图5给出了芯片模拟调光过程仿真图。从图中可以看到， 当DIM引脚电压逐渐降低时， LED平均电流IL也开始按一定比例降低， 在DIM引脚电压低于0.3 V时， 功率管被关断， LED电流下降到零。这就说明模拟调光模块能很好的控制LED驱动电流大小。
图5 模拟调光过程仿真图
图6给出了PWM调光等效电路图， 通过在DIM引脚加入可变占空比的PWM信号就可以改变输出电流， 从而实现PWM调光。
图6 PWM调光等效电路图
图6中， 当DIM由高变低， 小于VT_L时， 使能变EN为高。此时VT选通为VT_H， 当DIM由低变高， 高于VT_H时使能转换， 并实现一定的电压迟滞。如果输入信号是PWM信号， 同样通过上述工作过程， 这样EN输出同样为PWM信号， 控制内部功率管的开关， 从而达到控制输出电流的目的。
图7给出了当DIM输入典型值20 kHz、占空比为50%的PWM方波时， 输出电流波形。从图中可以看到在DIM引脚输入一定占空比的方波时，LED的平均电流与PWM方波的占空比成正比， 因此通过设定PWM方波的占空比， 就可以改变LED平均电流的大小。
图7 PWM调光波形图
由上图还可以看出， 当输出一个电感电流周期时， PWM方波具有最小的占空比， 约为4%，此时最大调光比为25:1。显然， 采用周期越长，频率越低的PWM方波进行数字调光所获得的调光比就越高， 但考虑到人眼的视觉暂留效应， 为防止输出LED电流频率过低引起闪烁， 应用时一般设置最低fDIM=100 Hz， 此时最大调光比可高达5000:1。
3 仿真结果
本文基于1 μm 40 V CSMC工艺模型， 使用HSPICE软件， 对整体芯片进行了仿真验证。
表1给出了典型条件下， 采样电阻RS=0.33ohm， 电感L=100 μH时， 在不同的电源电压， 不同LED连接数目下， LED输出电流精度。芯片由于采样延迟、采样精度、驱动级延迟等因素， 会导致输出电流产生误差。在不同的电源电压和负载条件下， 从表一中可以看到输出电流精度均能很好的控制在5.5%以内。同时也可以看到， 要实现较好的电流精度， 固定负载下需要相应的电源电压与之匹配。
表1 输出电流精度
4 结束语
本文基于1 μm 40 V CSMC高压工艺， 设计了一种宽电压输入、大电流、高调光比LED恒流降压驱动芯片。在滞环电流控制模式下， 芯片具有结构简单、动态响应快、不需要补偿电路等优点。通过DIM引脚， 芯片可以方便的进行LED开关、模拟调光和宽范围的PWM调光。仿真结果表明， 当输入电压从8 V变化到30 V时， 芯片输出电流最大偏差不超过5.5%。此外， 在芯片驱动7个LED时， 效率可高达97%。
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