本發(fā)明涉及被配置為從電壓源向多個負載供應(yīng)恒定電流的驅(qū)動電路。注意到,本發(fā)明涉及對車輛中的LED(發(fā)光二極管)串的驅(qū)動。
背景技術(shù):
實際中,LED便宜并且僅需要有限功率,因而當(dāng)可用功率有限時,LED串被廣泛地用于直接照明或者背景照明(backlighting)。此外,LED具有大范圍的顏色、其是可靠的并且提供長壽命的照明。然而,為了獲得穩(wěn)定的亮度并防止過熱或過電流故障,LED必須由恒定的電流源來驅(qū)動。因此為了以適配的恒定電流來驅(qū)動不同的LED串,要求適配由電壓源(例如電池)提供的電流。
此外,還必須注意到,串聯(lián)耦接LED確保了LED的相似亮度,但是可以被串聯(lián)耦接的LED的數(shù)量由于LED串上的累積電壓降而受限。因此有必要使用多個LED串,不同的LED串被并聯(lián)耦接。
因此,需要從電壓源向多個LED串提供恒定電流。
在現(xiàn)有技術(shù)中,具有(enable)這樣的特征的驅(qū)動電路是已知的。例如,文獻US 2009/0187925公開了一種包括:與每個LED串相關(guān)聯(lián)的多個線性電流調(diào)節(jié)器的驅(qū)動電路,以及經(jīng)由預(yù)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電源的輸出電壓的反饋控制電路,根據(jù)多個LED串上的最高電壓降來實現(xiàn)所述調(diào)整。
然而,如文獻US 2009/0187925中公開的驅(qū)動電路要求很多組件,因而是昂貴的。
因此本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種使得能夠從電壓源向諸如LED串的多個負載提供恒定電流的便宜的驅(qū)動電路。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
因此,本發(fā)明涉及一種驅(qū)動電路,其包括:
-電壓源,
-彼此并聯(lián)耦接的多個負載支路,負載支路包括與相關(guān)聯(lián)的功率電路串聯(lián)耦接的負載,所述功率電路被配置用于提供對相關(guān)聯(lián)的負載中的電流的局部(local)調(diào)節(jié),并且其中驅(qū)動電路還包括耦接到所述多個負載支路并被配置用于提供全局負反饋功能的反饋控制回路。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,負載包括串聯(lián)耦接的LED串。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面,功率電路由晶體管和電阻器組成。
根據(jù)本發(fā)明的另外的方面,功率電路包括:功率晶體管、第一電阻器和第二電阻器,其中功率晶體管的集電極耦接到負載,并且功率晶體管被配置用于驅(qū)動通過負載的電流,第一電阻器耦接到功率晶體管的發(fā)射極并被配置用于平衡所述多個功率電路中的功率晶體管的電流,而第二電阻器耦接到功率晶體管的基極并被配置用于控制功率晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,反饋控制回路由反饋晶體管和感測電阻器組成。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面,反饋晶體管的基極耦接到所述多個功率電路的第一電阻器,發(fā)射極耦接到地并且集電極耦接到所述多個功率電路的第二電阻器,感測電阻器一側(cè)耦接到反饋晶體管的基極,另一側(cè)耦接到反饋晶體管的發(fā)射極。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,驅(qū)動電路包括與所述多個負載支路并聯(lián)耦接的偏置電路,所述偏置電路包括耦接到所述多個功率電路的第二電阻器的連接點P1。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,反饋晶體管的集電極耦接到偏置電路的連接點。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面,偏置電路包括電阻器,該電阻器一側(cè)耦接到連接點而另一側(cè)耦接到電壓源。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,偏置電路包括電流發(fā)生器電路,所述電流發(fā)生器電路被配置用于供應(yīng)恒定的偏置電流。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,電流發(fā)生器電路由生成晶體管、二極管和電阻器組成。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面,生成晶體管的集電極耦接到連接點,生成晶體管的發(fā)射極經(jīng)由電阻器耦接到電壓源,生成晶體管的基極經(jīng)由另一電阻器耦接到地,并且電壓源經(jīng)由串聯(lián)耦接的第一二極管和第二二極管耦接到生成晶 體管的基極。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,驅(qū)動電路包括熱限制電路,該熱限制電路被配置用于在溫度上升到預(yù)定閾值之上時限制供應(yīng)負載的電流。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,熱保護電路由負溫度系數(shù)熱敏電阻器、限制晶體管和電阻器組成。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面,限制晶體管的發(fā)射極耦接到反饋晶體管的發(fā)射極,限制晶體管的集電極耦接到反饋晶體管的集電極,限制晶體管的基極經(jīng)由串聯(lián)耦接的負溫度系數(shù)熱敏電阻器和電阻耦接到限制晶體管的集電極,并且限制晶體管的基極經(jīng)由另一電阻器耦接到反饋晶體管的發(fā)射極。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,電壓源是電池。
附圖說明
根據(jù)以下描述,本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更清楚地顯現(xiàn)?;诟綀D來實現(xiàn)所述描述,其中附圖以非限制的方式表示可能的實施例。
在這些圖上:
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的恒定電流驅(qū)動電路的示圖;
圖2a是根據(jù)本發(fā)明的負載支路的示圖;
圖2b是等效于圖2a的負載支路的電路的示圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的恒定電流驅(qū)動電路的示圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的恒定電流驅(qū)動電路的示圖;
圖5是保護電路的示圖。
在這些圖上,相同的參考標(biāo)號指代具有相同功能的元件。此外,對于包括標(biāo)號和索引的指代,標(biāo)號指代具有共同的功能的元件的種類,而索引指代種類中的特定元件。例如,指代7指代任何或全部LED,而指代71指代特定的LED。
具體實施方式
術(shù)語“LED”指代縮寫發(fā)光二極管。
術(shù)語“NPN”和“PNP”指代晶體管的類型,尤其是用在晶體管中的結(jié)的類型。NPN晶體管包括具有公共的P層的兩個P-N結(jié),而PNP晶體管包括具有公共的N層的兩個P-N結(jié)。N層指代具有過量電子的層而P層指代 具有過量空穴的層。
術(shù)語“MOSFET”指代縮寫金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
用于定義電路的“由......組成”用于在電路中的組件方面進行限制,但是用于耦接不同元件的諸如線纜或印刷電路鏈路的耦接元件可以被添加來獲得電路,即使這樣的耦接元件沒有被列出。
以下的實施例僅是示例。雖然說明書涉及一個或幾個實施例,但是未必意味著每次指代都是指相同的實施例或者特征僅應(yīng)用于單一實施例。不同實施例的簡單特征也可以被組合來提供其它實現(xiàn)方式。
圖1表示恒定電流驅(qū)動電路1的實施例,其包括功率電路9和電流控制電路,所述電流控制電路包括偏置電路6和反饋控制環(huán)路11。
恒定電流驅(qū)動電路1被配置用于驅(qū)動彼此并聯(lián)耦接的被標(biāo)注21、22......2n的多個負載支路2。負載支路2的標(biāo)注為T1、T2......Tn的第一端子T被耦接到電壓源5,例如電池的正極(post)。由電池傳遞的電壓被標(biāo)注為Vbat。負載支路2包括經(jīng)由標(biāo)注為T'1、T'2......T'n的中間連接點T'與功率電路9串聯(lián)耦接的負載3。
在本示例中,負載3由串聯(lián)耦接的三個LED 7的串組成,但是如果LED 7的串上的電壓降可接受,則也可以使用任何其它數(shù)量的LED 7。第一支路21的LED被標(biāo)注為711、712和713。每個負載3一側(cè)被耦接到電壓源5,并且另一側(cè)被耦接到相關(guān)聯(lián)的功率電路9。
圖2a表示單個負載支路2,其包括耦接到功率電路9的三個LED 7的負載3。功率電路9包括被稱為功率晶體管Tr的NPN雙極晶體管,其集電極耦接到負載3。功率晶體管Tr的發(fā)射極被耦接到第一電阻器R1的第一端子。第一電阻器R1的第二端子被耦接到反饋控制環(huán)路11的輸入。功率晶體管Tr的基極被耦接到第二電阻器R2的第一端子。第二電阻器R2的第二端子耦接到偏置電路6的連接點P1。連接點P1對應(yīng)于電壓Vc,該電壓Vc取決于Vbat和驅(qū)動電路1的其它元件。圖1中所示的驅(qū)動電路使得能夠?qū)崿F(xiàn)對不同負載3的驅(qū)動電流的全局(global)調(diào)節(jié)。
偏置電路6包括偏置電阻器R0,偏置電阻器R0一側(cè)耦接到電壓源5并且另一側(cè)耦接到連接點P1。連接點P1耦接到功率電路9并耦接到反饋控制環(huán)路11的輸出。提供偏置電阻器R0用于向功率電路9和反饋控制回路11供應(yīng)偏置電流。
反饋控制回路11耦接到多個功率電路9,并且被配置為提供全局負反饋功能。
反饋控制回路11包括被稱為反饋晶體管Tf的NPN晶體管以及反饋電阻器或感測電阻器Rf。反饋晶體管Tf的基極耦接到反饋控制回路11的輸入。反饋控制回路的每個輸入分別耦接到多個功率電路9的第一電阻器R1的第二端子。反饋晶體管Tf的發(fā)射極耦接到地Gd,并且反饋晶體管Tf的集電極耦接到反饋控制回路11的輸出,并進而耦接到偏置電路6的連接點P1。電阻器Rf一側(cè)耦接到反饋晶體管Tf的基極,并且另一側(cè)耦接到反饋晶體管Tf的發(fā)射極。
參照圖1和圖2a,由于充當(dāng)對于穿過負載3的電流的感測元件的反饋電阻器Rf提供的反作用(counter reaction),功率晶體管Tr充當(dāng)電流調(diào)節(jié)器。
圖2a的功率電路9用作公共集電極放大器、電流放大器,并且可以近似為如圖2b中所示的電流發(fā)生器Gc,,其中,由電流發(fā)生器驅(qū)動的電流被標(biāo)注為Ig。用于一個負載支路的由發(fā)生器Gc傳遞的電流Ig的值給出為:
Ig=VBE-Tf/(n.Rf),(1)
其中,VBE-Tf是反饋晶體管Tf的發(fā)射極和基極之間的電壓降,而n是負載支路2的數(shù)量。
由于相關(guān)聯(lián)的功率電路9,因此圖1的驅(qū)動電路1的負載3的每個由恒定電流Ig驅(qū)動。
針對在這些晶體管的基極-發(fā)射極電壓(VBE)和電流增益(B)中存在容差,功率電路9中的電阻器R1用于平衡每個功率晶體管Tr的輸出電流。電阻器R1在功率晶體管Tr中引入局部負反饋,以便最小化這些容差的影響。
反饋控制回路11用作作為反相放大器的公共發(fā)射極放大器電路。當(dāng)晶體管Tf的電壓VBE-Tf增大時,電壓Vc將減小。當(dāng)擾動(perturbation)影響驅(qū)動電路1并在電路中產(chǎn)生電流變化時,電路中的此變化產(chǎn)生電壓VBE-Tf的變化和電壓Vc的逆變化。Vc的此逆變化補償了由擾動導(dǎo)致的電流變化,并且將作用于保持電流幾乎恒定。
反饋晶體管Tf與充當(dāng)對于由多個功率電路9傳遞的電流的感測元件的電阻器Rf一起充當(dāng)反饋驅(qū)動器。反饋晶體管Tf使得能夠作用于電壓Vc,進而作用于通過不同的功率電路9的第二電阻器R2的晶體管Tr的基極電流Ib(其中Ib=Ig/B,其中B是晶體管Tr的電流增益)。因此電壓Vc使得能夠控制供 應(yīng)給驅(qū)動電路1的負載3的電流,從而通過反饋控制回路11實現(xiàn)了負反饋功能。
在驅(qū)動電路1中,每個包括與負載3相關(guān)聯(lián)的功率電路9的多個負載支路2與鏈接到多個負載支路2的功率電路9的反饋控制回路11的組合用于提供對傳遞給不同負載3的電流的全局調(diào)節(jié),使得即使由電壓源5傳遞的電流變化,也能夠確保以恒定的電流驅(qū)動負載3。在與LED 7的串對應(yīng)的負載3的情況中,這樣的驅(qū)動電路1因而使得能夠防止由于過電流而導(dǎo)致的故障,并確保驅(qū)動電路1的不同LED 7之間穩(wěn)定和均勻的照明。此外,這樣的驅(qū)動電路1僅需要有限數(shù)量的不同組件,并且因為僅需要晶體管和電阻器,所以所需要的組件是相對簡單和便宜的組件。
為了改善圖1的驅(qū)動電路1并針對由電壓源5提供的電壓的變化提供更好的抗擾性,在偏置電路6中代替電阻器R0可以實施充當(dāng)偏置電流源的電流發(fā)生器電路13,如圖3中表示。此電流發(fā)生器電路13帶來兩個益處:
無論電壓源上的電壓(Vbat)如何變化,其都供應(yīng)關(guān)于偏置電流的近似恒定的輸出;以及
其允許針對公共(common)發(fā)射極放大器類型的反饋控制回路11的更大增益,電流發(fā)生器電路13的交流(AC)等效電阻相比于R0很高。
電流發(fā)生器13包括被稱為生成晶體管Tg的PNP晶體管。生成晶體管Tg的集電極耦接到連接點P1。生成晶體管Tg的發(fā)射極經(jīng)由第三電阻器R3耦接到電壓源5,并且生成晶體管Tg的基極經(jīng)由第四電阻器R4耦接到地。電壓源5經(jīng)由串聯(lián)耦接的第一D1二極管和第二D2二極管耦接到生成晶體管Tg的基極。即使電壓源5的電壓變化大,這樣的電流生成器13也使得能夠確保穩(wěn)定的照明。
此外,為了使得系統(tǒng)安全和避免驅(qū)動電路1的故障,還可以在反饋控制回路11和偏置電路6之間將熱限制電路15添加到驅(qū)動電路1,如圖4中表示。熱限制電路15被配置為當(dāng)溫度上升到預(yù)定閾值上時限制供應(yīng)負載3的電流。例如,閾值可以被設(shè)置為50℃。熱限制電路15包括被稱為限制晶體管Tl的NPN晶體管、負溫度系數(shù)熱敏電阻器17和兩個電阻器R5和R6。限制晶體管Tl的發(fā)射極耦接到反饋晶體管Tf的發(fā)射極。限制晶體管Tl的集電極耦接到偏置電路6的連接點P1。限制晶體管Tl的基極一側(cè)經(jīng)由串聯(lián)耦接的負溫度系數(shù)熱敏電阻器17和第五電阻器R5耦接到連接點P1,另一側(cè)經(jīng) 由第六電阻器R6耦接到反饋晶體管Tf的發(fā)射極。負溫度系數(shù)熱敏電阻器17具有隨著溫度減小的電阻系數(shù),因此如果溫度增加到預(yù)定閾值(在本情況中是50℃)之上,則供應(yīng)給限制NPN晶體管Tl的基極的電流變得足以切換所述限制NPN晶體管Tl處于導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)果,連接點P1連接到地,并且功率電路9的功率晶體管Tr被切換在阻斷狀態(tài),這導(dǎo)致供應(yīng)給負載3電流的減小??梢愿鶕?jù)期望的溫度閾值來選擇負溫度系數(shù)熱敏電阻器17。
因而,熱限制電路15使得在溫度達到預(yù)定閾值時能夠減小供應(yīng)給負載3的電流。此外,熱限制電路15僅需要有限數(shù)量的組件,所述組件是簡單和便宜的組件。
必須注意,熱限制電路15可以與圖3中描述的電流發(fā)生器13組合。
此外,為了保護驅(qū)動電路1和執(zhí)行故障管理的功能,將保護電路19與每個負載支路2關(guān)聯(lián)。此故障管理功能是被稱為“一個故障,則全部故障”的功能。根據(jù)此功能,當(dāng)一個LED故障(開路)時,由驅(qū)動電路1供應(yīng)的全部LED被關(guān)斷,并且向車輛的有關(guān)電子控制單元(ECU)(例如所謂的“車身控制器”)通知此故障。
保護電路19被配置用于檢測例如由于LED 7的故障,而導(dǎo)致供應(yīng)相關(guān)聯(lián)的負載3的電流在預(yù)定閾值之下,并且阻斷其它負載支路2中的功率電路9。
圖5表示保護電路19的示例。其包括輸入端子Pi和輸出端子Po,其中輸入端子Pi要耦接到在相關(guān)聯(lián)的負載支路2的負載3和功率電路9之間的中間連接點T',輸出端子Po要耦接到偏置電路6的連接點P1。保護電路19還包括保護晶體管Tp和控制晶體管Tc??刂凭w管Tc的基極經(jīng)由輸入電阻器Ri耦接到輸入端子Pi并經(jīng)由地電阻器Rg耦接到地,保護晶體管Tp的集電極既經(jīng)由電壓電阻器Rv耦接到電壓源還耦接到控制晶體管Tc的基極。
因此,當(dāng)例如由于相關(guān)聯(lián)的負載3的LED 7的故障,而導(dǎo)致與相關(guān)聯(lián)的負載支路2的中間連接點T'對應(yīng)的輸入端子Pi處的電壓在與用于阻斷控制晶體管Tc的閾值對應(yīng)的預(yù)定閾值之下時,控制晶體管Tc被切換為阻斷狀態(tài)。控制晶體管Tc的這種阻斷狀態(tài)觸發(fā)處于導(dǎo)通狀態(tài)的保護晶體管Tp的切換。實際上,因為控制晶體管Tc處于阻斷狀態(tài),保護晶體管Tp的基極不再連接到地Gd,因此電壓源5的電壓被提供給保護晶體管Tp的基極,導(dǎo)致所述保護晶體管Tp的導(dǎo)通狀態(tài)。然后輸出端子Po連接到地Gd。結(jié)果,偏置電路6 的連接點P1變成連接到地Gd。因此沒有電壓被供應(yīng)給負載支路2的調(diào)節(jié)晶體管Tr的基極,從而調(diào)節(jié)晶體管Tr變成處于阻斷狀態(tài),并且再沒有電流被提供給負載支路2的不同負載3。驅(qū)動電路1的LED 7因此被切斷。因此保護電路19當(dāng)在其輸入端子Pi上檢測到與保護電路相關(guān)聯(lián)的負載3的故障時,使得能夠經(jīng)由其輸出端子Po阻斷多個負載支路2的功率電路9。
因此,當(dāng)諸如LED擊穿(breakdown)的故障發(fā)生在負載之一上時,這樣與每個負載支路2相關(guān)聯(lián)的保護電路19使得能夠阻斷全部負載支路2從而切斷全部LED 7。此外,保護電路19僅需要有限數(shù)量的組件,所述組件是簡單和便宜的組件。
必須注意,保護電路可以與先前描述的驅(qū)動電路1的所有實施例組合。
此外,先前描述的驅(qū)動電路1和保護電路19的晶體管指代雙極晶體管,但是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)也可以使用諸如MOSFET型晶體管的其它類型的晶體管。