滯環恒流LED驅動電路的電流采樣電路

針滯環恒流大功率LED驅動芯片，提出一款高性能電流采樣電路。該電路采用高壓工藝，可承受最對高達40V的輸入電壓。通過分析滯環控制的特點，采用串聯電阻采樣技術，結合匹配電流源結構，在保證響應速度和采樣精度的同時，降低了電路的復雜度。電路中加入輸入電壓補償電路，進一步提高了恒流控制的精度。在Cadence下的仿真結果表明，電路可在800kHz的頻率下正常工作，采樣精度達99.78%；當電壓從15V變化至35V時平均負載電流誤差為0.81%；輸出電壓范圍為0～5V。

當今照明領域，LED憑借其壽命長、功耗低、無污染等優點成為未來發展趨勢。然而，要針對不同的應用場合，分別設計一個獨特的芯片，目前情況是不可行的。因此，能夠使電源與負載相互獨立的電源管理芯片被廣泛應用。在這些芯片中，無論是電壓還是電流控制模式，都會通過檢測電感電流進行過流保護。在電流模式中，采樣電流還被用作環路控制。

提出的電流采樣技術用于一種滯環恒流控制大功率LED驅動電路中，除具有環路控制與過流保護的功能外，還具有電壓補償的功能及結構簡單的特點。

1 采樣方式的分析與選擇

1.1 現有采樣技術

表1中列出了現有的幾種電流檢測技術并列舉了其優缺點。文獻對其進行了詳細介紹。

表1 現有采樣技術及其特點

1.2 滯環控制原理分析

圖1是滯環控制電路框圖。LED驅動電流的變化反映在Rsense兩端的壓差變化上。滯環電流控制模塊內設兩個電流閾值Imax和Imin，當電路接上電源時，功率管打開，電源通過Rsense、負載LED向電感L充電，驅動電流上升。當電流>Imax時，控制電路輸出低電平關閉功率開關管。此時電感通過負載LED、Rsense和肖特基二極管放電，電流下降。當驅動電流Imin時，控制電路輸出高電平打開功率開關管，重復上一個周期的動作。通過這種方式控制電路將驅動電流限制在Imax與Imin之間周期性變化，使流過LED的平均驅動電流值恒定。

可以看到，滯環控制電路使用的是串聯電阻采樣技術。從表1可知，串聯電阻技術的功耗很大，同樣具有高精度且無損耗的Sensfet似乎更勝一籌。不過，Sensfet技術只能檢測功率管打開時的電流變化情況，而無法檢測功率管關斷期間的電流變化。因此無法在需要始終對電流進行采樣檢測的滯環控制電路中使用。同時，由于輸入電壓較高，串聯電阻所消耗的功率在整個電路功率中所占比例也降低了。

2電路設計

圖2是電路采樣電路結構圖。Rsense為采樣電阻，R1=R2=R；Mp1、Mp2、Mn1、Mn2組成的電壓鏡和Mp9反饋管組成匹配電流源作為電流檢測電路。其中Mp1與Mp2相互匹配并被偏置在飽和區，Mn1與Mn2是兩個相同且非常小的電流源，以保證流過Mp1與Mp2的電流相等從而使其具有相等的VSG。

由于Vin>Vcsn導致I1與I2不相等。采樣電流Is即為這部分“多余”電流，大小為：