CN101330787A - 发光二极管驱动电路 - Google Patents

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CN101330787A CNA2008101269838A CN200810126983A CN101330787A CN 101330787 A CN101330787 A CN 101330787A CN A2008101269838 A CNA2008101269838 A CN A2008101269838A CN 200810126983 A CN200810126983 A CN 200810126983A CN 101330787 A CN101330787 A CN 101330787A
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Abstract

披露了一种发光二极管(LED)驱动电路。该LED驱动电路包括光学传感器，其用来接收LED发出的光并生成具有与接收到的光量对应的电平的反馈信号；以及电流调节器，其设置在LED的电流流经的通路上，用于根据反馈信号和第一参考信号的比较结果来调节流进LED的电流量。

Description

发光二极管驱动电路
本申请要求于2007年6月21日提交的第P2007-0061000号韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
参考文献
1.“High Efficiency LED Driver”，美国专利申请第US6,690,146号。
2.Maxim的MAX8631和Analog Devices的ADM8843的数据手册。
3.“Optical Feedback Extends White LEDs’Operaing Life”，EDN，84-88页，2007年1月18日。
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)，更具体地，涉及一种LED驱动电路。
背景技术
白色LED被广泛地应用于照明，并由于被用于移动通讯装置的背光单元而成为焦点。当将LED应用于移动通讯装置时，期望具有低功耗的LED以长时间地使用它们。此外，LED驱动电路的主要设计目标是保持从LED发出的光量恒定。
从LED发出的光量通常由提供给LED的电流和温度的函数决定而与发光颜色无关。随着工作时间的推移，LED的亮度非线性地下降。特别地，在规定的时间后白色LED的亮度可能显著地下降。即使相同的电流流进LED，LED的亮度也可能根据工作期间LED的环境温度而不同。
安装在背光单元中的多个LED具有串联或并联结构。当LED被同时驱动时，通过给每个LED提供相同的电流，LED的发光量应该保持恒定。
在Analog Devices的ADM8843和Maxim的MAX8631的数据手册中披露了一种用于通过电荷泵(charge pump)技术来驱动白色LED的普通LED驱动电路。上述LED驱动电路检测施加到LED的电压量或LED两端的电压量并通过使用检测到的电压来控制施加到LED的电压量。因此，这种LED驱动电路对保持LED发光量恒定具有局限性。
为了解决这个问题，在2007年1月18日的EDN的84到88页中披露了另一种LED驱动电路，该LED驱动电路用于接收LED发出的光并通过使用接收到的结果来控制LED的驱动。上述LED驱动电路需要两个集成电路(IC)加上在IC外围区域中的多个外围器件，如肖特基二极管和电感器。因此，增加了元件的数量并提高了元件的组装成本，这导致很难减小IC的尺寸。
发明内容
因此，本发明针对一种LED驱动电路，其充分地避免了由于相关技术的限制和缺点所造成的一个或多个问题。
本发明提供了一种LED驱动电路，其可通过使用检测LED发光量的结果来简单地控制电流通路上流进LED的电流。
本发明的其他优点、目的和特征一部分将在下文中阐述，一部分对于本领域的普通技术人员而言通过下文的实验将变得显而易见或者可以从本发明的实践中获得。通过所写的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的这些目的和其他优点。
为了实现这些目的和其他优点，以及根据本发明的目的，如在本文中所体现和概括描述的，用于驱动至少一个LED的LED驱动电路，包括：光学传感器，用于接收LED发出的光并生成具有与接收的光量对应的电平的反馈信号；电流调节器，设置在LED的电流流经的通路上，用于根据反馈信号与第一参考信号的比较结果来调节流进LED的电流量。
可以理解的是，本发明的上述总体描述和以下的具体描述都是示例性的和说明性的，并且是为了提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图(其被包含用来提供对本发明的进一步理解以及被并入以及构成本申请的一部分)、本发明的示例性实施例以及说明书用于阐述本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明示例性实施例的一种LED驱动电路的原理框图。
图2是根据本发明的一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。
图3是根据本发明的另一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。
图4是根据本发明的另一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。
图5是根据本发明更进一步的示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。
图6是根据本发明更进一步的示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。
图7是根据本发明的另一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。在任何可能的地方，将在所有的附图中使用相同的参考标号来代表相同或相似的元件。在本发明以下的描述中，当对结合于此的已知功能和配置的具体描述可能使得本发明的主题更加不清楚时，将省略该具体描述。
图1是根据本发明示例性实施例的一种LED驱动电路的原理框图。参考图1，该LED驱动电路包括电荷泵10，电压检测器12，电流调节器14和光学传感器16。图1中的LED驱动电路可选择性地包括电荷泵10和电压检测器12。
所述电压检测器12检测提供给至少一个LED 18的电压并产生用作控制信号的检测结果。所产生的控制信号提供给电荷泵10。例如，电压检测器12可检测提供给LED 18的电压并产生用作控制信号的检测结果。可选地，电压检测器12可检查LED 18的两个电极处的电压是否高于参考电压并产生用作控制信号的检查结果。
电荷泵10将对应于从电压检测器12接收到的控制信号的电压提供给LED 18。例如，电荷泵10可将对应于一种工作模式的电压提供给相应的LED 18，该工作模式是响应于控制信号从多个具有不同电压增益的工作模式中确定的，其不同的电压增益是相对于外部通过输入端IN1接收到的输入电压的。电荷泵10适用于白色LED的工作电压(3到4伏)高于移动通讯装置的电池电压的情况。
更具体地，如果通过控制信号确定LED 18的电流不足，则电荷泵10可选择具有高电压增益的工作模式并在所选的工作模式中给LED 18提供高电压。这样，由于电荷泵10只提供LED 18的输出所需的必不可少的电流量，从而提高了能量效率。
光学传感器16接收从至少一个LED 18发出的光，产生具有与所接收的光量相应的电平的反馈信号，并将产生的反馈信号提供给电流调节器14。光学传感器16可连接在电荷泵10和电流调节器14之间或可连接在LED 18的两个电极和电流调节器14之间。当光学传感器16连接在电荷泵10和电流调节器14之间时，电荷泵10可给光学传感器16提供电源电压。
电流调节器14被设置在LED 18的电流流经的通路上，例如在LED 18的负极与作为参考电压的接地电压之间。电流调节器14将从光学传感器16接收的反馈信号与第一参考电压进行比较并根据比较的结果来调节流进LED 18的电流量。在这种情况下，电流调节器14根据比较的结果对流进至少一个LED 18的电流量进行不同的调节，或对流进至少一个LED 18的电流量进行相同的调节。
以下参考附图描述根据本发明的示例性实施例的图1中的LED驱动电路的结构和操作。
图2是根据本发明的一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。该LED驱动电路包括电荷泵10A，电压检测器12，光学传感器16和电流调节器14A。
图3是根据本发明的另一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。该LED驱动电路包括电荷泵10B、电压检测器12、光学传感器16和电流调节器14A。
参考图2和3，传感器16包括光接收二极管20和第一负载22。该光接收二极管20接收从LED 18发出的光。如图2所示，该光接收二极管20可具有与LED 18的正极和电荷泵10A相连的负极以及与第一负载22相连的正极。
可选地，如图3所示光接收二极管20可具有与电荷泵10B相连的负极以及具有与第一负载22相连的正极。除了这种连接关系以外，图2和3中LED驱动电路的结构和操作都是相同的。在图2中，电荷泵10A给LED 18和光接收二极管20提供第一电压。可是，在图3中，电荷泵10B给LED 18提供第一电压而给光接收二极管20提供第二电压。
第一负载22与光接收二极管20的正极和参考电压相连。从光接收二极管20和第一负载22间的连接点处得到将被供给到电流调节器14A的反馈信号。如图2和3所示，当第一负载22由连接于光接收二极管20的正极和参考电压之间的第一电阻器R1构成时，反馈信号对应于第一电阻器R1两端形成的电压。
图2或图3中所示的电流调节器14A包括第一比较器30、晶体管T1、负载R2、开关32和第一参考信号发生器33A。
第一比较器30将从光学传感器16接收到的反馈信号的电平与由第一参考信号发生器33A产生的第一参考信号的电平进行比较，并将比较的结果提供给晶体管T1。第一比较器30可由运算放大器(Op-Amp)构成，该运算放大器具有与反馈信号相连的负输入端、与第一参考信号相连的正输入端和与晶体管T1相连的输出端。
晶体管T1连接在LED 18的负极和参考电压之间并响应于第一比较器30比较的结果而被驱动。负载R2连接在晶体管T1和参考电压之间。第一参考信号发生器33A产生第一参考信号并将产生的第一参考信号提供给第一比较器30。第一参考信号发生器33A包括Op-Amp 36、晶体管T2、电阻器R3和R4、和电流镜(currentmirror)34。
Op-Amp 36具有与通过输入端IN4接收到的第二参考信号相连的正输入端并用作电压跟随器。电阻器R4连接在Op-Amp 36的负输入端与参考电压之间。晶体管T2响应于Op-Amp 36的输出使得参考电流流进电阻器R4。也就是说，Op-Amp 36、电阻器R4和晶体管T2起到了电流调节器的作用。在该电流调节器中，Op-Amp 36控制晶体管T2以便在电阻器R4两端形成固定电压。
由晶体管MT1和MT2构成的电流镜34产生流进晶体管T2的参考电流的镜像电流(mirror current)并使得产生的镜像电流流进电阻器R3。最后，将通过输入端IN3接收的电源电压提供给电流镜34。从而，将电阻器R3两端的电压提供给第一比较器30的正输入端作为第一参考信号。
图2或图3中的LED驱动电路可进一步包括开关32。该开关32响应于通过输入端IN2接收的选择信号来执行转换操作。开关32将来自光学传感器16的反馈信号提供到第一比较器30的负端或将电阻器R2两端的电压提供到第一比较器30的负输入端。
在具有上述结构的LED驱动电路中，电阻器R1两端形成的反馈信号的电平随着光强度变强而增加，并且随着光强度变弱而减小。当反馈信号的电平很高时，电流调节器14A减少流进LED 18的电流量，而当反馈信号的电平很低时，电流调节器14A增加流进LED 18的电流量。可通过调节电阻器R4的大小来改变通过电流镜34产生的镜像电流的幅度。最后，当通过IC来构造图2中的LED驱动电路时，电阻器R4可安装在IC的外部。
图4是根据本发明的另一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。该LED驱动电路包括电荷泵10A、电压检测器12、光学传感器16和电流调节器14B。
图5是根据本发明更进一步的示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。该LED驱动电路包括电荷泵10B、电压检测器12、光学传感器16和电流调节器14B。
由于图4或图5中所示的电荷泵10A或10B、电压检测器12、LED 18和光学传感器16与图2或图3中所示的相同，将省略它们的具体描述。如图4中所示，该光接收二极管20可具有与LED 18的正极以及电荷泵10B相连的负极以及具有与第一负载22相连的正极。可选地，如图5中所示光接收二极管20可具有与电荷泵10B相连的负极以及具有与第一负载22相连的正极。除了这种连接关系以外，图4和5中LED驱动电路的结构和操作都是相同的。
图4或图5中所示的电流调节器14B包括第二比较器52、第二参考信号发生器33B、Op-Amp 50、晶体管T1、电阻器R2和开关54。
该第二比较器52将从光学传感器16接收到的反馈信号的电平与通过输入端IN4接收的第一参考信号的电平进行比较，并将比较的结果提供给第二参考信号发生器33B。第二比较器52具有与反馈信号相连的负输入端、与第一参考信号相连的正输入端、以及与第二参考信号发生器33B相连的输出端。
图4或图5中的LED驱动电路可进一步包括开关54。该开关54响应于通过输入端IN2接收的选择信号来执行转换操作。开关54提供反馈信号给第二比较器52的负端或提供电阻器R4两端的电压给第二比较器52的负输入端。
第二参考信号发生器33B响应于第二比较器52比较的结果产生第二参考信号并将产生的第二参考信号提供给Op-Amp 50的正输入端。第二参考信号发生器33B包括晶体管T2、电阻器R3和R4和电流镜34。晶体管T2设置在参考电流流进的通路上并响应于由第二比较器52比较的结果而被驱动。电阻器R4连接于晶体管T2和参考电压之间。电流镜34产生参考电流的镜像电流并使得产生的镜像电流流进电阻器R3。因此，从第二参考信号发生器33B中产生的第二参考信号对应于电阻器R3两端的电压。
Op-Amp 50具有与第二参考信号相连的正输入端并用作电压跟随器。晶体管T1连接在LED 18的负极与Op-Amp 50的负输入端之间并响应于Op-Amp 50的输出而被驱动。负载R2连接于Op-Amp 50的负输入端与参考电压之间。也就是说，Op-Amp 50、电阻器R2和晶体管T1起到了电流调节器的作用。在该电流调节器中，Op-Amp 50控制晶体管T1以便在电阻器R2两端形成固定电压。
图6是根据本发明更进一步的示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。图6中的LED驱动电路包括电荷泵10B、电压检测器12、LED 18、光学传感器16和电流调节器14C。
图3中的LED驱动电路驱动一个LED，而图6中的LED驱动电路驱动多个LED 18A、18B和18C。
除了图6中的LED驱动电路调节每个LED 18A、18B和18C的电流，图6中的LED驱动电路执行与图3中LED驱动电路相同的操作。因此，将省略重复部分的具体描述。
光接收二极管20接收LED 18A、18B和18C发出的光。相对于LED 18A、18B和18C分别设置第一比较器70、72和74、晶体管T11、T12和T13、开关80、82和84以及电阻器R21、R22和R23。每个第一比较器70、72和74的操作与图3中所示的第一比较器30的操作相同，而每个晶体管T11、T12和T13的操作与图3中所示晶体管T1的操作相同。因此，将省略它们的具体描述。从而，图6中的LED驱动电路调节流进每个LED的电流量。
更具体地，第一比较器70、晶体管T11和电阻器R21调节LED18A的电流。第一比较器72、晶体管T12和电阻器R22调节LED 18B的电流。第一比较器74、晶体管T13和电阻器R23调节LED 18C的电流。
在图6中尽管光接收二极管20的负极与电荷泵10B相连，但它同样可与每个LED的正极相连。
图7是根据本发明的另一个示例性实施例的一种LED驱动电路的电路图。图7中的LED驱动电路包括电荷泵10B、电压检测器12、LED 18、光学传感器16和电流调节器14D。
图5中的LED驱动电路驱动一个LED，而图7中的LED驱动电路驱动多个LED 18A、18B和18C。除了图7中的LED驱动电路调节每个LED 18A、18B和18C的电流，图7中的LED驱动电路执行与图5中LED驱动电路相同的操作。因此，将省略重复部分的具体描述。
光接收二极管20接收LED 18A、18B和18C发出的光。相对于LED 18A、18B和18C分别设置Op-Amps 90、92和94、晶体管T14、T15和T16、以及电阻器R24、R25和R26。
每个Op-Amps 90、92和94的操作与图5中所示的Op-Amp 50的操作相同，而每个晶体管T14、T15和T16的操作与图5中所示晶体管T1的操作相同。因此，将省略它们的具体描述。
Op-Amp 90、晶体管T14和电阻器R24调节LED 18A的电流。Op-Amp 92、晶体管T15和电阻器R25调节LED 18B的电流。Op-Amp 94、晶体管T16和电阻器R26调节LED 18C的电流。
在图7中尽管光接收二极管20的负极与电荷泵10B相连，但它同样可与每个LED的正极相连。
图6中的LED驱动电路单独地控制流进LED的电流量，而图7中的LED驱动电路控制流进LED 18A、18B和18C的总的电流量。
尽管在图6和图7中只示出了三个LED，但本发明的LED驱动电路可驱动三个以上或少于三个的LED。
在图1到图7的LED驱动电路中，除LED 18之外的元件，光接收二极管20和电阻器R4可通过IC来实现。电荷泵10A或10B可通过IC外部的输入端IN1来接收电源电压，而电流调节器14A到14D可通过IC内部或外部的输入端IN3和IN4来接收电源电压。例如，经输入端IN4输入的电压可产生于一种带隙参考电路，该带隙参考电路披露于题为“高效LED驱动器”的第6,690,146号美国专利申请中。
在以上示例性实施例中，可用N型金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)来构造晶体管T1，T2，T11，T12，T13，T14，T15，和T16，而用P型MOS FET来构造晶体管MT1和MT2。可是，本发明不仅限于此，还可使用双极型晶体管。
在以上示例性实施例中，可不提供开关32，54，80，82，或84。
同时，虽然由于电荷泵10A只提供一个电压，图2或图4中的LED驱动电路在结构上很简单，但是相比于图3或图5中的电路，图2或图4中的LED驱动电路的操作不稳定，这是因为光接收二极管20的负极与LED 18的正极相连。
虽然由于光接收二极管20的负极不是与LED 18相连而是与电荷泵10B相连，图3或图5中的LED驱动电路要比图2或图4中的电路更加稳定，但是电荷泵10B应该施加用于光接收二极管20的附加电压。可是，在图3、图5、图6或图7的电路中，电荷泵10B控制施加到光接收二极管20的电压量，因此可调节流进光接收二极管20的电流幅度。
图3、图5、图6或图7中的电路在集成方面比图2或图4的电路更具有优势，这是因为如果从电荷泵10B提供给光接收二极管20的电压的电平减小，电阻器R1的值可被减小。
如上所述，本发明的LED驱动电路能够仅使用少量的器件通过检测提供给LED 18的电压的结果来调节流进LED 18的电流量。因此，根据LED 18的老化和温度变化对LED 18的光输出进行补偿。此外，可只使用少量的器件通过检测LED 18两端的电压和LED 18发出的光量(magnitude of light)的结果来调节流进LED 18的电流量。因此，本发明的LED驱动电路能够根据LED的老化和温度变化通过减小LED的光输出的变化来保持来自LED的光输出恒定。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以作各种修改及变形，这对于本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，本发明旨在覆盖本发明的各种修改和变形，只要其落入所附的权利要求及其等同替代的范围。

Claims (17)

1.一种发光二极管(LED)驱动电路，用于驱动至少一个LED，其包括：
光学传感器，用于接收所述LED发出的光，并生成具有与所接收的光量对应的电平的反馈信号；以及
电流调节器，设置在所述LED的电流流经的通路上，用于根据所述反馈信号与第一参考信号的比较结果来调节流入所述LED的电流量。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述电流调节器连接在所述LED的负极和参考电压之间。
3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述电流调节器根据所述比较结果来调节流入每个LED的所述电流量。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，进一步包括：
电压检测器，用于检测所述LED的电压并生成控制信号；以及
电荷泵，用于将与所述控制信号对应的电压提供给每个LED。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其中，所述LED的所述电压是提供给所述LED的电压。
6.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其中，所述LED的所述电压是所述LED的两个电极间的电压。
7.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述光学传感器包括：
光接收二极管，用于接收所述LED发出的光；以及
第一负载，连接在所述光接收二极管和参考电压之间，
其中，所述反馈信号来源于所述光接收二极管和所述第一负载之间的连接点。
8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其中，所述光接收二极管具有与所述电荷泵相连的负极以及具有与所述第一负载相连的正极。
9.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其中，所述光接收二极管具有与所述LED的正极相连的负极，以及具有与所述第一负载相连的正极。
10.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其中，所述第一负载包括第一电阻器，所述第一电阻器连接在所述光接收二极管的正极和所述参考电压之间，并且所述反馈信号是所述第一电阻器两端的电压。
11.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其中，所述电荷泵给所述LED提供对应于一种工作模式的所述电压，所述工作模式是响应于所述控制信号从多个具有不同电压增益的工作模式中确定的。
12.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述电流调节器包括：
第一比较器，用于将所述反馈信号的电平与所述第一参考信号的电平进行比较；
第一晶体管，连接在所述LED的负极和所述参考电压之间并响应于所述比较结果而被驱动；以及
第二负载，连接在所述第一晶体管和所述参考电压之间。
13.根据权利要求12所述的LED驱动电路，其中，所述电流调节器进一步包括：第一参考信号发生器，用于生成所述第一参考信号。
14.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述电流调节器包括：
第二比较器，用于将所述反馈信号的电平与所述第一参考信号的电平进行比较；
第二参考信号发生器，用于响应于所述比较结果生成第二参考信号；
第一运算放大器，具有与所述第二参考信号相连的正输入端；
第二晶体管，连接在所述LED的负极和参考电压之间并响应于所述第一运算放大器的输出而被驱动；以及
第三负载，连接在所述第一运算放大器的负输入端和所述参考电压之间。
15.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，进一步包括：
开关，用于选择性地将所述反馈信号提供给所述电流调节器。
16.根据权利要求13所述的LED驱动电路，其中，所述第一参考信号发生器包括：
第二运算放大器，具有与第二参考信号相连的正输入端；
第二负载，连接在所述第二运算放大器的负输入端和所述参考电压之间；
第三晶体管，用于响应于所述第二运算放大器的输出将参考电流提供给所述第二电阻器；
电流镜，用于生成所述参考电流的镜像电流；以及
第三电阻器，所述镜像电流流入其中，
其中，所述第一参考信号对应于所述第三电阻器两端的电压。
17.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其中，所述第二参考信号发生器包括：
第四晶体管，设置在参考电流流经的通路上并响应于所述比较结果而被驱动；
第四电阻器，连接在所述第四晶体管和所述参考电压之间；
电流镜，用于生成所述参考电流的镜像电流；以及
第五电阻器，所述镜像电流流入其中，
其中，所述第二参考信号对应于所述第五电阻器两端的电压。
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