侵权投诉
当前位置:

OFweek电子工程网

功率设计

正文

高效率、高调光比LED恒流驱动电路的设计方案

导读: 文中提出了一种宽电压输入、高效率、高调光比LED恒流驱动电路。在迟滞电流控制模式下, 该电路具有结构简单、动态响应快、不需要补偿电路等优点。通过外部引脚, 可以方便的进行LED开关、模拟调光和PWM调光。LED恒流驱动电路基于CSMC的1 μm 40 VCDMOS工艺。

  0 引言

 

  随着LED技术的发展, 大功率LED在灯光装饰和照明等领域得到了普遍的使用, 同时功率型LED驱动芯片也显得越来越重要。由于LED的亮度输出与通过LED的电流成正比, 为了保证各个LED亮度、色度的一致性, 有必要设计一款恒流驱动器, 使LED电流的大小尽可能一致。

  基于LED发光特性, 本文设计了一种宽电压输入、大电流、高调光比LED恒流驱动芯片。该芯片采用迟滞电流控制模式, 可以用于驱动一颗或多颗串联LED。在6V~30V的宽输入电压范围内, 通过对高端电流的采样来设置LED平均电流, 芯片输出电流精度控制在5.5%, 同时芯片可通过DIM引脚实现模拟调光和PWM调光, 优化后的芯片响应速度可使芯片达到很高的调光比。

  本文首先对整体电路进行了分析, 接着介绍各个重要子模块的设计, 最后给出了芯片的整体仿真波形、版图和结论。

 

  1 电路系统原理

 

  图1是芯片整体架构以及典型应用电路图。

  该电路包括带隙基准、电压调整器、高端电流采样、迟滞比较器、功率管M1、PWM和模拟调光等模块。此外该芯片还内置欠压和过温保护电路, 从而能在各种不利的条件下, 有效的保证系统能够稳定的工作。

 

  

  图1 芯片整体等效架构图

 

  从图1中可以看到电感L、电流采样电阻RS、续流二极管D1形成了一个自振荡的连续电感电流模式的恒流LED控制器。该芯片采用迟滞电流控制模式, 因为LED驱动电流的变化就反应在RS两端的压差变化上, 所以在电路正常工作时, 通过采样电阻RS采样LED中的电流并将其转化成一定比例的采样电压VCS, 然后VCS进入滞环比较器,通过与BIAS模块产生的偏置电压进行比较, 产生PWM控制信号, 再经栅驱动电路从而控制功率开关管的导通与关断。

  下面具体分析电路的工作原理。首先芯片在设计时会内设两个电流阈值IMAX和IMIN。当电源VIN上电时, 电感L和电流采样电阻RS的初始电流为零, LED电流也为零。这时候, CS_COMP迟滞比较器的输出为高, 内置功率NMOS开关管M1导通, SW端的电位为低, 流过LED的电流开始上升。电流通过电感L、电流采样电阻RS、LED和内部功率开关从VIN流到地, 此时电流上升斜率由VIN、电感(L)、LED压降决定。当LED电流增大到预设值IMAX时, CS_COMP迟滞比较器的输出为低, 此时功率开关管M1关闭, 由于电感电流的连续性, 此时电流以另一个下降斜率流过电感(L)、电流采样电阻(RS)、LED和续流肖特基二极管(D1), 当电流下降到另外一个预定值IMIN时,功率开关重新打开, 电源为电感L充电, LED电流又开始增大, 当电流增大到IMAX时, 控制电路关断功率管, 重复上一个周期的动作, 这样就完成了对LED电流的滞环控制, 使得LED的平均电流恒定不变。

  从以上分析可知, LED的平均驱动电流是由内设的阈值IMAX和IMIN决定, 因而不存在类似于峰值电流控制模式的反馈回路。所以与峰值电流控制模式相比, 滞环电流控制模式具有自稳定性,不需要补偿电路, 另外峰值电流检测模式动态响应调节一般需要几个周期的时间, 而滞环电流控制至多一个周期就可以稳定系统的动态响应, 所以滞环电流控制的动态响应更加迅速。当然滞环电流控制模式存在着输出纹波较大, 变频控制容易产生变频噪声等缺点, 但是在大功率LED照明驱动应用中, 一定的纹波变化和开关频率变化不会对LED的整体照明性能产生较大影响。

 

  2 电路子模块设计

 

  2.1 带隙基准(Bandgap)

  图2为采用共源共栅电流镜, 可以改善电源抑制和初始精度的CMOS自偏置基准电路。其中,R1和PH4组成启动电路, 当电源上电时, 若电路出现零电流状态, 此时VA为低, MOS管PH4开启, 并向基准核心电路中注入电流, 使得基准电路摆脱零简并偏置点, 当电路正常工作时, 通过合理的设置P7和P8的宽长比, 使它们都处于深线性区, 由于R2和R3阻值很大, 此时VA的大小接近输入电压, MOS管PH4关断, 启动结束。此外,由于VA的电压接近电源电压, 通过电阻R2和R3的分压后, 电压VB就能表征电源电压, 从而在电源电压低于设定值时, 输出欠压信号, 关断功率管, 起到欠压保护的功能。

 

  

  图2 带隙基准电压源电路图

 

  由于基准电路的输入电压最高可达到30V,而普通MOS管漏源和栅耐压为5V。而且为了使电流镜像更加匹配, P1、P2、P5、P7必须使用普通的MOS管。所以, 为了防止管子在高压时被击穿, 需在这些管子的漏源之间加入栅漏短接的厚栅氧MOS管作为保护管, 即PH1、PH2、PH3。

 

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: