有效實(shí)現(xiàn)LED電流的漸進(jìn)啟動(dòng)/停止

     采用安森美的NCP5604產(chǎn)品，在獲得精確匹配電流后，能精確驅(qū)動(dòng)任何顯示屏背光或小功率手電筒中的一組四個(gè)led。由連接著IREF引腳和接地的外部電阻器設(shè)定輸出電流后，啟動(dòng)引腳直接控制芯片。此輸出端提供給每個(gè)LED恒定的電流，使之在幾百微秒內(nèi)上升到設(shè)定值，借助參考引腳實(shí)現(xiàn)LED電流漸進(jìn)啟動(dòng)/停止。這種定制照明系統(tǒng)狀態(tài)的方法相對(duì)簡(jiǎn)便，并已獲廣泛應(yīng)用。本應(yīng)用描述了該漸進(jìn)技術(shù)相關(guān)的電路。

　　參考電流

　　輸出電流是通過(guò)設(shè)定流入外部電阻器的參考電流來(lái)設(shè)定的。如圖1所示，內(nèi)部子電路提供外部電阻600 mV的偏置電壓。IREF引腳上的電壓通過(guò)連接到NMOS M3的運(yùn)算放大器U1和根據(jù)精確內(nèi)置帶隙電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生的600 mV參考電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。流經(jīng)外部電阻器R2的電流通過(guò)PMOS M1 & M2產(chǎn)生鏡像，在硅片級(jí)調(diào)整M1/M2大小，獲取1:10的比例。如此，M1流過(guò)1mA時(shí)，M2漏極可產(chǎn)生10mA。

　　電流流經(jīng)NMOS M4/M5產(chǎn)生的電流鏡像，這兩個(gè)器件的凈比例為1:25，此時(shí)10mA可在M5漏極產(chǎn)生250mA電流。由于外部LED連接到該漏極，因而流入LED的電流即為漏極電流，且該值僅與外部電阻器設(shè)定的參考電流和M1/M5總比率的乘積有關(guān)。

　　顯然，子電路設(shè)計(jì)用于支持應(yīng)用中需要的參考電流水平。由于每個(gè)LED最大負(fù)載電流為25 mA，參考電流最大值為100mA。如果外部電阻器下降到5.2 kΩ以下，參考電流將下降，且LED電流不能進(jìn)一步增大，參見(jiàn)NCP5604數(shù)據(jù)表中的公差。

　　上電次序

　　假設(shè)芯片連接到適當(dāng)?shù)碾娫矗ㄖ肰bat最小值為3V，最大值為5.5 V），啟動(dòng)引腳設(shè)置為高時(shí)，內(nèi)置系統(tǒng)被啟動(dòng)，參見(jiàn)圖2。此時(shí)，外部?jī)?chǔ)能電容充電完成前，LED無(wú)電流流過(guò)，Vout電壓必須高于正向電流產(chǎn)生前的LED Vf。另一方面，有意限制電池的啟動(dòng)輸入電流，儲(chǔ)能電容上電壓的上升時(shí)間同樣受到限制，而啟動(dòng)LED需要200ms。當(dāng)然，對(duì)肉眼來(lái)說(shuō)，200ms極快，同時(shí)對(duì)最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)，該照明轉(zhuǎn)瞬即逝。

　　另一方面，若LED關(guān)斷，或正向電流關(guān)閉，儲(chǔ)能電容緩慢放電：轉(zhuǎn)換器不會(huì)從零重新啟動(dòng)，無(wú)需200ms也可達(dá)到LED Vf。

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　　漸進(jìn)啟動(dòng)/停止過(guò)程

　　基本概念是當(dāng)啟用信號(hào)設(shè)置為高或低時(shí)，逐漸打開(kāi)/關(guān)閉LED，而不使用MCU端口上額外的輸入/輸出引腳。由于芯片未集成可編程寄存器，不可能用純數(shù)字的方法提供該功能。替代方法是采用連接內(nèi)置參考電流的模擬結(jié)構(gòu)以控制LED電流。

　　可以用偽鏡像結(jié)構(gòu)中的NPN晶體管開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的應(yīng)用，強(qiáng)制參考電流按照如圖3的PSPICE模型所示流入IREF引腳。電流鏡像代表NCP5604電路，漸進(jìn)功能用晶體管Q1和相連網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。電阻R2形成最大參考電流，從而實(shí)現(xiàn)LED最大正向電流流入?；旧?，啟動(dòng)信號(hào)用于對(duì)連接在晶體管Q1基極/接地之間的電容C1進(jìn)行指數(shù)式充電。一旦電壓達(dá)到晶體管Vbe時(shí)，集電極電流流過(guò)，強(qiáng)制參考電流斜率根據(jù)R1/C1網(wǎng)絡(luò)達(dá)到所需的時(shí)間。最后，Q1集電極電壓受NCP5604提供的恒定電壓鉗制，參考電流為(Vref-Vcesat)/R2。一般來(lái)說(shuō)，集電極/發(fā)射極壓降較?。ǚ秶?0 mV），在無(wú)高精度要求的應(yīng)用中可以忽略。

　　但是，計(jì)算外部電阻器時(shí)將其納入考慮范圍可適當(dāng)補(bǔ)償這種壓降。PSPICE模型捕捉的波形展示了這種電路特性（圖4）。

　　可以看到，關(guān)閉時(shí)的曲線比打開(kāi)時(shí)平緩，原因是兩個(gè)時(shí)間段的參考電壓有很大不同。盡管這并非關(guān)鍵性問(wèn)題，但一些應(yīng)用可能需要更對(duì)稱(chēng)的時(shí)序，可以將額外電阻連接到小信號(hào)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖6根據(jù)圖5 PSPICE基本電路圖給出了波形，說(shuō)明了通過(guò)接入D2和R8可以實(shí)現(xiàn)的性能。

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　　典型應(yīng)用如圖7所示，時(shí)序可以調(diào)整，以便應(yīng)對(duì)不同的狀態(tài)。任何情況下，延遲電容（圖7電路圖中的C5）必須為陶瓷型，以減小漏電流，低成本的電解電容不適合在這應(yīng)用。如前所述，無(wú)需MCU的額外輸入/輸出即可激發(fā)漸進(jìn)時(shí)序，啟動(dòng)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)兩種功能。

　　另一方面，電流參考電阻（圖7電路圖中的R3）減小到5.6 kΩ時(shí)，可補(bǔ)償晶體管Q1的Vcesat。

　　圖8、圖9中的波形說(shuō)明了采用Rb=1.3 MΩ/Cbe=2.2mF產(chǎn)生軟啟動(dòng)時(shí)，輸出至4個(gè)LED的電流均為25 mA。當(dāng)然，通過(guò)調(diào)整Rb/Cbe網(wǎng)絡(luò)可以增加或減小斜升延遲。但1.5 MΩ以上的Rb值將造成系統(tǒng)對(duì)環(huán)境噪聲敏感。如前所述，Cbe電容不可采用低成本電解電容，必須采用陶瓷型電容，以實(shí)現(xiàn)所期望的長(zhǎng)時(shí)序。

　　可以采用小信號(hào)NMOS器件替代外部晶體管Q1，如BSS138。由于門(mén)極輸入不吸收電流，可以產(chǎn)生更大時(shí)延。雖然還可以采用更小的器件運(yùn)行這種應(yīng)用，但必須避免所選NMOS的大Rdson造成的非受控工作電流。實(shí)際上，對(duì)于Rdson額定值為5000Ω的器件，上述參數(shù)變化較大（在整個(gè)溫度范圍內(nèi)大概為1:2），且輸出電流同時(shí)變化，使得LED亮度不均勻。因此，必須選擇Rdson較小的器件，以確保LED在正常工作中可準(zhǔn)確控制。

　　另外，由于NMOS的Vt大于雙極型器件Vbe的兩倍，采用NMOS器件一般不會(huì)在開(kāi)始時(shí)序上增加工作延遲：Vbe為0.6 V時(shí)，范圍在1.5 V。圖10和圖11中的PSPICE波形解釋了這種狀態(tài)。設(shè)計(jì)人員可選擇適當(dāng)?shù)钠骷?lèi)型，實(shí)現(xiàn)這種功能。

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　　圖7所示的電路圖按照軟啟動(dòng)觀點(diǎn)的預(yù)期進(jìn)行工作，但由于EN為低時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)關(guān)閉直流/直流轉(zhuǎn)換器，停止時(shí)序突然縮短，造成其它停止時(shí)序不相關(guān)。為避免形成這樣的機(jī)制，當(dāng)停止時(shí)序?yàn)殛P(guān)鍵問(wèn)題時(shí)，應(yīng)采用額外無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。圖12中的電路圖說(shuō)明了將R/C/D網(wǎng)絡(luò)連接到EN引腳方面的改進(jìn)。

　　當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)升高時(shí)，二極管D1對(duì)電容C5快速充電，并且在EN引腳上產(chǎn)生一個(gè)可以忽略的延遲。但啟動(dòng)信號(hào)降低時(shí)，情況有所不同：此時(shí)與電容C5相連的電阻R2產(chǎn)生一個(gè)延遲，使直流/直流轉(zhuǎn)換器保持足夠長(zhǎng)時(shí)間的工作，在關(guān)閉過(guò)程中產(chǎn)生漸進(jìn)的調(diào)光。如果EN引腳永久連接到高（可能為Vbat），將NMOS用作

 
啟動(dòng)/關(guān)閉系統(tǒng)，或者如圖13和圖14所示，提供一個(gè)額外控制NMOS的引腳，便獲得更精確的時(shí)序設(shè)定。