大功率LED驱动电路设计与仿真

　　在本课题中带隙基准源、误差放大器、比较器等模块都用到了运算放大器。为了满足这些模块的要求，运算放大器设计为工作电压为5V，工作温度范围为-40~80℃，增益大于90dB,输出摆幅大于1.5V，相位裕度为60˚。通过对上述条件进行分析，可以选择折叠式共源共栅电路和一个简单放大器级联的二级运放结构来设计所需的电路。这样可以在较高的增益下，保证其他参数的实现。由于两级运放往往会产生两个低频极点，所以采用米勒补偿来做频率补偿^[2]。电路图如图3所示。

　　完成运算放大器的基本电路设计之后，下面就得考虑共源共栅管和电流镜的栅端偏置电压从何来，即偏置电路。偏置电路可以保证所有MOS管在整个工作范围内，工作于饱和区，不会出现线性失真。本设计中采用电压偏置方法，偏置电路如图4所示。

　　经过调整各MOS管的宽长比，经过多次仿真优化，得到的结果为增益达到95.5dB，单位增益带宽约为36.5MHz，相位裕度为63˚，基本满足设计要求。仿真结果如图5所示。

　　带隙基准电压源的设计

　　电压基准是模拟电路设计中不可缺少的一个单元模块，它为系统提供直流参考电压，这个电压的要求必须是具有确定温度特性，并且与电源和工艺无关。在大多数应用中，所要求的温度关系采取下面三种形式中的一种^[3]：

　　(1)与绝对温度成正比(PTAT);

　　(2)常数(Gm)特性，也就是，一些晶体管的跨导保持常数;

　　(3)与温度无关。

　　在芯片内部产生基准电源的方法很多，可用有源分压器，电阻器件分压带隙基准电压等方法实现。其中带隙基准是公认的电压性能和温度性能最好的基准电压产生方法。下面我们就对带隙基准电压源的基本原理进行研究，并且设计出一个满足芯片需求的带隙基准电压源。

　　带隙电压源的基本原理是将两个拥有相反温度系数的电压以合适的权重相加，最终获得具有零温度系数的基准电压^[4]。

　　正温度系数电压的获取：如果两个同样的晶体管偏置的集电极电流分别为nI₀和I₀，并且忽略它们的基极电流，电路如图6所示。

　　图7给出了一个常用的带隙基准电压源的电路图。