專(zhuān)利名稱(chēng)：用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)led的電流源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED(發(fā)光二極管)的電流源電路。
背景技術(shù)：
白光LED目前在手持設(shè)備(手機(jī)、MP3、MP4等)中已得到廣泛的應(yīng)用。
LED驅(qū)動(dòng)電路一般可分成二種，一種是串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，采用電感型DC-DC升壓轉(zhuǎn)換原理，所有LED串聯(lián)連接；另一種是并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，采用電容型的電荷泵倍壓原理，所有LED并聯(lián)連接。
串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式可以保證所有LED流過(guò)的電流完全一致，這樣各通道LED能夠保證亮度匹配度。對(duì)于一個(gè)較大的顯示屏，它會(huì)需要多個(gè)白光LED來(lái)做為背光，串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式可以提供相當(dāng)好的LED電流匹配精度，從而達(dá)到均勻的顯示亮度。
但是串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)很大的問(wèn)題就是EMI(電磁干擾)問(wèn)題，由于串聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)管工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過(guò)程是一個(gè)干擾源，外接的電感會(huì)使得干擾的輻射現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，尤其在移動(dòng)通信終端，會(huì)對(duì)移動(dòng)通信終端的接收靈敏度帶來(lái)很大的影響。
而并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路，由于是采用電容的電荷泵升壓原理，那么它對(duì)外形成的EMI干擾就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路。但是在并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路中，如何保證各個(gè)并聯(lián)LED電流的匹配度是值得關(guān)注的問(wèn)題。
在現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)LED的電流源電路中，一般通過(guò)鏡像一個(gè)小電流(uA級(jí))來(lái)得到LED所需的大電流(mA級(jí))。
如圖1和圖2所示，IB為其它電路所提供的電流基準(zhǔn)，V1和V2可以為同一個(gè)或不同電壓源。VDROP為電流源輸出所需電壓。
如圖1所示，在構(gòu)成電流鏡的NMOS管M2和M1的漏端電壓相等的情況下，M2與M1電流之比為
IM2/IM1＝(W2/L2)/(W1/L1) (1)W2、L2為M2的溝道長(zhǎng)度和溝道寬度，W1和L1為M1的溝道長(zhǎng)度和溝道寬度。
其設(shè)計(jì)缺陷在于因?yàn)長(zhǎng)ED正向?qū)▔航挡煌?，從而MOS管M2的源漏電壓VDS2并不等于M1的源漏電壓VDS1，這樣由“溝道調(diào)制效應(yīng)”引起的M2的電流變化會(huì)比較大。并且在VDS2很小的情況下，M2管進(jìn)入線(xiàn)性區(qū)，輸出電流會(huì)下降很多。這樣很難達(dá)到LED之間的電流匹配精度的要求。在并聯(lián)LED驅(qū)動(dòng)電路中，通常，要求LED間的電流匹配精度在0.5％到3％之間。
如圖2所示，在運(yùn)算放大器A1沒(méi)有失調(diào)電壓的情況下，MOS管M1電流與基準(zhǔn)電流之比為IM1/IB＝R1/R2(2)該電流源電路的缺陷是1、R2會(huì)承載壓差，這樣一部分功耗消耗在了電阻上，降低了效率。并且在大輸出電流情況下，電阻R2上消耗的功耗會(huì)顯著增加。對(duì)于輸出級(jí)的效率Eff，可以計(jì)算為Eff＝(V2-VDROP)/V2(3)顯然，VDROP增大，效率會(huì)降低。
2、電阻R1和R2需要高匹配度，在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)會(huì)有困難。
3、上述1和2兩點(diǎn)構(gòu)成了矛盾，更增加了電路實(shí)現(xiàn)的困難。因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)高匹配度的電阻，在通常的工藝情況下，電阻值不可能太小。
4、由于運(yùn)算放大器A1失調(diào)電壓VOS直接疊加到小電阻R2上，降低了輸出電流的精度。見(jiàn)公式4。
IR2＝(R1/R2)×IR+VOS/R2(4)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，其既可以保證驅(qū)動(dòng)級(jí)的工作效率，同時(shí)又保證各通道LED間具有良好的電流匹配精度。
本發(fā)明所提供的一種用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，包括構(gòu)成電流鏡的晶體管M1、M2和一與晶體管M1相連的基準(zhǔn)電流源IB，以及一運(yùn)算放大器A1，其特征在于所述晶體管M1的漏端電壓被采樣至運(yùn)算放大器A1的正輸入端，所述晶體管M2的漏端電壓被采樣至運(yùn)算放大器A1的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A1的輸出端連接至構(gòu)成電流鏡的晶體管M1和晶體管M2的柵端。
在上述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路中，構(gòu)成電流鏡的晶體管是NMOS管。
在上述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路中，構(gòu)成電流鏡的晶體管是PMOS管。
在上述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路中，構(gòu)成電流鏡的晶體管是NPN管。
在上述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路中，構(gòu)成電流鏡的晶體管是PNP管。
在上述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路中，運(yùn)算放大器A1的直流開(kāi)環(huán)增益設(shè)置在40dB以上。
在上述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路中，晶體管M1和晶體管M2對(duì)應(yīng)端電壓相等。
由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有(圖1所示)用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路中的電流鏡進(jìn)行改進(jìn)，引入運(yùn)算放大器構(gòu)成的控制環(huán)路，通過(guò)運(yùn)放放大器的控制使得構(gòu)成電流鏡的兩個(gè)晶體管M1、M2，如NMOS管，其源漏壓差相等，從而消除了溝道調(diào)制效應(yīng)，即便在不同的LED情況下，電流鏡都可以保證所設(shè)計(jì)比例關(guān)系，并且在很低的源漏電壓情況下，M1和M2進(jìn)入到線(xiàn)性區(qū)，依然可以得到較好的比例關(guān)系。這樣一個(gè)設(shè)計(jì)保證了電流鏡比例幾乎不隨LED特性而變化，同時(shí)又允許較低的電流源輸出電壓VDROP，從而使得電路有比較高的轉(zhuǎn)換效率。因此本發(fā)明用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED，既可以保證驅(qū)動(dòng)級(jí)的工作效率，同時(shí)又保證各通道LED間具有良好的電流匹配精度。


圖1是現(xiàn)有一種用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路的原理圖；圖2是現(xiàn)有另一種用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路的原理圖；圖3是本發(fā)明用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路的實(shí)施例的原理圖；
圖4是本發(fā)明電流源電路實(shí)際應(yīng)用的原理圖。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，本發(fā)明用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，包括構(gòu)成電流鏡的NMOS管M1、M2和一與NMOS管M1相連的基準(zhǔn)電流源IB，以及一運(yùn)算放大器A1。
NMOS管M1的漏端電壓被采樣至運(yùn)算放大器A1的正輸入端，輸出電流NMOS管M2的漏端電壓被采樣至運(yùn)算放大器A1的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A1的輸出接至構(gòu)成電流鏡的NMOS管M1和M2的柵端。由于運(yùn)算放大器A1的直流開(kāi)環(huán)增益在40dB以上，所以能夠保證A1的正負(fù)輸入端電壓相等。NMOS管M1的柵端、漏端、源端、襯底電壓與NMOS管M2的對(duì)應(yīng)端電壓相等，所以相互之間的電流比例等于其寬長(zhǎng)比之比IM2/IM1＝(W2/L2)/(W1/L1) (5)W2、L2為M2的溝道長(zhǎng)度和溝道寬度，W1和L1為M1的溝道長(zhǎng)度和溝道寬度。因此電流鏡比例關(guān)系不受LED特性或者其它器件特性的影響，即使在由于LED導(dǎo)通壓降比較大所導(dǎo)致的M2管源漏電壓VDS2很低的情況下，輸出電流依然能夠保證高的一致性。
本發(fā)明電流源電路制成芯片，用于驅(qū)動(dòng)多通道白光LED，應(yīng)用要求各通道LED電流保證高的匹配度。而實(shí)際應(yīng)用中，不同LED在相同電流情況下的導(dǎo)通壓降差別比較大，可能會(huì)達(dá)到200mV，甚至更多。
圖4為實(shí)際的電路示意圖。其中V1為輸入電壓；V2為芯片內(nèi)部電路變換出來(lái)的驅(qū)動(dòng)LED的電壓，它是根據(jù)LED的導(dǎo)通壓降以及電流源所需要的工作電壓VDROP所決定的。IB1和IB2為其它模塊所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流源，其電流相等。
所有LED的陽(yáng)極都接至同一個(gè)電位V2，由于D1、D2兩個(gè)LED的導(dǎo)通壓降并不相等，導(dǎo)致了MOS管M1與M2的漏端電壓不相等。這樣LED特性的差別在本電路中會(huì)得到補(bǔ)償。
舉例說(shuō)明若D1的導(dǎo)通壓降大于D2的導(dǎo)通壓降，會(huì)導(dǎo)致VDROP2＜VDROP1’由于運(yùn)算放大器的控制作用，MOS管M2的柵極電位會(huì)比M4的柵極電略高，因此M2的電流依然可以保證為IM2/IB1＝(W2/L2)/(W1/L1)(6)M4的電流為IM4/IB2＝(W4/L4)/(W3/L3)(7)由于IB2＝IB1，因此只要寬長(zhǎng)比例相等IM2＝IM4(8)W和L分別為對(duì)應(yīng)MOS管的溝道寬度和溝道長(zhǎng)度。
相比圖1和圖2所示方案，在同樣應(yīng)用條件下(V1＝3.6V，驅(qū)動(dòng)白光LED，電流輸出為20mA，兩通道LED輸出)。若由于LED壓降的不同，VDROP1＝200mV，VDROP1＝400mV。這種結(jié)構(gòu)中D1和D2兩個(gè)LED的電流匹配度在±0.5％以?xún)?nèi)。圖1所示電流源的電流精度在±30％以?xún)?nèi)。圖2所示的電流源的電流精度在±4％以?xún)?nèi)。
基于上述同樣的應(yīng)用條件，如果LED導(dǎo)通壓降相等，對(duì)于本電流源電路，電流源上損失壓降VDROP只需200mV，而圖2所示方法需要400mV。
顯然本發(fā)明電流源電路同時(shí)保證了高的電流精度和高的轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、由于LED特性的變化導(dǎo)致輸出NMOS管M2的源、漏端電壓VDS2變化，在本發(fā)明所構(gòu)造的電路中，可以通過(guò)引入運(yùn)算放大器進(jìn)行環(huán)路控制，調(diào)整構(gòu)成電流鏡的NMOS管M1、M2的柵極電壓，來(lái)補(bǔ)償LED特性的變化。在由于LED特性所導(dǎo)致的VDS2電壓較低的情況下電流源管的柵極電壓會(huì)被抬升，反之亦然，這樣起到了補(bǔ)償LED特性變化的作用。所以能夠保證在各種LED情況下，輸出NMOS管M2能夠以恒定電流驅(qū)動(dòng)LED。
2、即便NMOS管M2和M1進(jìn)入線(xiàn)性區(qū)，只要提供的基準(zhǔn)電流IB，M2與M1的電流比依然可以保持由式4所給出的比例關(guān)系，這樣可以減小大電流輸出對(duì)M2的尺寸要求，即允許使用相對(duì)較小尺寸的M2來(lái)驅(qū)動(dòng)大電流。
3、綜合上述1、2兩點(diǎn)，由于這種電流鏡比例關(guān)系不依賴(lài)于其它器件(如電阻等)，所以電流源上損失的電壓即VDROP電壓比圖1和圖2所示方案所要求的要小。
因此，本發(fā)明電流源結(jié)構(gòu)不僅保證了輸出電流的精度，還能夠保證高的轉(zhuǎn)換效率。
以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇之內(nèi)，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。而納入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，包括構(gòu)成電流鏡的兩個(gè)晶體管(M1、M2)和一與晶體管(M1)相連的基準(zhǔn)電流源(IB)，以及一運(yùn)算放大器(A1)，其特征在于所述晶體管(M1)的漏端電壓被采樣至運(yùn)算放大器(A1)的正輸入端，所述晶體管(M2)的漏端電壓被采樣至運(yùn)算放大器A1的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器(A1)的輸出端連接至構(gòu)成電流鏡的晶體管(M1)和晶體管(M2)的柵端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，其特征在于所述的構(gòu)成電流鏡的晶體管是NMOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，其特征在于所述的構(gòu)成電流鏡的晶體管是PMOS管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，其特征在于所述的構(gòu)成電流鏡的晶體管是NPN管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，其特征在于所述的構(gòu)成電流鏡的晶體管是PNP管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，其特征在于所述運(yùn)算放大器(A1)的直流開(kāi)環(huán)增益設(shè)置在40dB以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，其特征在于所述晶體管(M1)和晶體管(M2)對(duì)應(yīng)端電壓相等。
全文摘要
一種用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED的電流源電路，包括構(gòu)成電流鏡的NMOS管(M1、M2)和一與NMOS管(M1)相連的基準(zhǔn)電流源(I
文檔編號(hào)H05B33/08GK1802057SQ20061002333
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日
發(fā)明者余興智, 孫洪軍 申請(qǐng)人:啟攀微電子(上海)有限公司