本文設計了一款降壓型LED恒流驅動芯片的滯環(huán)控制電路。該芯片采用高邊電流檢測方案，運用滯環(huán)電流控制方法對驅動電流進行滯環(huán)控制，從而獲得恒定的平均驅動電流。設計采用簡單的設計理念實現(xiàn)恒流驅動，不需要復雜的電路分析，能實現(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驅動電流，通過調(diào)節(jié)外部檢測電阻，可調(diào)節(jié)恒定LED驅動電流。外部提供DIM信號，通過DIM的占空比來調(diào)節(jié)LED的亮度。Hspice仿真結果顯示：LED驅動電流為滯環(huán)變化的三角波，恒流精度小于6.2%。

1 引言

目前，LED的驅動方式有恒壓和恒流驅動兩種，其中，恒流驅動是常用方式。恒流驅動消除溫度和工藝等因素引起正向電壓變化所導致的電流變化，保證恒定的LED亮度。在LED恒流驅動控制模式中，滯環(huán)電流控制模式具有諸多優(yōu)點：結構簡單、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恒流驅動芯片。

文中實現(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，結合DIM控制端的PWM信號控制功率開關管的通斷，實現(xiàn)對LED的恒流控制。

2 電路設計與原理分析

2.1 滯環(huán)控制原理

滯流控制模塊應用如圖1所示，LED驅動電流的變化反應在檢測電阻RSENSE兩端的壓差變化上。本設計中，檢測電阻設為0.5Ω，較小的檢測電阻有利于降低功耗和保持較高的轉換效率。滯環(huán)電流控制模塊內(nèi)部自建兩個電壓閾值，檢測電壓Vcs與閾值電壓進行比較，比較結果和DIM調(diào)光信號相與來控制功率開關管的通斷。

圖1 滯流控制模塊應用圖示

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)光信號的頻率會超過100Hz，以確保這個脈沖電流不會被人眼所察覺。

滯流控制模塊內(nèi)部電路如圖2所示，當DIM信號為高電平期間，當Vcs大于上電壓閾值時，控制電路輸出低電平，關閉功率開關管。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??；當Vcs小于下閾值電壓時，控制電路輸出高電平，導通功率開關管，此時D截止，形成從電源經(jīng)RSENSE、LED、L和功率開關管到地的回路，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，控制電路關斷開關管，重復上個周期的動作，這樣就完成了對LED驅動電流的滯環(huán)電流控制，使得流過LED的驅動電流，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)整轉換為5V的恒定電壓Vcc為后續(xù)電路供電。如圖3所示，A點電位受運算放大器控制，將等于參考電壓1.2V，假設輸出Vout為高電平，則M2導通，流過M1的電流為IM1=Vref/R2，B點的電壓為VBL=Vin-IM1 R1；當Vout為低電平，M2截止，流過M1的電流變?yōu)镮′M1=Vref/(R2+R3)，B點電壓升高為VBH=Vin-I′M1 R1，所以B點電壓的變化為ΔVB=VBH-VBL=Vref R1 R3/R2(R2+R3)，這意味著Vout由高電平變成低電平時在B點產(chǎn)生的一個滯環(huán)電壓，可見該滯環(huán)電壓與輸入電壓無關，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定滯環(huán)電壓的大小。