專利名稱：高精度可編程恒流驅(qū)動(dòng)白光led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
目前，白光LED已成為一種通用的照明源。用白色LED為顯示器或其他照明設(shè)備做背光源時(shí)，需要提供給LED正向?qū)ǖ母邏汉秃懔黩?qū)動(dòng)，以減小電池電壓變化時(shí)所引起的亮度變化和不同LED之間的亮度不匹配。恒流驅(qū)動(dòng)有兩種方式，串聯(lián)和并聯(lián)驅(qū)動(dòng)LED。串聯(lián)方式保持固有的匹配特性，但需要更高的供電電壓。常用的并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)能力小，且未考慮制造工藝中每一道工序的不確定性和MOS器件的閾值電壓的失配等對(duì)電流精度影響。而這些因素在增大負(fù)載電流時(shí)，電流匹配性及電流精度將受到很大的影響。因此為了提高輸出驅(qū)動(dòng)能力，并且保證高的電流精度，設(shè)計(jì)的恒流源結(jié)構(gòu)考慮了器件的失配，采用自動(dòng)調(diào)零技術(shù)消除放大器的失調(diào)以提高電流輸出精度。為了避免驅(qū)動(dòng)電流超出最大額定 值，使LED管受損，增加了過(guò)流和過(guò)溫保護(hù)電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明了提供了高精度可編程橫流驅(qū)動(dòng)白光LED芯片，使用自動(dòng)調(diào)零技術(shù)在內(nèi)部集成了自動(dòng)調(diào)零運(yùn)算放大器，并采用外接電阻和使能設(shè)計(jì)控制恒定LED驅(qū)動(dòng)電流，可在219V到414V的工作電壓范圍內(nèi)提供3個(gè)不同的恒定驅(qū)動(dòng)電流，最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1A。一種高精度可編程橫流驅(qū)動(dòng)白光LED芯片，包括帶隙基準(zhǔn)電壓源、可編程控制電流電路、8個(gè)相同的內(nèi)部含有自動(dòng)調(diào)零電路的恒流輸出和保護(hù)電路。其中，可編程控制電流電路由運(yùn)算放大器和跟隨器，外接電阻以及使能信號(hào)控制的兩個(gè)管子組成。其中，自動(dòng)調(diào)零電路的恒流輸出由運(yùn)算放大器和功率管構(gòu)成的跟隨器、功率管及開(kāi)關(guān)以及兩個(gè)電阻構(gòu)成。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
請(qǐng)見(jiàn)后文所述。


圖I是設(shè)計(jì)的恒流驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是AZT放大器基本原理圖；圖3是低失調(diào)運(yùn)算放大器的電路圖；圖4是不同的溫度輸出電流ILED與ILED/ISET的圖；圖5是不同模型參數(shù)下輸出電流ILED與ILED/ISET的結(jié)果；圖6是外接電阻控制輸出電流圖；圖7是輸出電流隨電源電壓的變化圖；圖8是恒流驅(qū)動(dòng)電路芯片照片；圖9是輸出電流ILED與ILED/ISET的測(cè)試結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的較佳的實(shí)施例，這些實(shí)施例并非限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例I本發(fā)明提供的一種高精度可編程橫流驅(qū)動(dòng)白光LED芯片的結(jié)構(gòu)如圖I所示。整個(gè)芯片可以分為4個(gè)部分帶隙基準(zhǔn)電壓源、可編程控制電流電路、8個(gè)相同的內(nèi)部含有自動(dòng)調(diào)零電路的恒流輸出和保護(hù)電路?？删幊炭刂齐娏麟娐酚蛇\(yùn)算放大器Al和Ml管構(gòu)成的跟隨器，外接電阻RSETl，RSET2以及使能信號(hào)ENl，EN2控制的兩個(gè)管子組成。8個(gè)含有自動(dòng)調(diào)零電路的恒流輸出由A2和功率管M3構(gòu)成的跟隨器、M2及開(kāi)關(guān)SI，S2和S3以及兩個(gè)電阻Rl和R2構(gòu)成。通過(guò)設(shè)置不同的RSETl和RSET2值產(chǎn)生不同的電流。從結(jié)構(gòu)圖上容易看出，流過(guò)LED的電流ILED為 「 n T e Va — Vos e KIset Ri — Vos
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j式中，VA是A點(diǎn)的電壓，VOS是運(yùn)算放大器A2的失調(diào)電壓。VREF是內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。從式⑴不難看出，驅(qū)動(dòng)電流ILED大小和M2與Ml鏡像比例N、基準(zhǔn)電壓VREF，R1和R2的比值、RSETX以及運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓有關(guān)。因此，要保證輸出電流的精度，不僅要考慮基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性和電阻的匹配性，也要考慮運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓。自動(dòng)調(diào)零技術(shù)(AZT)是一種采樣技術(shù)，通過(guò)對(duì)低頻噪聲和失調(diào)進(jìn)行采樣，然后在運(yùn)算放大器的輸入或輸出端，將它們從輸出信號(hào)的瞬時(shí)值中減去，實(shí)現(xiàn)對(duì)失調(diào)和ι/f噪聲的降低。由于其對(duì)寬帶白噪聲是一種欠采樣過(guò)程，會(huì)造成白噪聲的混疊，即在降低Ι/f噪聲的同時(shí)又會(huì)增大低頻端的白噪聲，因此AZT更適用于開(kāi)關(guān)電容等離散信號(hào)電路。AZT包括兩個(gè)階段失調(diào)采樣階段和輸入信號(hào)處理階段。在失調(diào)采樣階段，放大器和輸入信號(hào)斷開(kāi)。失調(diào)被測(cè)量并存儲(chǔ)在電容中。在輸入信號(hào)處理階段，放大器放大輸入信號(hào)并從輸出信號(hào)中減去前一階段存儲(chǔ)的失調(diào)電壓。AZT放大器基本原理圖如圖2所示。它包括基本放大器Gml，補(bǔ)償放大器Gm2，第二級(jí)放大器A4和反饋放大器A3，電容Ch，和兩個(gè)開(kāi)關(guān)SI，S2。Ro是Gml和Gm2的輸出阻抗(I)在失調(diào)采樣階段，開(kāi)關(guān)S2和b點(diǎn)相連，使得Gml的輸入端短接并與輸入信號(hào)斷開(kāi)，因此Gml在輸入端只有失調(diào)電壓VOSl。失調(diào)電壓產(chǎn)生的失調(diào)電流Il為Il = GmlVosl. (2)開(kāi)關(guān)SI閉合，放大器A3反饋輸出電壓到Gm2的反相端。Gm2輸出電流12為12 = -Gm2 (A3Vo_Vos2)，(3)Vo = Ro (11+12) A4, (4)Vos2是Gm2的輸入失調(diào)電壓，Vo為輸出電壓。12為電流補(bǔ)償基本放大器Gml的失調(diào)電流，它和輸出失調(diào)電壓方向相反并且成比例。將式(2)和式(3)代入式(4)中，可解得補(bǔ)償電壓VC
「如% ^ Λ A GteiRcV ml +\'c = AsVo = AsA4 -;-:；'—...........7:- ,(S)
I— A4 AjRiliiii(2)在輸入信號(hào)處理階段，開(kāi)關(guān)S2和a點(diǎn)相連，使得Gml的輸入端和輸入信號(hào)相連，反饋回路被斷開(kāi)(SI關(guān)斷)，這時(shí)VC電壓存儲(chǔ)在Ch中。由于CMOS電路中開(kāi)關(guān)用MOS管實(shí)現(xiàn)，在輸入信號(hào)處理階段，AZT剩余的失調(diào)電壓分析必須考慮開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)溝道電荷注入效應(yīng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)SI關(guān)斷時(shí)，溝道電荷部分注入到節(jié)點(diǎn)VC，改變了 Ch存儲(chǔ)的電壓。電壓變化為$Vc = qinj/Ch. (6)在輸入信號(hào)處理階段輸出電壓為V6= GwE0AiVi+ A4........- AiGfciRa ·( )
i- (_fcR#A;A4O/Vi是輸入信號(hào)。剩余的失調(diào)電壓VOSres為差分輸入信號(hào)為零時(shí)輸出的電壓。
τ ’ _I h· O _"V ClSl 'VoS2C|25i/ L 」O ·(8)從式(8)中可見(jiàn)，Gml失調(diào)電壓減小到I/(GmlRoA3A4)，Gm2放大器的失調(diào)電壓減小到 l/(Gm2RoA3A4)。發(fā)明人提出的低失調(diào)運(yùn)算放大器的電路圖如圖3所示。2級(jí)跨導(dǎo)Gml和Gm2分別由2個(gè)差分對(duì)構(gòu)成，Gml由MPl和MP2實(shí)現(xiàn)，Gm2由折疊式共源共柵對(duì)MP3，MP4和麗3，MN4構(gòu)成。輸入信號(hào)通過(guò)第二級(jí)MN5和MN6放大輸出。失調(diào)電壓再經(jīng)過(guò)第三級(jí)麗7和MN8放大，通過(guò)跟隨器MN9存儲(chǔ)在Chl電容上。Gm2的正相端MP4的柵沒(méi)有接地，使得正相端和反相端有同樣的共模信號(hào)。偏置電路由管子MP5 MP16構(gòu)成，VBl和VB2是外接的偏置信號(hào)。Rl和Cl構(gòu)成米勒補(bǔ)償電路。為了進(jìn)一步減小電荷注入，所有的開(kāi)關(guān)可以用傳輸門來(lái)實(shí)現(xiàn)。基于Hynix O. 16Lm CMOS工藝。圖4是電源電壓為316V，設(shè)計(jì)的恒流源N = 2，Rl=6128, R2 = 38, VREF = 1122V，不同溫度下輸出電流ILED與ILED/ISET的仿真結(jié)果。圖5是溫度為室溫時(shí)在不同的模型參數(shù)下輸出電流ILED與ILED/ISET的結(jié)果。圖4中ILED/ISET的最大值是3273，最小值是3245 ;圖5中最大值是3271，最小值是3242。在不同的溫度和不同的模型參數(shù)下變化了 16%。電流精度為O. 1049%。圖6是通過(guò)外接電阻RSETI，RSET2控制供給LED的電流，最大輸出電流可達(dá)IA。圖7是輸出電流隨電源電壓變化的仿真結(jié)果。當(dāng)電源電壓在219V和417V之間變化時(shí)，輸出電流從798mA到80117mA變化，變化了 317mA，相對(duì)變化小于O. 146%。圖8是芯片的照片。由于輸出驅(qū)動(dòng)電流較大，而每個(gè)壓焊點(diǎn)金絲承受電流應(yīng)力有限，用了 8路恒流驅(qū)動(dòng)電路并聯(lián)，每路提供最大電流為125mA。圖8中實(shí)線圍住的部分是其中I路含有自動(dòng)調(diào)零電路的恒流驅(qū)動(dòng)電路，它含有自動(dòng)調(diào)零運(yùn)算放大器和I個(gè)功率M0SFET。25個(gè)樣片輸出電流ILED與ILED/ISET的測(cè)試結(jié)果如圖9。ILED/ISET的值在3314與3165之間。電流精度為21.3%。測(cè)量值大于仿真值，是因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓變化較大，最小值11205V，最大值 11255V。表I是對(duì)樣片和ILED有關(guān)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果。ILED漏失電壓隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加而增大，驅(qū)動(dòng)電流200mA時(shí)，漏失電壓115mV。過(guò)流檢測(cè)電流ISET不能超過(guò)330LA，大于330LA時(shí)，過(guò)流保護(hù)電路使得驅(qū)動(dòng)輸出電流ILED為O。表I 測(cè)試結(jié)果(VIN = 316V, Ta = 25e，LED 外接 5V 電壓)
權(quán)利要求
1.ー種高精度可編程橫流驅(qū)動(dòng)白光LED芯片，包括帶隙基準(zhǔn)電壓源、可編程控制電流電路、8個(gè)相同的內(nèi)部含有自動(dòng)調(diào)零電路的恒流輸出和保護(hù)電路。
2.如權(quán)利要求I所述的LED芯片，其特征在于，可編程控制電流電路由運(yùn)算放大器和跟隨< 器，外接電阻以及使能信號(hào)控制的兩個(gè)管子組成。
3.如權(quán)利要求I所述的LED芯片，其特征在干，自動(dòng)調(diào)零電路的恒流輸出由運(yùn)算放大器和功率管構(gòu)成的跟隨器、功率管及開(kāi)關(guān)以及兩個(gè)電阻構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提出一種高精度可編程橫流驅(qū)動(dòng)白光LED芯片。內(nèi)部電路采用自動(dòng)調(diào)零技術(shù)減小了運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓，極大的提高了輸出電流精度。調(diào)節(jié)外接電阻的大小，可提供不同的恒定驅(qū)動(dòng)電流，最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1A。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流從200mA變化到800mA時(shí)，ILED/ISET的變化小于213％，電源電壓跳變10％的情況下，驅(qū)動(dòng)電流變化小于0.146％。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102843817SQ20111017434
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者由磊, 戴文慧 申請(qǐng)人:上海邊光實(shí)業(yè)有限公司