2.2 負載電流反饋電路

　　圖1中，電感L、二極管D、負載、檢測電阻RS2、A2比較器組成的環(huán)路為負載電流反饋電路。VFB端為A2比較器反向輸出端，即負載電流檢測端。當系統(tǒng)進入暫穩(wěn)態(tài)時，電感L通過二極管D給電容C2和負載供電。此時電感L給負載供電電流為Ipk，此時VFB端檢測電壓VFB達到最大為Ipk×RS2，大于A2比較器的正向參考電壓VRA2，A2 比較器輸出低電平，通過與非門控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)，關(guān)斷外部功率管,而此時系統(tǒng)已經(jīng)進入暫穩(wěn)態(tài)，外部功率管已經(jīng)處于關(guān)斷狀態(tài), A2比較器會持續(xù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)。隨著電感電流IL減小, 電容C2兩端電壓逐漸上升，當外部電感電流IL滿足式(2)：

　　這時電容C2開始對負載供電。當電感電流IL降為0，系統(tǒng)進入電感電流非連續(xù)模式，這時只有電容C2給負載供電，當負載電流ILoad小于IL0時，A2比較器輸出高電平，其控制信號為與非門所屏蔽，不觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。此時外部功率管導通，開始給電感L充電。

　　基準電路與A2比較器電路如圖3所示，左邊為帶隙基準電路，右邊為A2比較器。Q1～Q5和R1～R3組成帶隙結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生帶隙基準電壓VREF，VREF通過電阻分壓產(chǎn)生比較器考電壓VRA2。Q4和Q5的VBE之差為：

　　其中，AE4、AE5為晶體管Q4、Q5的發(fā)射區(qū)面積，比值為N：1，得到基準電壓為：

　　Q6～Q9和R6構(gòu)成A2比較器，BIAS為偏置電壓，D點為正向輸入端，VFB為負向輸入端，VRA2為A2比較器的輸出端。A2比較器主要是根據(jù)負載電流大小，來調(diào)節(jié)占空比大小，減小負載電流波動。

　　由圖3可知，正向端參考電壓為：

　　Q6、Q7偏置相同，Q8為二極管連接方式，當外部功率管導通時，VFB< p>

　　Q9截止，VA2輸出高電平，單穩(wěn)態(tài)不觸發(fā)。當VFB>VRA2，Q9導通，VA2輸出低電平，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)，關(guān)斷外部功率管。

　　3 模擬仿真結(jié)果

　　采用2μm 15V bipolar工藝進行電路設計，電路各模塊和外圍元件的連結(jié)如圖4所示。外圍元件的取值為：L=22μH，RS1=40mΩ，RS2=15Ω，C1=2.2μF，C2=2.2μF。采用Hpsice電路模擬軟件對電路進行模擬驗證。

　　在系統(tǒng)典型工作條件(VIN=3V，T=25℃，VOUT=10.8V)下，系統(tǒng)各端子的瞬態(tài)模擬輸出波形如圖4所示(典型情況下，系統(tǒng)大約只需200μs就達到穩(wěn)定的輸出電壓)。表1為典型工作條件下電學特性的模擬結(jié)果。

　　4 芯片版圖設計

　　雙極工藝相對于CMOS工藝具有噪聲小、速度快、驅(qū)動能力強等優(yōu)點，擁有較高的精度。芯片采用2μm bipolar工藝設計，由于電路結(jié)構(gòu)簡單，器件較少，版圖面積為0.67mm×1.28mm。

　　本文設計了一種用于彩色LCD背光照明的白光LED驅(qū)動芯片。采用PFM控制模式低反饋電阻技術(shù)、負載電流反饋技術(shù)實現(xiàn)低功耗恒流輸出的設計目標。基于 2μm bipolar工藝仿真驗證，在20mA典型應用時，電流調(diào)整率達到0.02mA/V，效率為80.1%。芯片能在8V的電源電壓下穩(wěn)定工作，最大靜態(tài)電流為152μA。該芯片擁有低功耗、電壓電流紋波系數(shù)小、成本低等優(yōu)點。