高效、高調光比LED恒流驅動設計方案

　　圖5給出了芯片模擬調光過程仿真圖。從圖中可以看到， 當DIM引腳電壓逐漸降低時， 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， 功率管被關斷， LED電流下降到零。這就說明模擬調光模塊能很好的控制LED驅動電流大小。

　　圖5 模擬調光過程仿真圖

　　圖6給出了PWM調光等效電路圖， 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， 從而實現PWM調光。

　　圖6 PWM調光等效電路圖

　　圖6中， 當DIM由高變低， 小于VT_L時， 使能變EN為高。此時VT選通為VT_H， 當DIM由低變高， 高于VT_H時使能轉換， 并實現一定的電壓遲滯。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， 控制內部功率管的開關， 從而達到控制輸出電流的目的。

　　圖7給出了當DIM輸入典型值20 kHz、占空比為50%的PWM方波時， 輸出電流波形。從圖中可以看到在DIM引腳輸入一定占空比的方波時，LED的平均電流與PWM方波的占空比成正比， 因此通過設定PWM方波的占空比， 就可以改變LED平均電流的大小。

　　圖7 PWM調光波形圖

　　由上圖還可以看出， 當輸出一個電感電流周期時， PWM方波具有最小的占空比， 約為4%，此時最大調光比為25:1。顯然， 采用周期越長，頻率越低的PWM方波進行數字調光所獲得的調光比就越高， 但考慮到人眼的視覺暫留效應， 為防止輸出LED電流頻率過低引起閃爍， 應用時一般設置最低fDIM=100 Hz， 此時最大調光比可高達5000:1。

　　3 仿真結果

　　本文基于1 μm 40 V CSMC工藝模型， 使用HSPICE軟件， 對整體芯片進行了仿真驗證。

　　表1給出了典型條件下， 采樣電阻RS=0.33ohm， 電感L=100 μH時， 在不同的電源電壓， 不同LED連接數目下， LED輸出電流精度。芯片由于采樣延遲、采樣精度、驅動級延遲等因素， 會導致輸出電流產生誤差。在不同的電源電壓和負載條件下， 從表一中可以看到輸出電流精度均能很好的控制在5.5%以內。同時也可以看到， 要實現較好的電流精度， 固定負載下需要相應的電源電壓與之匹配。

　　表1 輸出電流精度

　　4 結束語

　　本文基于1 μm 40 V CSMC高壓工藝， 設計了一種寬電壓輸入、大電流、高調光比LED恒流降壓驅動芯片。在滯環電流控制模式下， 芯片具有結構簡單、動態響應快、不需要補償電路等優點。通過DIM引腳， 芯片可以方便的進行LED開關、模擬調光和寬范圍的PWM調光。仿真結果表明， 當輸入電壓從8 V變化到30 V時， 芯片輸出電流最大偏差不超過5.5%。此外， 在芯片驅動7個LED時， 效率可高達97%。