2 电路设计

图2是电路采样电路结构图。Rsense为采样电阻,R1=R2=R;Mp1、Mp2、Mn1、Mn2组成的电压镜和Mp9反馈管组成匹配电流源作为电流检测电路。其中Mp1与Mp2相互匹配并被偏置在饱和区,Mn1与Mn2是两个相同且非常小的电流源,以保证流过Mp1与Mp2的电流相等从而使其具有相等的VSG。

基于一种滞环恒流控制的大功率LED驱动电路设计

图2 电路采样电路结构图

由于Vin>Vcsn导致I1与I2不相等。采样电流Is即为这部分"多余"电流,大小为

式(1)中,实际流过Rsense的电流为IL+I2.因为I2的大小低于电感电流的10-4倍,其影响可以忽略不计。

图4为实际电路图。Vin与Vcsn为精确采样电阻Rcsn两端电压,输入范围8~40 V;Vcc为芯片内部5 V稳定电源。

在实际电路中,VA对VB的匹配度直接影响采样精度。图3为简化的小信号模型。

基于一种滞环恒流控制的大功率LED驱动电路设计

图3 简化的小信号模型

基于一种滞环恒流控制的大功率LED驱动电路设计

图4 采样电路的实际电路图

应用KCL定理,得到

基于一种滞环恒流控制的大功率LED驱动电路设计

其中,ro4、ro3为 VB''、VA''处的等效输出电阻。设 gm1ro3=gm2ro4=AV,且 Mp5为电流镜,增益约为1,综合式(3)到式(5):

基于一种滞环恒流控制的大功率LED驱动电路设计

δ是一个分子为的微小值。由式(6)可以看出,当gm1ro2或gm2越大,VA与VB的匹配度越高,电流采样越精确。值得注意的是,式中出现gm1ro3的平方项,这意味着可以用较小的增益达到高精度。但是,耐压5 V的低压管无法在高输入电压下正常工作,电路中必须使用大量耐压40 V的高压管。然而高压管的增益与等效输出电阻很低,无法满足电流采样电路的精度要求。

为使低压管能在高压输入中也正常工作,电压镜采用了高低压器件混用的共源共栅结构。Mp1、Mp2、Mn1和Mn2为低压管;Mp3、Mp4、Mn3和Mn4为高压管。一方面,高压管作为共源共栅器件增大了输出电阻;另一方面,它承受了大部分压降,以保护低压管不被击穿。不过,共源共栅结构带来另一个问题。串联电阻R2令Mp2和Mp4之间的次极点更靠近原点,使系统变得不稳定。为消除该极点带来的影响,在共源共栅结构的输出端加入补偿电阻R5和电容C,引入一个零点并使主极点更低。

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