LED恒流驅(qū)動電路研究與設(shè)計

　　當(dāng)V DS 《 VGS - V THN時， MOS 管處于線性區(qū)：

　　若某一原因?qū)е逻\(yùn)放同相端輸入電壓增大，會使得M0柵電壓增加。而I_rset對于固定的外設(shè)電阻是恒定的，故M0的漏電壓減小，從而M1的柵電壓減小，漏電壓增加，即運(yùn)放的反相端電壓也隨之增加，反之亦然。這一結(jié)構(gòu)保證運(yùn)放的同相端和反相端輸入電壓始終保持相等，即保證M1和M2的漏電壓相等。同時M1和M2的共柵連接方式使得兩者的柵電壓相等。由式（1）、（2）可以看出，只要保證M1和M2的柵、漏電壓均相等，驅(qū)動電流Iout與I_rset就會滿足一個線性的比例關(guān)系，比例系數(shù)依賴于M1和M2的寬長比的比值。而對于一個固定的外設(shè)電阻，I_rset是固定不變的，電路可以利用此關(guān)系在M2尚處于線性區(qū)時就可以恒流輸出，顯著的降低恒流輸出的工作電壓。這一結(jié)構(gòu)要求電路中的運(yùn)放的線性區(qū)的工作范圍寬，即保證在M2處于線性區(qū)時，運(yùn)放一直能夠正常放大，保證M1和M2的漏源電壓相等。當(dāng)同相端的增加量使得運(yùn)算放大器已經(jīng)進(jìn)入到飽和區(qū)時，盡管反饋結(jié)構(gòu)不再起作用，但M2已經(jīng)可以利用飽和區(qū)恒流特性實(shí)現(xiàn)恒流輸出，I_reST不變使得飽和區(qū)的恒流值與線性區(qū)一致，兩個工作區(qū)的曲線擬合在一起，形成最終的恒流輸出曲線。

　　三種結(jié)構(gòu)的恒流工作電壓和驅(qū)動電流最大誤差如表1所示。三種結(jié)構(gòu)的I_rset均是同一簡單電流鏡產(chǎn)生的1mA電流，驅(qū)動電流與I_rset的比例關(guān)系均設(shè)置為1：50，外接電壓的工作范圍均為0V~5V.

　　表1 三種結(jié)構(gòu)恒流工作電壓及驅(qū)動電流最大誤差比較

　　可以看出，圖1中（c）的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)顯著降低恒流工作電壓的目的。總體電路中的恒流驅(qū)動模塊采用該結(jié)構(gòu)。

　　LED恒流驅(qū)動的總體電路如圖2所示，圖中控制電路部分用于控制是否有恒流輸出。ctr信號是外接PWM數(shù)字信號，可以實(shí)現(xiàn)對LED的調(diào)光控制。

　　整個控制模塊利用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)電平的準(zhǔn)確翻轉(zhuǎn)，通過邏輯門作用于MC8、MC9.這兩個MOS管在控制信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)時迅速將電平拉高或拉低，實(shí)現(xiàn)了對控制信號控制功能的加速作用，電路的響應(yīng)速度快。當(dāng)ctr信號為高時輸出禁止，ctr信號為低時輸出允許，從而實(shí)現(xiàn)利用外部的PWM信號實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。I_rset產(chǎn)生電路要實(shí)現(xiàn)通過外設(shè)電阻Rset對I_rest大小的控制，并且對與固定的Rset可以恒流輸出。利用帶隙電壓源產(chǎn)生一個基準(zhǔn)電壓，利用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)電壓到基準(zhǔn)電流的轉(zhuǎn)換。將運(yùn)放的反相端連接到外設(shè)電阻Rset就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換的電流大小受控于Rset.通過后續(xù)電路將電流適當(dāng)放大，最終給出I_rset.總體電路利用確立好的恒流驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

　　圖2 恒流驅(qū)動電路總圖

3 仿真測試結(jié)果

　　采用圖2電路結(jié)構(gòu)，基于CSMC0.5umBCD工藝庫進(jìn)