LED恒流驱动电路研究与设计方案

　　1 引言

　　近年来，LED显示屏应用迅速发展，推动LED驱动IC的进步。基于对LED的高可靠性以及亮度和色度一致性的考虑，通常要对LED进行恒流驱动。

　　用于LED显示屏的恒流驱动电路主要存在三个设计要点：①驱动电流可通过单一外接电阻设定。②最大限度降低恒流工作电压。这里，恒流工作电压指使输出电流恒定时的内部电路压降，该压降小则电路功耗低。③恒流输出可由数字信号控制，响应速度要快，以满足采用PWM技术动态调光或高速扫描应用的需要。文中给出了一种使驱动MOS管在线性区实现恒流的控制方法，且不需要在源极串联反馈电阻，有效降低了恒流工作电压。在此基础上，给出了满足以上三方面要求的完整控制电路。

　　2 恒流驱动电路设计

　　恒流驱动模块是整个控制电路设计核心，决定整体电路的恒流特性。针对此模块给出三种方案。具体电路结构如图1所示。图中电流I_rset只受控于外接电阻Rset,当Rset不变时，此电流恒定。Vcc是电路的外接电压，用来为LED供电。

图1 电路结构

　　2.1 基于MOS管饱和区恒流特性的恒流模块

　　这种结构采用简单的恒流方式，常应用于大功率LED照明电路，结构如图1(a)所示。电路利用M1实现恒流驱动。外接电压Vcc的增大使得M1进入饱和区，利用运放保证M1栅电压保持不变。工作于饱和区的M0与M1的共栅连接方式使得流经它们的电流满足线性比例关系且电流恒定，比例系数取决于两者的宽长比的比值。这种恒流模式完全依赖于MOS管的栅电压并且恒流工作电压(VDS1)至少要满足M1管饱和导通，因此结构对于LED显示电路来说功耗大。

　　2.2 基于电流负反馈的恒流模块

　　为减小电路功耗，采用负反馈结构实现恒流输出。电路结构如图1(b)。当电路由于某一原因导致M0的漏电流增加时，增加的电流通过R1作用反馈到运放的反相端，负反馈结构会使得M0的栅压降低，使M0上漏电流减小，从而实现动态平衡，保证M0的漏电流恒定不变，反之亦然。这样的恒流方式降低了恒流工作电压，电路功耗小。动态平衡方式很好的实现了恒流输出，恒流特性好。负反馈结构使得驱动电流Iout与I_rset之间满足线性比列关系，比例系数取决于R0与R1的阻值比。

　　该结构存在一些不足：①R1不宜过大，否则R1上压降过高，产生较大功耗。②R1不宜过小，否则会导致反馈电压过小，反馈电压信噪比低，电路性能不稳定。R1设置在几个欧姆为宜，对于电阻的精确要求使得版图设计相对困难，对工艺的要求较高。③反馈电阻的存在就不可避免的在R1上产生一定的压降，造成集成电路内部功耗的增加。