電壓接近電源電壓， 通過電阻R2和R3的分壓后， 電壓VB就能表征電源電壓， 從而在電源電壓低于設(shè)定值時(shí)， 輸出欠壓信號， 關(guān)斷功率管， 起到欠壓保護(hù)的功能。
圖2 帶隙基準(zhǔn)電壓源電路圖
由于基準(zhǔn)電路的輸入電壓最高可達(dá)到30V，而普通MOS管漏源和柵耐壓為5V。而且為了使電流鏡像更加匹配， P1、P2、P5、P7必須使用普通的MOS管。所以， 為了防止管子在高壓時(shí)被擊穿， 需在這些管子的漏源之間加入柵漏短接的厚柵氧MOS管作為保護(hù)管， 即PH1、PH2、PH3。
2.2 遲滯比較器（CS_COMP）
圖3為遲滯比較器等效電路圖， 其中VTH_H和VTH_L為BIAS模塊提供的偏置基準(zhǔn)電壓， 而CS為電流采樣模塊提供的采樣電壓。電流采樣和遲滯比較器模塊是組成該芯片的核心模塊， 通過這兩個(gè)模塊就可以很好的實(shí)現(xiàn)滯環(huán)電流控制。
圖3 遲滯比較器等效電路圖
電路工作時(shí)， 高端電流采樣模塊采樣輸出電流， 并按一定比例轉(zhuǎn)化成采樣電壓CS， 當(dāng)CS電壓大于VTH_H時(shí)， P_OFF為高， P_ON為低， M1關(guān)M2開啟， 此時(shí)COMP1_G負(fù)端輸入VTH_L，并且此時(shí)由于P_ON為低， 功率管關(guān)斷， LED電流開始減小， 采樣電壓也開始減小。當(dāng)CS電壓小于VTH_L時(shí)， P_OFF為低， P_ON為高， M1開啟，M2關(guān)斷， COMP_G負(fù)端輸入VTH_H， 此時(shí)P_ON為高， 功率管開啟， LED電流開始增大， 采樣電壓也開始增大。當(dāng)CS電壓大于VTH_H時(shí)， 遲滯比較器模塊將重復(fù)上一個(gè)周期的動(dòng)作。這樣通過遲滯比較器就能產(chǎn)生一定占空比的方波來控制功率開關(guān)管關(guān)與斷， 從而有效控制外部LED的電流大小。
此外， 高端電流采樣和遲滯比較器模塊需要有較高的單位增益帶寬GBW， 從而提高電流采樣和遲滯比較的速度， 這樣就可以減少電路延遲，提高芯片的響應(yīng)速度， 同時(shí)也提高了芯片輸出電流精度?！ ?/p>
2.3 模擬和PWM調(diào)光（DIM）
通常希望在不同的應(yīng)用場合和環(huán)境下， LED的發(fā)光亮度能夠隨著應(yīng)用和環(huán)境的變化隨時(shí)可調(diào)， 這就需要LED驅(qū)動(dòng)器具有調(diào)光的功能。現(xiàn)在， 最常用的LED調(diào)光方式有： 模擬調(diào)光、PWM調(diào)光、數(shù)字調(diào)光等方式?！ ?/p>
模擬調(diào)光是通過線性的改變LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電流來調(diào)整LED的發(fā)光亮度， 它的優(yōu)點(diǎn)是能夠避免由PWM或數(shù)字調(diào)光所產(chǎn)生的噪聲等問題， 缺點(diǎn)是模擬調(diào)光會(huì)改變LED的驅(qū)動(dòng)電流， 從而引起LED的色偏。PWM調(diào)光方式是通過反復(fù)開關(guān)LED驅(qū)動(dòng)器， 在PWM信號使能期間輸出電流， 其它時(shí)間內(nèi)關(guān)閉LED驅(qū)動(dòng)， 通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比可來實(shí)現(xiàn)調(diào)光。PWM調(diào)光的原理是利用人眼的‘視覺暫留’ 效應(yīng)， 但為了避免人眼能夠看到LED的閃爍， PWM調(diào)光的頻率應(yīng)在100 Hz以上。
由于不會(huì)改變LED平均電流， PWM調(diào)光也就不會(huì)改變LED的色度。
圖4 模擬調(diào)光等效電路圖
圖4給出了模擬調(diào)光等效電路圖。圖4是一個(gè)差分輸入結(jié)構(gòu)。其中輸入V1為一固定電平2.5 V，V2為DIM引腳的輸入經(jīng)電阻分壓后的電平。由于本電路只工作于大信號情況下， 所以首先對其大信號進(jìn)行分析。N1、N2管組成的電流鏡將兩通路電流強(qiáng)制相等， 則：
壓大于V1時(shí)， 由于L2點(diǎn)電壓為低N3、N4截止。輸出Io為零， 無調(diào)光效果。當(dāng)V2減小到2.5 V， 兩邊電流相等， 輸出也為零。此時(shí)若V2從2.5 V減小ΔV， 由公式（3） 可知電壓L1與L3之差就增大ΔV， 這樣引起的電壓差在電阻上產(chǎn)生的電流經(jīng)過N3、N4鏡像后就得到輸出電流Io。該電流將進(jìn)入電流采樣模塊， 并影響電流采樣電壓CS的大小， 從而起到改變輸出電流的作用?！ ?/p>
圖5給出了芯片模擬調(diào)光過程仿真圖。從圖中可以看到， 當(dāng)DIM引腳電壓逐漸降低時(shí)， LED平均電流IL也開始按一定比例降低， 在DIM引腳電壓低于0.3 V時(shí)， 功率管被關(guān)斷， LED電流下降到零。這就說明模擬調(diào)光模塊能很好的控制LED驅(qū)動(dòng)電流大小。
圖5 模擬調(diào)光過程仿真圖
圖6給出了PWM調(diào)光等效電路圖， 通過在DIM引腳加入可變占空比的PWM信號就可以改變輸出電流， 從而實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。
圖6 PWM調(diào)光等效電路圖
圖6中， 當(dāng)DIM由高變低， 小于VT_L時(shí)， 使能變EN為高。此時(shí)VT選通為VT_H， 當(dāng)DIM由低變高， 高于VT_H時(shí)使能轉(zhuǎn)換， 并實(shí)現(xiàn)一定的電壓遲滯。如果輸入信號是PWM信號， 同樣通過上述工作過程， 這樣EN輸出同樣為PWM信號， 控制內(nèi)部功率管的開關(guān)， 從而達(dá)到控制輸出電流的目的。
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