CN105101555B - 一种led恒流驱动芯片 - Google Patents
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Abstract
一种LED恒流驱动芯片，属于半导体技术领域。包括第一高反向耐压恒流器件、第二高反向耐压恒流器件、第一高压二极管和第二高压二极管；第一高反向耐压恒流器件阳极与第二高压二极管阴极连接形成第一节点，第一高反向耐压恒流器件阴极与第二高反向耐压恒流器件阴极连接形成第二节点，第二高反向耐压恒流器件阳极与第一高压二极管阴极连接形成第三节点，第一高压二极管阳极与第二高压二极管阳极连接形成第四节点；第一节点和第三节点分别连接第一交流输入端和第二交流输入端，第二节点和第四节点分别连接第一直流输出端和第二直流输出端。本发明驱动芯片将整流和恒流功能结合在一起，简化了驱动电路的结构，可实现驱动系统的小型化，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种LED恒流驱动芯片。
背景技术
恒流源是一种常用的电子设备和装置，主要用于保护整个电路，即使出现电压不稳定或负载电阻变化很大的情况，都能确保供电电流的稳定，恒流源在电子线路中已广泛应用，如LED灯串的驱动等。传统的LED照明驱动一般由整流桥加一个(或多个)恒流芯片或恒流器件组成，恒流器件一般是一种类似JFET结构的恒流器件，具有双向导通的特点，即在正向工作时可达到恒流的效果，在反向工作时类似于普通二极管的导通方式，具有较高的电流。工作时，AC交流电输入整流桥，再经过滤波电容滤波转换成直流电，然后串联恒流芯片或恒流器件(例如恒流二极管)，达到恒流输出的效果，从而驱动LED灯串。
Yitao He等(A vertical current regulator diode with trench cathodebased on double epitaxial layers for LED lighting,Yitao He,PowerSemiconductor Devices&IC's(ISPSD)，2015 IEEE 27th International Symposium on,Page(s):157–160,10-14 May 2015)提出了一种LED照明驱动系统，如图1所示，该LED照明驱动系统包括整流滤波模块和恒流芯片两部分，整流滤波模块由整流桥和一个滤波电容构成，恒流芯片为任意二端恒流器件。该LED照明驱动系统包括整流和恒流两部分，结构较复杂。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种新型的由高反向耐压恒流器件和高压二极管组成的LED恒流驱动芯片。该驱动芯片将整流功能和恒流功能结合在一起，使得LED的驱动更简单可靠，可实现驱动系统的小型化，且进一步降低了成本
本发明的技术方案如下：
一种LED恒流驱动芯片，包括2个高反向耐压恒流器件和2个高压二极管，所述2个高反向耐压恒流器件为第一高反向耐压恒流器件D1和第二高反向耐压恒流器件D2，所述2个高压二极管为第一高压二极管D3和第二高压二极管D4；所述第一高反向耐压恒流器件D1的阳极与第二高压二极管D4的阴极相连接形成第一节点A，第一高反向耐压恒流器件D1的阴极与第二高反向耐压恒流器件D2的阴极相连接形成第二节点B，第二高反向耐压恒流器件D2的阳极与第一高压二极管D3的阴极相连接形成第三节点C，第一高压二极管D3的阳极与第二高压二极管D4的阳极相连接形成第四节点D。
进一步地，所述LED恒流驱动芯片包括4个端口，分别为第一交流输入端AC1，第二交流输入端AC2，第一直流输出端OUT1，第二直流输出端OUT2；所述第一交流输入端AC1连接芯片内部第一节点A，所述第二交流输入端AC2连接芯片内部第三节点C，所述第一直流输出端OUT1连接芯片内部第二节点B，所述第二直流输出端OUT2连接芯片内部第四节点D。
进一步地，所述高反向耐压恒流器件的特点为：当正向电压大于夹断电压时，其电流保持恒定；当施加反向电压时，器件保持关断，且具有高的耐压。
进一步地，所述第一高反向耐压恒流器件D1和第二高反向耐压恒流器件D2为相同的高反向耐压恒流器件。
进一步地，所述第一高反向耐压恒流器件D1和第二高反向耐压恒流器件D2为不同的高反向耐压恒流器件。
进一步地，所述第一高压二极管D3和第二高压二极管D4为相同的或不同的具有高反向耐压的二极管。
进一步地，所述LED恒流驱动芯片的第一交流输入端AC1和第二交流输入端AC2也可以是第一直流输入端和第二直流输入端。
本发明的有益效果为：本发明由高反向耐压恒流器件和高压二极管组成的新型LED恒流驱动芯片简化了传统LED照明驱动电路的结构，无需加其它分立恒流器件即可直接外接市电来驱动LED灯串；本发明驱动芯片提高了系统可靠性，且利用现有生产线和封装模具，无需再开新模具，降低了生产成本；本发明驱动芯片输出电流的变化幅度小，可靠性高，使用寿命长。
附图说明
图1为背景技术提供的一种LED照明驱动系统的结构示意图；
图2为本发明提供的LED恒流驱动芯片的内部结构和管脚示意图；
图3为本发明所述高反向耐压恒流器件(D1、D2)的IV特性曲线图；
图4为本发明实施例提供的LED恒流驱动芯片的应用示意图；
图5为本发明实施例所述高反向耐压恒流器件的结构示意图；
图6为本发明实施例所述高反向耐压恒流器件的仿真结构图；
图7为本发明实施例提供的LED恒流驱动芯片的输入电压和输出电流仿真曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
一种LED恒流驱动芯片，如图2所示，包括2个二端高反向耐压恒流器件和2个高压二极管，所述2个二端高反向耐压恒流器件为第一高反向耐压恒流器件D1和第二高反向耐压恒流器件D2，所述2个高压二极管为第一高压二极管D3和第二高压二极管D4；所述第一高反向耐压恒流器件D1的阳极与第二高压二极管D4的阴极相连接形成第一节点A，第一高反向耐压恒流器件D1的阴极与第二高反向耐压恒流器件D2的阴极相连接形成第二节点B，第二高反向耐压恒流器件D2的阳极与第一高压二极管D3的阴极相连接形成第三节点C，第一高压二极管D3的阳极与第二高压二极管D4的阳极相连接形成第四节点D。
进一步地，所述LED恒流驱动芯片包括4个端口，分别为第一交流输入端AC1，第二交流输入端AC2，第一直流输出端OUT1，第二直流输出端OUT2；所述第一交流输入端AC1连接芯片内部第一节点A，所述第二交流输入端AC2连接芯片内部第三节点C，所述第一直流输出端OUT1连接芯片内部第二节点B，所述第二直流输出端OUT2连接芯片内部第四节点D。
进一步地，所述第一高反向耐压恒流器件D1和第二高反向耐压恒流器件D2为相同的一类恒流器件，其特征为：当正向电压大于夹断电压时，其电流保持恒定；当施加反向电压时，器件保持关断，且具有高的耐压；其IV特性曲线图如图3所示。
进一步地，所述第一高反向耐压恒流器件D1和第二高反向耐压恒流器件D2还可以为不同的高反向耐压恒流器件。
进一步地，所述第一高压二极管D3和第二高压二极管D4为任意相同的或不同的具有高反向耐压的二极管。
进一步地，所述LED恒流驱动芯片的第一交流输入端AC1和第二交流输入端AC2还可以外接直流电压驱动LED灯串，即替换为第一直流输入端和第二直流输入端。
本发明的工作原理为：
第一交流输入端AC1和第二交流输入端AC2分别接市电220V交流电的两端，第一直流输出端OUT1和第二直流输出端OUT2分别接LED灯串的两端，当第一交流输入端AC1的电压大于第二交流输入端AC2时，由于第二高压二极管D4和第二高反向耐压恒流器件D2在电压反向时保持截至状态，故电流流过的通路为第一交流输入端AC1→第一节点A→第一高反向耐压恒流器件D1→第二节点B→第一直流输出端OUT1→LED灯串输入端→LED灯串输出端→第二直流输出端OUT2→第四节点D→第一高压二极管D3→第三节点C→第二交流输入端AC2，由于第一高反向耐压恒流器件D1在正向时具有恒定电流的能力，故整个电流通路上的电流保持恒定。同理当第二交流输入端AC2的电压大于第一交流输入端AC1时，电流流过的通路为第二交流输入端AC2→第三节点C→第二高反向耐压恒流器件D2→第二节点B→第一直流输出端OUT1→LED灯串输入端→LED灯串输出端→第二直流输出端OUT2→第四节点D→第二高压二极管D4→第一节点A→第一交流输入端AC1。综上可知，在外加交流电时，LED灯串上流过的电流可保持一致，从而可以一直点亮LED灯串。
实施例
本实施例中，第一高压二极管D3和第二高压二极管D4为相同的具有高反向耐压的二极管，第一高反向耐压恒流器件D1和第二高反向耐压恒流器件D2为相同的高反向耐压恒流器件。所述高反向耐压恒流器件的结构示意图如图5所示，包括P型轻掺杂衬底2，位于P型轻掺杂衬底2之上的N型轻掺杂外延层3，位于N型轻掺杂外延层3之中的扩散P型阱区4，所述扩散P型阱区4为两个并位于两端，位于扩散P型阱区4之中的P型重掺杂区5和N型重掺杂区7，位于N型重掺杂区7和N型轻掺杂外延层3之间且嵌入扩散P型阱区4上表面的耗尽型沟道区6，位于N型轻掺杂外延层3和耗尽型沟道区6上表面的氧化层10，覆盖整个上表面的金属阴极9，位于P型轻掺杂衬底2下表面的金属阳极8，所述P型重掺杂区5、N型重掺杂区7和金属阴极9形成欧姆接触。仿真结构如图6所示，仿真参数为：初始硅片厚度约为250μm，P型轻掺杂衬底2浓度为7.5E14cm-3，N型轻掺杂外延层3厚度为22μm，浓度为8E14cm-3；对称的两个扩散P型阱区4的深度约为5μm，宽度约为11.2μm，两个扩散P型阱区4之间的距离为8μm，注入硼的剂量约为1.5E13cm-2，注入能量为120keV，推结时间为200分钟；调沟注入磷离子的剂量为1.6E13cm-2，注入能量为70keV；用作欧姆接触的P型重掺杂区5注入硼的剂量约为3E15cm-2，注入能量为70keV；N型重掺杂区7注入磷的剂量约为5E15cm-2，注入能量为75keV；金属阴极9的厚度为3μm；耗尽型沟道区6的长度约为6.5μm；氧化层10的厚度为0.8μm。
如图4所示，使用时，所述第一交流输入端AC1和第二交流输入端AC2分别接市电220V交流电的两端，第一直流输出端OUT1和第二直流输出端OUT2分别接LED灯串的两端，LED灯串的两端还并联一电容C1。
图7为本发明实施例提供的LED恒流驱动芯片的输入电压和输出电流仿真曲线。本发明LED恒流驱动芯片的输入电压为市电220V的交流电，其输入电压及输出电流随时间变化关系如图7所示，电流值最后稳定在60mA左右，变化范围为59.04mA～61.26mA，变化幅度为-1.6％～+2.1％，变化幅度较小，可很好的驱动LED灯串，且可靠性高，由于电流变化较小，LED的寿命也可进一步提升。
Claims (7)
1.一种LED恒流驱动芯片，包括第一高反向耐压恒流器件(D1)、第二高反向耐压恒流器件(D2)、第一高压二极管(D3)和第二高压二极管(D4)；所述第一高反向耐压恒流器件(D1)的阳极与第二高压二极管(D4)的阴极相连接形成第一节点(A)，第一高反向耐压恒流器件(D1)的阴极与第二高反向耐压恒流器件(D2)的阴极相连接形成第二节点(B)，第二高反向耐压恒流器件(D2)的阳极与第一高压二极管(D3)的阴极相连接形成第三节点(C)，第一高压二极管(D3)的阳极与第二高压二极管(D4)的阳极相连接形成第四节点(D)；所述LED恒流驱动芯片有4个端口，分别为第一交流输入端(AC1)、第二交流输入端(AC2)、第一直流输出端(OUT1)、第二直流输出端(OUT2)，所述第一交流输入端(AC1)连接第一节点(A)，所述第二交流输入端(AC2)连接第三节点(C)，所述第一直流输出端(OUT1)连接第二节点(B)，所述第二直流输出端(OUT2)连接第四节点(D)。
2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动芯片，其特征在于，所述高反向耐压恒流器件的特点为：当正向电压大于夹断电压时，其电流保持恒定；当施加反向电压时，器件保持关断，且具有高的耐压。
3.根据权利要求1所述的LED恒流驱动芯片，其特征在于，所述第一高反向耐压恒流器件(D1)和第二高反向耐压恒流器件(D2)为相同的高反向耐压恒流器件。
4.根据权利要求1所述的LED恒流驱动芯片，其特征在于，所述第一高反向耐压恒流器件(D1)和第二高反向耐压恒流器件(D2)为不同的高反向耐压恒流器件。
5.根据权利要求1所述的LED恒流驱动芯片，其特征在于，所述第一高压二极管(D3)和第二高压二极管(D4)为相同的具有高反向耐压的二极管。
6.根据权利要求1所述的LED恒流驱动芯片，其特征在于，所述第一高压二极管(D3)和第二高压二极管(D4)为不同的具有高反向耐压的二极管。
7.根据权利要求1所述的LED恒流驱动芯片，其特征在于，所述LED恒流驱动芯片的第一交流输入端(AC1)和第二交流输入端(AC2)可替换为第一直流输入端和第二直流输入端。
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