LED恒流驱动电路研究与设计

　　当V DS 《 VGS - V THN时， MOS 管处于线性区：

　　若某一原因导致运放同相端输入电压增大，会使得M0栅电压增加。而I_rset对于固定的外设电阻是恒定的，故M0的漏电压减小，从而M1的栅电压减小，漏电压增加，即运放的反相端电压也随之增加，反之亦然。这一结构保证运放的同相端和反相端输入电压始终保持相等，即保证M1和M2的漏电压相等。同时M1和M2的共栅连接方式使得两者的栅电压相等。由式（1）、（2）可以看出，只要保证M1和M2的栅、漏电压均相等，驱动电流Iout与I_rset就会满足一个线性的比例关系，比例系数依赖于M1和M2的宽长比的比值。而对于一个固定的外设电阻，I_rset是固定不变的，电路可以利用此关系在M2尚处于线性区时就可以恒流输出，显着的降低恒流输出的工作电压。这一结构要求电路中的运放的线性区的工作范围宽，即保证在M2处于线性区时，运放一直能够正常放大，保证M1和M2的漏源电压相等。当同相端的增加量使得运算放大器已经进入到饱和区时，尽管反馈结构不再起作用，但M2已经可以利用饱和区恒流特性实现恒流输出，I_reST不变使得饱和区的恒流值与线性区一致，两个工作区的曲线拟合在一起，形成最终的恒流输出曲线。

　　三种结构的恒流工作电压和驱动电流最大误差如表1所示。三种结构的I_rset均是同一简单电流镜产生的1mA电流，驱动电流与I_rset的比例关系均设置为1：50，外接电压的工作范围均为0V~5V.

　　表1 三种结构恒流工作电压及驱动电流最大误差比较

　　可以看出，图1中（c）的结构可以实现显着降低恒流工作电压的目的。总体电路中的恒流驱动模块采用该结构。

LED恒流驱动的总体电路如图2所示，图中控制电路部分用于控制是否有恒流输出。ctr信号是外接PWM数字信号，可以实现对LED的调光控制。

　　整个控制模块利用施密特触发器实现电平的准确翻转，通过逻辑门作用于MC8、MC9.这两个MOS管在控制信号发生翻转时迅速将电平拉高或拉低，实现了对控制信号控制功能的加速作用，电路的响应速度快。当ctr信号为高时输出禁止，ctr信号为低时输出允许，从而实现利用外部的PWM信号实现调光功能。I_rset产生电路要实现通过外设电阻Rset对I_rest大小的控制，并且对与固定的Rset可以恒流输出。利用带隙电压源产生一个基准电压，利用运放实现基准电压到基准电流的转换。将运放的反相端连接到外设电阻Rset就实现了转换的电流大小受控于Rset.通过后续电路将电流适当放大，最终给出I_rset.总体电路利用确立好的恒流驱动模块实现恒流输出。

　　图2 恒流驱动电路总图

3 仿真测试结果

　　采用图2电路结构，基于CSMC0.5umBCD工艺库进