CN100501827C - 发光二极管驱动装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种可调发光二极管驱动装置，其用于驱动发光二极管，该驱动装置包括一个场效应晶体管、一个反馈控制电路和一个限流电阻，其中，该场效应晶体管的漏极连接至该限流电阻，用来驱动该发光二极管，该反馈控制电路包括一个第一差动放大电路、一个第二差动放大电路、一个积分电路和一个可调参考电压源，该第一差动放大电路的两输入端分别连接至该限流电阻的两端，该第一差动放大电路的输出端和该可调参考电压源分别连接至该第二差动放大电路的两输入端，该第二差动放大电路的输出端连接至该积分电路，该积分电路的输出端连接至该场效应晶体管的栅极。

Description

发光二极管驱动装置及其驱动方法
【技术领域】
本发明涉及一种光源驱动装置，特别指一种发光二极管驱动装置。
【背景技术】
现有技术中是利用一个电压源串联一个限流电阻后直接驱动发光二极管，由于发光二极管是顺向偏压驱动，其跨压会因驱动电流变化而改变，因此当线性调整驱动电压大小时，驱动电流的改变会影响发光二极管的跨压，使得驱动电流不会随同电压源作线性变化。甚至当电压源变化太大时，顺向偏压过大，以致烧毁发光二极管。
一种现有技术的发光二极管驱动装置如图1所示，其中电压源10通过限流电阻11施加电压在发光二极管阵列12上，该发光二极管阵列12包括m行n列个发光二极管121，该限流电阻11的电阻为R，电压源10的电压为U，干路电流为I，单个发光二极管121的等效电阻为RS。
请参照图2，是发光二极管121的正向伏安特性图，其伏安特性的模型可用下式表示：
VF＝Von+RS IF+(ΔVF/ΔT)(T-25℃)
其中，Von是发光二极管121的启动电压，RS是发光二极管121的等效电阻，T是环境温度，ΔVF/ΔT是发光二极管正向电压的温度系数，对于多数发光二极管而言，其典型值为-2V/℃。在环境温度不变的情况下，模型简化为：
VF＝Von+RS IF
所以图1所示的发光二极管驱动装置的伏安特性可以用下式表示：
U-m*Von＝I(R+RS(m/n))
此式简化为：
U-VX＝I(R+RX)
其中，VX＝m*Von，RX＝RS(m/n)
可知由于发光二极管121的启动电压Von的存在，电流I并不随电压U的改变而线性变化，如果当电压U变为原来的两倍时，电流I变化会小于原来的两倍。因此即使驱动固定的发光二极管阵列，也不能在驱动电压变化时线性改变驱动电流而使发光二极管的光输出作相应线性的变化。所以难以完成发光二极管的光输出的精确控制。
而当驱动的发光二极管阵列非固定时，即其阵列形式或发光二极管个数变化时，即VX和RX发生改变时，为满足适宜的发光二极管电气工作环境，常需对驱动电压U和限流电阻R作调整。所以其在需要负载变化的应用时有较多的不便，也难以对发光二极管的光输出进行精确控制。
【发明内容】
为克服现有技术中难以精确控制发光二极管驱动电流的缺陷，本发明提供一种可简单且能精确控制发光二极管的驱动电流的驱动装置。
本发明解决的另一技术问题在于提供一种可调发光二极管的驱动方法。
本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种可调发光二极管驱动装置，其用于驱动发光二极管，该驱动装置包括一个场效应晶体管、一个反馈控制电路和一个限流电阻，其中，该场效应晶体管的漏极连接至该限流电阻，用来驱动该发光二极管，该反馈控制电路包括一个第一差动放大电路、一个第二差动放大电路、一个积分电路和一个可调参考电压源，该第一差动放大电路的两输入端分别连接至该限流电阻的两端，该第一差动放大电路的输出端和该可调参考电压源分别连接至该第二差动放大电路的两输入端，该第二差动放大电路的输出端连接至该积分电路，该积分电路的输出端连接至该场效应晶体管的栅极。
本发明还提供一种可调发光二极管驱动方法，该驱动方法包括通过一个第一差动放大电路检取和发光二极管串连的限流电阻两端的电压差，通过一个第二差动放大电路将该第一差动放大电路的输出与一个可调参考电压相比较并输出一个比较值，通过一个积分电路将该比较值对时间积分并由该积分电路的输出控制场效应晶体管的栅极电压，进而控制场效应晶体管的漏极电流，该漏极电流输出至该限流电阻，该漏极电流即是发光二极管的驱动电流。
和现有技术相比较，本发明的可调发光二极管驱动装置和驱动方法的优点在于其采用场效应晶体管驱动发光二极管，并通过反馈控制电路中的可调参考电压源精确控制场效应晶体管的输出电流，其可线性调整发光二极管的驱动电流，且当可调参考电压值固定时，该场效应晶体管输出的驱动电流不随发光二极管电阻值变化而改变。
【附图说明】
图1是现有技术发光二极管驱动装置的示意图。
图2是发光二极管的伏安特性图。
图3是本发明可调发光二极管驱动装置的示意图。
【具体实施方式】
请参考图3，本发明可调发光二极管驱动装置2包括一个电压源21、一个场效应晶体管22、一个反馈控制电路23、一个限流电阻24和发光二极管25，其中，该电压源21连接至该场效应晶体管22的源极，该场效应晶体管22的漏极连接至该限流电阻24，用于驱动该发光二极管25，该反馈控制电路23包括一个第一差动放大电路231、一个第二差动放大电路232、一个积分电路233和一个可调参考电压源234，该第一差动放大电路231的二输入端分别连接至该限流电阻24的两端，该第一差动放大电路231的输出端与该可调参考电压源234分别连接至该第二差动放大电路232的二输入端，该第二差动放大电路232的输出端连接至该积分电路233，该积分电路233的输出端连接至该场效应晶体管22的栅极。
其中，电压源21的工作电压为VDD，限流电阻24两端的跨压为VR1，第一差动放大电路231的输出电压为V0，第二差动放大电路232的输出电压为V1，可调参考电压源234的参考电压为VREF，积分电路233的输出电压为VG，亦即场效应晶体管22的栅极电压，场效应晶体管22的漏极电流为iD，即流经限流电阻24和发光二极管25的电流，限流电阻24的电阻值为R1，反馈控制电路23内各电阻(未标示)的电阻值分别为R2～R3及R5～R12，积分电路233内电容(未标示)的电容值为C1。
本发明的目的是保证发光二极管25的工作电流恒定，若检测得限流电阻24两端的电压VR1恒定，则流经发光二极管25的电流iD即为定值。
为此，将限流电阻24两端的电压VR1作为第一差动放大电路231的输入电压，当满足R12/R3＝R5/R2时(为计算方便，对电阻值进行限定)，则由差动放大电路电压关系可知，该第一差动放大电路231的输出电压：
V0＝-R5VR1/R2                  (1)
第一差动放大电路231的输出电压V0和可调参考电压源234的参考电压VREF作为第二差动放大电路232的输入端，当满足R11/R10＝R8/R9时，得第二差动放大电路232的输出电压：
V1＝-(R8/R9)(-R5VR1/R2-VREF)
＝(R8/R9)(R5VR1/R2+VREF)                      (2)
该第二差动放大电路232的输出电压V1输入至积分电路233，由积分电路特性和(2)式可知，该积分电路233的输出电压，即场效应晶体管22的栅极电压：
VG＝-(1/RC1)∫V1dt
＝-(1/RC1)∫(R8/R9)(R5VR1/R2+VREF)dt          (3)
若各电阻阻值相等，则(3)式简化为：
VG＝-(1/RC1)∫(VR1+VREF)dt                    (4)
由于VG近似iD的线性函数，可表成VG＝KiD，其中K为常数，且VR1＝iDR1，同时代入(4)式，得
KiD＝-(1/RC1)∫(iDR1+VREF)dt                  (5)
(5)式二边同时对时间微分，得
Ki’D＝-(1/RC1)(iDR1+VREF)                     (6)
将(6)式改写成下式
i’D＝-A iD+B VREF                             (7)
其中A＝(1/RC1)R1/K，B＝(1/RC1)/K
解(7)式一次微分方程式，得
iD＝(B VREF/A)(1-Exp(-At))                     (8)
当时间t递增时，因为Exp(-At)趋近于0，所以由(8)式可知
iD＝B VREF/A＝VREF/R1即iDR1＝VREF               (9)
由(9)式可知，当本发明的可调发光二极管驱动装置2工作时，随着时间t的递增，场效应晶体管22的漏极输出电流iD与限流电阻24的电阻值R1的乘积最终等于可调参考电压源234的参考电压值VREF，当参考电压值VREF不发生改变时，该漏极输出电流iD值等于参考电压值VREF除以限流电阻24的电阻值R1，即iD＝VREF/R1。该漏极输出电流iD与参考电压值VREF是线性关系，通过调整VREF值即可线性精确控制漏极输出电流iD，进而控制发光二极管25的光输出亮度。
此时，根据(4)式，场效应晶体管22的栅极电压值VG趋向一定值(不一定为0的定值)，如此时iD因某原因而变化，造成iDR1不等于VREF，则VG会跟着改变，直到将iDR1再度调整到等于VREF时，才不再变化。
本发明的原理计算中，设定各电阻阻值相等，如电阻值不同，则仅会使(9)式的表达形式变成iDR1KR＝VREF，其中，KR为一常数，其值与电路中各电阻阻值有关。此表达形式并不影响漏极输出电流iD与参考电压值VREF为线性关系的结果。
本发明发光二极管驱动装置2对比现有技术有下列优点：第一，可线性调整发光二极管25的驱动电流而精确控制发光二极管25的光输出；第二，在需要改变发光二极管25的个数和型号应用时，也可线性调整发光二极管25的驱动电流而精确控制发光二极管的光输出。
本发明发光二极管驱动装置和其所驱动的发光二极管阵列构成的光源可作为显示器和其它如车辆、船舶、和航空器等用的显示装置的光源。

Claims (4)

1.一种可调发光二极管驱动装置，其用于驱动发光二极管，该驱动装置包括：一个场效应晶体管、一个反馈控制电路和一个限流电阻，其中，该场效应晶体管的漏极连接至该限流电阻，该发光二极管与该限流电阻串连，该反馈控制电路包括一个第一差动放大电路、一个第二差动放大电路、一个积分电路和一个可调参考电压源，该第一差动放大电路的两输入端分别连接至该限流电阻的两端，该第一差动放大电路的输出端和该可调参考电压源分别连接至该第二差动放大电路的两输入端，该第二差动放大电路的输出端连接至该积分电路，该积分电路的输出端连接至该场效应晶体管的栅极。
2.如权利要求1所述的可调发光二极管驱动装置，其特征在于该发光二极管是单个发光二极管。
3.如权利要求1所述的可调发光二极管驱动装置，其特征在于该发光二极管是发光二极管阵列。
4.一种可调发光二极管的驱动方法，该驱动方法包括：通过一个第一差动放大电路检取和发光二极管串连的限流电阻两端的电压差；通过一个第二差动放大电路将该第一差动放大电路的输出与一个可调参考电压相比较并输出一个比较值；通过一个积分电路将该比较值对时间积分并由该积分电路的输出控制场效应晶体管的栅极电压，进而控制场效应晶体管的漏极电流，该漏极电流输出至该限流电阻，该漏极电流即是发光二极管的驱动电流。
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