CN101106855B - Led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED驱动电路，其包括用于提供源电流的电流源及由源电流的复制电流控制的负反馈闭环电路，所述负反馈闭环电路包括具有负输入端和正输入端的运算放大器，所述负输入端用于感应LED的加载电压，其中所述加载电压的任何变化都会导致运算放大器的输出端的输出变化，所述输出变化反过来会致使正输入端产生相应变化以至于所述加载电压保持不变，从而使流过LED的电流保持不变，也使LED保持稳定亮度。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种LED驱动电路。
技术背景
LED(Light-emitting Diode，发光二极管)是一种具有PN结的半导体装置，当向其PN结施加正向偏置电压时所述LED能够发出不连续的窄谱光线，这种现象可以被称为电致发光。LED是很小面积的光源，通过额外的光学修正可以使其发射特定的辐射图。LED发射光线的颜色取决于其所使用半导体材料的成分及状态，所述LED发射的光线可以是红外光、可见光或紫外光。
LED作为一种光源已得到广泛应用。众所周知，LED的亮度是由流经其上的电流大小所决定的。然而，与在正负电压下都发光的白炽灯灯泡不同，LED仅仅在施加正向电压时才发光。当有正确方向的电压加载到PN结两端时，会有显著的电流流过，称此时的状态为正向偏置，LED此时能够发光。如果加载一个错误的电压到PN结两端，只有很小的电流流过，称此时状态为反向偏置，LED此时不能发光。
由于LED的电压比电流的特性很像二极管(电流与电压近似成指数函数)，一个小的电压变化可能会导致电流大幅变化，最终可能导致LED的亮度发生大幅变化。如果不是故意这样设计，那亮度的这种大幅变化并不是所希望看到的。综上所述，希望有设计出一种控制电路，其可以调节加载到LED上的电压以使流过LED上的电流保持平稳。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能使流过LED上的电流保持平稳的LED驱动电路。
为了达到上述目的，本发明提供的LED驱动电路，其包括用于提供源电流电流源及由源电流的复制电流控制的负反馈闭环电路，所述负反馈闭环电路包括具有负输入端和正输入端的运算放大器，所述负输入端用于感应LED的加载电压，其中所述加载电压的任何变化都会导致运算放大器的输出端的输出变化， 所述输出变化反过来会致使正输入端产生相应变化以至于所述加载电压保持不变，从而使流过LED的电流保持不变，也使LED保持稳定亮度。
本方案与现有的方案相比引入了负反馈闭环电路，这样，在LED的加载电压出现变化的情况下，通过负反馈闭环电路的控制进而保证了LED能够维持稳定亮度。
附图说明
图1A和图1B分别显示了驱动并联LED和串联LED的LED驱动电路；
图2显示了一个具有外置电阻的LED驱动电路；
图3是本发明驱动电路的一种实施例的电路图；
图4是现有LED驱动电路的仿真结果图；和
图5是本发明LED驱动电路的一个具体实施例的仿真效果图。
具体实施方式
彩屏必须在白光环境下才会真实地显示其色彩，这样彩屏在手机和其他手持设备中的使用就促使WLED(White LED，白光型发光二极管)成为显示屏和键盘的背光灯。相对冷阴极荧光灯而言，WLED具有耐用、效率高、驱动容易、小巧和噪音低等优点。许多便携设备都采用一个锂离子电池或者多个镍氢电池来驱动WLED为小规格显示屏提供背光照明。WLED需要一个驱动电路，其需要为WLED提供一个合适的正向偏置电压，其典型的范围在3.3V到4.0V之间。另外，WLED驱动电路还需要为WLED提供完全匹配的电流源以保证流过每个WLED的电流完全一致。这样，就可以保证所有WLED亮度很好地匹配，可以为整个背光显示屏提供一致均匀的照明。
在一个最简单的驱动配置中，可以用一个电压源和限流电阻来驱动一个LED。然而，在很多的实际应用中都采用具有恒定电流源(Current Source)的驱动电路，这样不论电源电压和正向偏置电压降是否变化，驱动电路中的恒定电流源都可以对实现对流经LED电流的调节。这样可以在驱动多个LED时得到匹配的亮度。如图1A和图1B所示，LED驱动电路(LED Driver)既可以驱动并联LED也可以驱动串联LED。当驱动串联LED时，LED驱动电路必须提供足够的电压以适应串联LED的个数，这样，串联LED的驱动电路通常会逐步增加它的驱动电压。虽然并联LED的驱动电路仅需要提供一个LED灯所需的电压，但是它需要有能力为每一个LED提供合适的电流。
为了监控LED灯的亮度，LED驱动电路需要具有检测对外提供电流的能力。图2显示一个具有外置电阻202的LED驱动电路206的实施例200。为了检测流过LED 204的电流，LED驱动电路206需要对加载到电阻202上的电压进行采样。然后，通过公式I＝V/R来计算得到流过LED 204的电流I，其中V是采样得到加载到电阻202上的电压，R是电阻202的阻值。然而，所述电阻202本身除了会为驱动电路引入额外功耗外还可能增加系统的不稳定性。对于便携设备来说，功耗将直接影响到设备的运行时长。
图3显示了本发明驱动电路的一种实施例电路300。驱动电路300采用运算放大器304取代外置电阻对加载到LED 320上的电压进行采样。所述运算放大器304可以是一个差分放大器，其具有较大电压增益、很大的输入阻抗和很小的输出阻抗。所述运算放大器304具有一个反向或负输入端、一个非反向或正输入端和一个输出端。在一个具体的实施例中，加载于LED 302上的电压Vn被连接到所述运算放大器304的负输入端，所述运算放大器的正输入端连接到晶体管MN1的漏极(D)上。
运算放大器304、电容C1、电阻R1、晶体管对MP1和MP2构成了负反馈闭环电路。当流过LED320的电流Iwled发生变化时，将会引起加载于LED 302上的电压Vn的一个相应的变化，闭环反馈电路可以使电流Iwled紧随电压Vn的变化迅速收敛于原值。
请参考图3所示，所述负反馈闭环电路由电流源306提供基准电流Iref。复制电流Ib是由基准电流Iref复制得来，LED电流Iwled是基准电流Iref的M倍，其中基准电流Iref可以通过公式Iref＝VBG/Rtrim求出，其中VBG为带隙基准电压，Rtrim是调整电阻(未图示)。复制电流Ib几乎不受温度和处理过程变动的影响。由于复制电流Ib保持不变，由负反馈闭环电路控制的LED电流Iwled也会保持不变。
在一个具体的实施例中，晶体管MN1和MN2是NMOS管，MP1和MP2是PMOS管。为了保证一阶准确性，晶体管MN1和MN2需要相互匹配并提供程序电流偏置。如前说述，二阶准确性是通过上述负反馈闭环电路来修正的。
图4显示了采用现有LED驱动电路的仿真效果，其中是向四个LED灯施加四个步进电压(比如2.5V、3.0V、3.5V和4.0V)，相应地，仿真效果显示，随时间推移，四个LED对应的电流值逐渐发散。图5显示了采用本发明的一个具体实施例的仿真效果，其中是向四个LED灯施加相同的步进电压，仿真效果显示，随时间推移，四个LED对应的电流值基本保持不变。
需要注意的是，上述的描述都是基于控制WLED的，本领域技术人员可以根据本发明的设计思路设计出适用于其他类型LED灯的电路，同样获得使其亮度相同的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LED驱动电路，其包括：
电流源，用于提供源电流；
由源电流的复制电流控制的负反馈闭环电路，所述负反馈闭环电路包括具有负输入端和正输入端的运算放大器，所述负输入端用于感应LED的加载电压，其中所述加载电压的任何变化都会导致运算放大器的输出端的输出变化，所述输出变化反过来会致使正输入端产生相应变化以至于所述加载电压保持不变，从而使流过LED的电流保持不变，也使LED保持稳定亮度。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述正输入端用于感应一晶体管上的电压，所述复制电流流过所述晶体管。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述闭环负反馈电路包括所述运算放大器、晶体管对、电容和电阻。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，当LED的加载电压增加时，所述运算放大器输出端的输出减少并导致所述晶体管对中的一个晶体管的加载电压对应减少，进而拉低LED的加载电压以使其保持不变。
5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，当LED的加载电压减少时，所述运算放大器输出端的输出增加并导致所述晶体管对中的一个晶体管的加载电压对应增加，进而拉高LED的加载电压以使其保持不变。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述复制电流由关系式VBG/Rtrim确定，其中VBG为带隙基准电压，Rtrim是调整电阻，复制电流几乎不受温度和处理过程变动的影响。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述流过LED的电流为所述复制电流的M倍。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述复制电流由一对晶体管放大M倍，以生成所述流过LED的电流。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述LED是白光发光二极管，其用作手持设备的背光光源。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述白光发光二极管的亮度保持稳定。
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