滯環(huán)恒流LED驅(qū)動電路的電流采樣電路

針滯環(huán)恒流大功率LED驅(qū)動芯片，提出一款高性能電流采樣電路。該電路采用高壓工藝，可承受最對高達(dá)40V的輸入電壓。通過分析滯環(huán)控制的特點(diǎn)，采用串聯(lián)電阻采樣技術(shù)，結(jié)合匹配電流源結(jié)構(gòu)，在保證響應(yīng)速度和采樣精度的同時(shí)，降低了電路的復(fù)雜度。電路中加入輸入電壓補(bǔ)償電路，進(jìn)一步提高了恒流控制的精度。在Cadence下的仿真結(jié)果表明，電路可在800kHz的頻率下正常工作，采樣精度達(dá)99.78%；當(dāng)電壓從15V變化至35V時(shí)平均負(fù)載電流誤差為0.81%；輸出電壓范圍為0～5V。

當(dāng)今照明領(lǐng)域，LED憑借其壽命長、功耗低、無污染等優(yōu)點(diǎn)成為未來發(fā)展趨勢。然而，要針對不同的應(yīng)用場合，分別設(shè)計(jì)一個獨(dú)特的芯片，目前情況是不可行的。因此，能夠使電源與負(fù)載相互獨(dú)立的電源管理芯片被廣泛應(yīng)用。在這些芯片中，無論是電壓還是電流控制模式，都會通過檢測電感電流進(jìn)行過流保護(hù)。在電流模式中，采樣電流還被用作環(huán)路控制。

提出的電流采樣技術(shù)用于一種滯環(huán)恒流控制大功率LED驅(qū)動電路中，除具有環(huán)路控制與過流保護(hù)的功能外，還具有電壓補(bǔ)償?shù)墓δ芗敖Y(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。

1 采樣方式的分析與選擇

1.1 現(xiàn)有采樣技術(shù)

表1中列出了現(xiàn)有的幾種電流檢測技術(shù)并列舉了其優(yōu)缺點(diǎn)。文獻(xiàn)對其進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

表1 現(xiàn)有采樣技術(shù)及其特點(diǎn)

1.2 滯環(huán)控制原理分析

圖1是滯環(huán)控制電路框圖。LED驅(qū)動電流的變化反映在Rsense兩端的壓差變化上。滯環(huán)電流控制模塊內(nèi)設(shè)兩個電流閾值Imax和Imin，當(dāng)電路接上電源時(shí)，功率管打開，電源通過Rsense、負(fù)載LED向電感L充電，驅(qū)動電流上升。當(dāng)電流>Imax時(shí)，控制電路輸出低電平關(guān)閉功率開關(guān)管。此時(shí)電感通過負(fù)載LED、Rsense和肖特基二極管放電，電流下降。當(dāng)驅(qū)動電流Imin時(shí)，控制電路輸出高電平打開功率開關(guān)管，重復(fù)上一個周期的動作。通過這種方式控制電路將驅(qū)動電流限制在Imax與Imin之間周期性變化，使流過LED的平均驅(qū)動電流值恒定。

可以看到，滯環(huán)控制電路使用的是串聯(lián)電阻采樣技術(shù)。從表1可知，串聯(lián)電阻技術(shù)的功耗很大，同樣具有高精度且無損耗的Sensfet似乎更勝一籌。不過，Sensfet技術(shù)只能檢測功率管打開時(shí)的電流變化情況，而無法檢測功率管關(guān)斷期間的電流變化。因此無法在需要始終對電流進(jìn)行采樣檢測的滯環(huán)控制電路中使用。同時(shí)，由于輸入電壓較高，串聯(lián)電阻所消耗的功率在整個電路功率中所占比例也降低了。

2電路設(shè)計(jì)

圖2是電路采樣電路結(jié)構(gòu)圖。Rsense為采樣電阻，R1=R2=R；Mp1、Mp2、Mn1、Mn2組成的電壓鏡和Mp9反饋管組成匹配電流源作為電流檢測電路。其中Mp1與Mp2相互匹配并被偏置在飽和區(qū)，Mn1與Mn2是兩個相同且非常小的電流源，以保證流過Mp1與Mp2的電流相等從而使其具有相等的VSG。

由于Vin>Vcsn導(dǎo)致I1與I2不相等。采樣電流Is即為這部分“多余”電流，大小為：