一种电流模式PFM型LED驱动IC的设计

LED是继白炽灯、荧光灯、节能灯之后的人类第四次照明方式的*。它具有色彩还原好、响应速度快、节能、安全、环保、寿命长等优点，因共模电感而被广泛应用于日光灯、室内照明与装饰、路灯、舞台灯、显示屏、背光源、指示灯等。随着LED发光效率的不断提升，LED在应用上呈现多层次的变化，现已广泛用于汽车电子、移动设备、LCD背光及通用照明等领域。

　　伴随着LED的广泛应用，LED驱动IC的需求也迅猛增长，LED驱动IC主要用于为LED提供高效和持久的驱动。它除了为LED提供简单的控制与驱动外，一般还具有智能管理功能，从而实现高性能、高效率和各种管理及保护功能。驱动IC的需求和LED的应用密不可分，LED的应用和技术发展，也推动了驱动IC的发展。反过来，驱动技术又是提升LED照明应用水平的关键所在。因此，如何设计出效率更高，功能更强，结构更优的LED驱动IC，将是集成电路设计的新一轮挑战。

　　1 芯片结构及其工作原理

　　基于开关电源的市场需要，本文设计了一款LED照明驱动芯片，图1所示绕行电感器是基于0.5μm CMOS标准工艺设计出的一种不随温度、电源电压以及工艺变化的高电源抑制比的基准电压源结构。该芯片采用脉频调制方式，通过设计电阻-电容网络结构来实现电路的固定关断时间功能，这种电路结构避免了采用斜坡补偿技术，在实现电路的PFM调制的同时也简化了电路结构，提高了芯片效率。该芯片内部包括振荡器、PFM控制电路、基准电压源、偏置电路、RS触发器、过压、欠压保护电路及驱动电路等核心模块。

图1 芯片电路结构

　　工作时，该芯片通过一个功率MOSFET和一采样电阻来将负载变化情况反馈到芯片内部。反馈信号先经过低通滤波器，把高频开关噪音滤掉，再以电流形式输入到Current COMP模块进行调节，以产生控制R-S触发器R端的信号，然后和Oscillator PFM Regulator模块产生的S端信号共同控制驱动电路，最后驱动功率MOFFET来实现电路的PFM调节。除此之外，Error AMP模块、AMP电感器市场模块及Voltage COMP三模块则构成过流保护电路，当流过外部电路的电流过大时，通过外部电阻的电流检测，并使反馈电压与恒定基准电压作比较，再将两者差值比较放大，以产生控制RS锁存器CtR端的信号，并强制关断功率管。这种前馈保护模式可有效降低电流过大时烧毁功率管和LED灯的风险，可对电路起到可靠的保护作用。而Low Voltage Lockout保护模块可在输入电压低于正常工作电压2.5V情况下强制关断芯片，从而防止芯片在低电压下工作，提高电源的利用效率。

　　2 芯片主要电路模块设计

　　2.1 自偏置电路

　　图2所示电路为该IC的自偏置电路，芯片自行启动将提供两个偏置，分别为N管偏置和P管偏置，从而为各个模块提供偏置电压。

图2 偏置电路结构

　　由于M1和M2栅极的电位相同，故有：

　　由于(W/L) 2=K (W/L) 1， 则：

　　因此可得到：

　　从而得出N管偏置电压和P管偏置电压为：

　　同时，该模块还设计有欠压保护电路，利用R网络结构，并采用上拉电阻钳位，可使电压在低于2.5V情况下强制关断芯片，从而提高电源的利用效率。

　　2.2 高电源抑制比基准电压源

　　基于0.5μm CMOS标准工艺设计一种不随温度、电源电压以及工艺变化的高电源抑制比基准电压源的电路结构如图3所示。在室温下，该基准源具有零温度系数，且在-40℃～120℃范围内电压变化很小，其温度系数可达3ppm/℃数量级。

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输入电压：DC 5.15V-4.95V


输出电压： DC4.7V


负载电流： 70mA


封装足够小，SOT-23 最好，


XC6206P472MR 似

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