CN107708255A - 线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统 - Google Patents

线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统，其中，该线性恒流电光驱动电路包括启动电路、恒流电路、镜像电路。优点：该电路利用具有软驱动电路保护的恒流电路，为所连接的具有配对MOS管的镜像电路负载提供具有自动增益控制的、恒流恒压的工作环境，具有较高的电源抑制比，解决了在输入电压的变化会导致整个系统输入功率的变化，从而影响系统的效率的光效问题。

Description

线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统。
背景技术
光驱动通常可以分为三大类，一是开关恒流源，二是线性IC电源，三是阻容降压电源。开关恒流源采用变压器将高压变为低压，并进行整流滤波，以便输出稳定的低压直流电，开关恒流源的安全性相对较高(一般是输出低压)，性能稳定，缺点是电路复杂、价格较高，由于其采用了变压器致使高成本，大体积，多元器件，而且电解电容易坏，整灯寿命严重受限，调光不方便；阻容降压的方案成本很低，但是性能较差；线性恒流技术方案以其简单的系统结构在中小功率LED恒流系统中得到了广泛使用。
现有技术中，常见的方案如图1所示，包括整流电路、恒流驱动电路以及负载，其恒流输出为Iout＝Vref/Rcs。此应用方案相对于开关电源方案优点在于系统结构简单，使用元器件少，缺点在于系统负载的数量必须严格按照输入电压来设计，输入电压的变化会导致整个系统输入功率的变化，从而影响系统的光效效率。随着光驱动技术的不断发展，光驱动在各个领域得到越来越广泛的使用。当近距离时，光驱动功率小，可以满足人眼安全要求，但是驱动能力较弱；当远距离时，光驱动功率大，但是无法满足人眼安全要求。
综上所述，需要设计一种自动增益控制的、恒流恒压的应用于无人机、无人车智能识别的线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统，解决了在输入电压的变化会导致整个系统输入功率的变化，从而影响系统的效率的光效问题。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
第一方面，本发明提出一种线性恒流电光驱动电路，包括：
启动电路，接电源端，为所连接的恒流电路提供软启动电压；
恒流电路，为所连接的镜像电路提供具有电源抑制比的带隙基准电压；
镜像电路，根据所述恒流电路提供的带隙基准电压，控制所述线性恒流电光驱动电路的回路电压，使得所述回路电压保持恒定；
所述启动电路包括二个晶体管、两个电阻与一个电容，其中：
第一P晶体管(P1)的栅极、漏极同时通过第二电阻(R2)与第一N晶体管(N1)的栅极连接，并通过第一电容(C1)接地；
所述第一N晶体管(N1)的漏极与所述第一P晶体管(P1)源极同时连接至直流电源端，栅极、源极跨接第三电阻(R3)；
所述恒流电路包括一个运算放大器、一个晶体管与一个电阻，其中：
第二N晶体管(N2)的源极通过第一电阻(R1)与运算放大器的负输入端、调整电路端口连接，漏极与所述第一N晶体管(N1)的源极连接；
所述运算放大器的正输入端与参考电压Vref连接，输出端与所述第二N晶体管(N2)的栅极连接；
所述镜像电路包括四个晶体管、二个电光二极管与二个电阻，其中：
第二P晶体管(P2)的漏极、栅极并接后与第三P晶体管(P3)的栅极连接，并通过正向连接的第一电光二极管(D1)接地，源极与第三N晶体管(N3)的源极、第四N晶体管(N4)的源极、栅极连接，并通过第二电阻(R2)连接至所述恒流电路中运算放大器的负输入端；
所述第三P晶体管(P3)的漏极与第四N晶体管(N4)的漏极、第三N晶体管(N3)的漏极、栅极连接，并通过第三电阻(R3)连接至所述恒流电路中运算放大器的负输入端，源极通过正向第二电光二极管(D2)接地。
优选地，所述第一电光二极管(D1)或第二电光二极管(D2)包括单个电光二极管或电光二极管串。
优选地，所述第一电光二极管(D1)与第二电光二极管(D2)的发射区面积相同。
优选地，所述第一电光二极管(D1)的导通电平与第二电光二极管(D2)的导通电平相一致。
优选地，所述第二P晶体管(P2)与第三P晶体管(P3)的面积相等。
优选地，所述第三N晶体管(N3)与第四N晶体管(N4)的面积相等。
优选地，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。
优选地，所述第一N晶体管(N1)、第二N晶体管(N2)、第三N晶体管(N3)及第四N晶体管(N4)为NMOS管，所述第一P晶体管(P1)、第二P晶体管(P2)及第三P晶体管(P3)为PMOS管。
第二方面，本发明提出一种线性恒流集成电路，包括调整电路、第一方面所述的线性恒流电光驱动电路，所述调整电路包括一接地的采样电阻Rext，所述采样电阻调节镜像电路D1、D2负载在单位时间内的电流保持恒定。
第三方面，本发明提出一种线性恒流控制系统，包括整流电路、第一方面所述的线性恒流电光驱动电路，所述整流电路对交流电进行全波整流，对连接的启动电路进行供电。
本发明的有益效果：本发明的线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统，利用具有软驱动电路保护的恒流电路，为所连接的具有配对MOS管的镜像电路负载提供具有自动增益控制的、恒流恒压的工作环境，具有较高的电源抑制比，解决了在输入电压的变化会导致整个系统输入功率的变化，从而影响系统的效率的光效问题。
附图说明
用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是现有技术线性恒流电光驱动电路一实施例电路示意图。
图2是本发明的线性恒流电光驱动电路一实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。本发明实施例提供的一种线性恒流电光驱动电路、集成电路与控制系统可以应用于物联网智能识别技术领域中的各个场景，包括但不局限于2G GSM、3G CDMA、4G LTE/LTE-A、5G eMBB的移动通信、集群通信、卫星通信、激光通信、光纤通信、数字电视、射频识别、电力载波、无人车、无人机、物联网、雷达等系统，本发明实施例对此不作特别限制。
本发明提出一种线性恒流电光驱动电路，如图2所示，包括：
启动电路，接电源端，为所连接的恒流电路提供软启动电压；
恒流电路，为所连接的镜像电路提供具有电源抑制比的带隙基准电压；
镜像电路，根据恒流电路提供的带隙基准电压，控制线性恒流电光驱动电路的回路电压，使得回路电压保持恒定；
本实施例中，启动电路包括二个晶体管、两个电阻与一个电容，其中，第一P晶体管(P1)的栅极、漏极同时通过第二电阻(R2)与第一N晶体管(N1)的栅极连接，并通过第一电容(C1)接地；第一N晶体管(N1)的漏极与第一P晶体管(P1)源极同时连接至直流电源端，栅极、源极跨接第三电阻(R3)。
本实施例中，所述恒流电路包括一个运算放大器、一个晶体管与一个电阻，其中，第二N晶体管(N2)的源极通过第一电阻(R1)与运算放大器的负输入端、调整电路端口连接，漏极与所述第一N晶体管(N1)的源极连接；所述运算放大器的正输入端与参考电压Vref连接，输出端与所述第二N晶体管(N2)的栅极连接。
本实施例中，所述镜像电路包括四个晶体管、二个电光二极管与二个电阻，其中，第二P晶体管(P2)的漏极、栅极并接后与第三P晶体管(P3)的栅极连接，并通过正向连接的第一电光二极管(D1)接地，源极与第三N晶体管(N3)的源极、第四N晶体管(N4)的源极、栅极连接，并通过第二电阻(R2)连接至所述恒流电路中运算放大器的负输入端；所述第三P晶体管(P3)的漏极与第四N晶体管(N4)的漏极、第三N晶体管(N3)的漏极、栅极连接，并通过第三电阻(R3)连接至所述恒流电路中运算放大器的负输入端，源极通过正向第二电光二极管(D2)接地。
本实施例中，第一电光二极管(D1)与第二电光二极管(D2)的发射区面积相同、导通电平相一致，第一电光二极管(D1)或第二电光二极管(D2)包括单个电光二极管或电光二极管串。
本实施例中，第一N晶体管(N1)、第二N晶体管(N2)、第三N晶体管(N3)及第四N晶体管(N4)为NMOS管，所述第一P晶体管(P1)、第二P晶体管(P2)及第三P晶体管(P3)为PMOS管。其中，第二P晶体管(P2)与第三P晶体管(P3)的面积相等，第三N晶体管(N3)与第四N晶体管(N4)的面积相等。
需要说明的是，晶体管可以是采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。晶体管也可以是耗尽型N沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构，虽未作图示，不过当然也可以是将耗尽型P沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构。
由调整电路、上述的线性恒流电光驱动电路构成的线性恒流集成电路，其中，调整电路包括一接地的采样电阻Rext，该采样电阻调节镜像电路D1、D2负载在单位时间内的电流保持恒定。
本发明的工作原理：由第一P晶体管(P1)、第一N晶体管(N1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)与第一电容(C1)构成的驱动电路为由运算放大器与第二N晶体管(N2)构成的自动控制恒流电路提供软驱动环境，自动控制恒流电路为由第二P晶体管(P2)与第三P晶体管(P3)构成的镜像电路提供具有电源抑制比的恒流恒压，并且，在镜像电流源的两端加入了配对的MOS晶体管，以防镜像电流源进入饱和区而导致的电路比例的失配，这些措施保证第一电光二极管(D1)与第二电光二极管(D2)在稳定的工作条件下正常工作。
本发明还提出一种线性恒流控制系统，包括整流电路、上述的线性恒流电光驱动电路，整流电路对交流电进行全波整流，对连接的启动电路进行供电。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种线性恒流电光驱动电路，其特征在于，包括：
启动电路，接电源端，为所连接的恒流电路提供软启动电压；
恒流电路，为所连接的镜像电路提供具有电源抑制比的带隙基准电压；
镜像电路，根据所述恒流电路提供的带隙基准电压，控制所述线性恒流电光驱动电路的回路电压，使得所述回路电压保持恒定；
所述启动电路包括二个晶体管、两个电阻与一个电容，其中：
第一P晶体管(P1)的栅极、漏极同时通过第二电阻(R2)与第一N晶体管(N1)的栅极连接，并通过第一电容(C1)接地；
所述第一N晶体管(N1)的漏极与所述第一P晶体管(P1)源极同时连接至直流电源端，栅极、源极跨接第三电阻(R3)；
所述恒流电路包括一个运算放大器、一个晶体管与一个电阻，其中：
第二N晶体管(N2)的源极通过第一电阻(R1)与运算放大器的负输入端、调整电路端口连接，漏极与所述第一N晶体管(N1)的源极连接；
所述运算放大器的正输入端与参考电压Vref连接，输出端与所述第二N晶体管(N2)的栅极连接；
所述镜像电路包括四个晶体管、二个电光二极管与二个电阻，其中：
第二P晶体管(P2)的漏极、栅极并接后与第三P晶体管(P3)的栅极连接，并通过正向连接的第一电光二极管(D1)接地，源极与第三N晶体管(N3)的源极、第四N晶体管(N4)的源极、栅极连接，并通过第二电阻(R2)连接至所述恒流电路中运算放大器的负输入端；
所述第三P晶体管(P3)的漏极与第四N晶体管(N4)的漏极、第三N晶体管(N3)的漏极、栅极连接，并通过第三电阻(R3)连接至所述恒流电路中运算放大器的负输入端，源极通过正向第二电光二极管(D2)接地。
2.根据权利要求1所述的线性恒流电光驱动电路，其特征在于，所述第一电光二极管(D1)或第二电光二极管(D2)包括单个电光二极管或电光二极管串。
3.根据权利要求2所述的线性恒流电光驱动电路，其特征在于，所述第一电光二极管(D1)与第二电光二极管(D2)的发射区面积相同。
4.根据权利要求2所述的线性恒流电光驱动电路，其特征在于，所述第一电光二极管(D1)的导通电平与第二电光二极管(D2)的导通电平相一致。
5.根据权利要求1所述的线性恒流电光驱动电路，其特征在于，所述第二P晶体管(P2)与第三P晶体管(P3)的面积相等。
6.根据权利要求1所述的线性恒流电光驱动电路，其特征在于，所述第三N晶体管(N3)与第四N晶体管(N4)的面积相等。
7.根据权利要求1-6任一所述的线性恒流电光驱动电路，其特征在于，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的线性恒流电光驱动电路，其特征在于，所述第一N晶体管(N1)、第二N晶体管(N2)、第三N晶体管(N3)及第四N晶体管(N4)为NMOS管，所述第一P晶体管(P1)、第二P晶体管(P2)及第三P晶体管(P3)为PMOS管。
9.一种线性恒流集成电路，其特征在于，包括调整电路、权利要求1-8任一项所述的线性恒流电光驱动电路，所述调整电路包括一接地的采样电阻Rext，所述采样电阻调节镜像电路D1、D2负载在单位时间内的电流保持恒定。
10.一种线性恒流控制系统，其特征在于，包括整流电路、权利要求1-8任一项所述的线性恒流电光驱动电路，所述整流电路对交流电进行全波整流，对连接的启动电路进行供电。
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