3 LED調(diào)光模式的設(shè)計(jì)

　　許多便攜式LED的應(yīng)用中都需要有調(diào)光的功能。例如LCD的背光應(yīng)用中，調(diào)光可以改變亮度和對(duì)比度?，F(xiàn)今有兩種比較常用的調(diào)光方式：模擬調(diào)光和PWM調(diào)光。模擬調(diào)光通過反饋環(huán)路直接改變LED的電流實(shí)現(xiàn)發(fā)光亮度的調(diào)節(jié)，缺點(diǎn)是會(huì)帶來色彩漂移和發(fā)光效率的下降；PWM調(diào)光（PWM Dimming）通過保持流過LED的最大電流減小導(dǎo)通占空比來實(shí)現(xiàn)，如果要實(shí)現(xiàn)50%的亮度就要LED電流采用50%的占空比。需要注意的是PWM調(diào)光信號(hào)的頻率必須大于100Hz，以使人眼不會(huì)被發(fā)現(xiàn)燈的閃爍，而最大的PWM調(diào)光頻率由電源的啟動(dòng)時(shí)間或者響應(yīng)時(shí)間決定。在升壓型LED驅(qū)動(dòng)電路中增加了一個(gè)功率管串聯(lián)在LED支路上，所以對(duì)于控制器而言需要增加額外的驅(qū)動(dòng)電路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，但換來的是真色彩的調(diào)光效果，所以現(xiàn)有的LED驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品中廣泛加入了PWM調(diào)光功能。典型的調(diào)光范圍可以由調(diào)光比（Dimming Ratio）來衡量，即調(diào)光PWM的周期與導(dǎo)通時(shí)間的比例，數(shù)值越大說明調(diào)光的能力越強(qiáng)。

　　圖5給出芯片在升壓型的應(yīng)用中PWM調(diào)光的控制圖。從圖中可以看出，外部的PWM信號(hào)控制與LED負(fù)載串聯(lián)的開關(guān)。利用運(yùn)放的外接補(bǔ)償電容CEAOUT，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)斷開運(yùn)放輸出端與補(bǔ)償電容的通路，維持電容上的電壓直到下個(gè)PWM周期。利用這種控制方法，當(dāng)開關(guān)頻率在700kHz，PWM頻率100Hz的情況下，最大的調(diào)光比可以達(dá)到3000 ∶ 1.

　　圖5 PWM調(diào)光控制圖

　　4 無采樣電阻模式的設(shè)計(jì)

　　利用功率MOSFET的導(dǎo)通電阻Rds（on）作為采樣電阻的方法可以省去峰值電流采樣電阻Rs2，減少了不必要的功率損耗提高了整體的效率，同時(shí)減少了外圍的元器件和系統(tǒng)所占的空間，這種方式稱之為無采樣電阻模式。這種模式也存在一些問題：（1）當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，漏端的電壓可能會(huì)迅速升高，這就對(duì)電流峰值比較器提出了更高的抗高共模電壓的要求；（2）功率管的導(dǎo)通電阻會(huì)隨著電流和溫度的變化發(fā)生改變，會(huì)對(duì)設(shè)定的峰值電流閾值產(chǎn)生影響。對(duì)于一些特定的場(chǎng)合，第二個(gè)問題引入的誤差在可以允許的范圍內(nèi)時(shí)，這種模式還是有很好的應(yīng)用前景，對(duì)于高共模輸入最好最簡(jiǎn)單的方法就是在關(guān)斷的同時(shí)切斷輸入的途徑，通過合理的開關(guān)切換和延時(shí)電路來實(shí)現(xiàn)。

　　無采樣模式的系統(tǒng)圖見圖6。采樣端通過比較器與7V基準(zhǔn)比較判斷是否工作于無采樣電阻模式，通過邏輯電路決定峰值比較器的輸入（IEN）、輸出（SEN）控制信號(hào)。邏輯信號(hào)Gd、Gfb分別是驅(qū)動(dòng)邏輯的輸出信號(hào)和最終驅(qū)動(dòng)功率管柵極信號(hào)的反饋。

　　圖6 無采樣模式模塊框圖

　　5 芯片版圖與測(cè)試

　　5.1 芯片結(jié)構(gòu)與版圖

　　控制器的結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要模塊也標(biāo)注于圖中。

　　圖7 控制器芯片的模塊框圖

　　芯片有兩個(gè)基準(zhǔn)電路，基準(zhǔn)1用于欠壓鎖定比較器的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)2（VREF）是一個(gè)精確度更高的電壓基準(zhǔn)用于誤差放大器、比較器等模塊電路。供電模塊主要包括一個(gè)7V（INTVCC）輸出的低壓差電壓調(diào)節(jié)器和3V（VDD）輸出的電壓調(diào)節(jié)器。運(yùn)算放大器是芯片核心的模塊之一，SP、SN作為運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，OV采樣輸出電壓則是作為過壓或限壓的功能。其它諸如帶斜坡補(bǔ)償電路的振蕩器，分別用于開關(guān)管和調(diào)光管的驅(qū)動(dòng)電路，峰值電流以及過壓、過流比較器，邏輯單元電路等共同組成這個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器芯片系統(tǒng)。本文提出的升壓型LED驅(qū)動(dòng)控制芯片在1.5μm BCD的工藝下仿真并流片測(cè)試，芯片的輸入電壓范圍為3~15V，圖8為芯片的顯微照片。

　　圖8 控制器芯片的顯微照片