CN108463029A - 一种照明led的线性驱动集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED驱动电路技术领域，具体来说是一种照明LED的线性驱动集成电路，线性驱动集成电路通过整流桥与交流电源相连以实现对线性驱动集成电路的供电，线性驱动集成电路包括驱动模块，驱动模块由分压电阻、信号转换模块、电源转换模块和若干驱动单元构成。信号转换模块用于将电压的分压信号DIV为成比例地转换为电压调节信号VR并输出给驱动单元。电源转换模块用于为驱动模块提供偏置电流信号和偏置电压信号。本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明的LED的线性驱动集成电路能够避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性，有效保证了电源的稳定输出和LED的稳定工作，并且还能够保证各个LED亮度、色度的一致性，从而获得预期的亮度要求。

Description

一种照明LED的线性驱动集成电路

技术领域

本发明涉及LED驱动电路技术领域，具体来说是一种照明LED的线性驱动集成电路。

背景技术

LED是特性敏感的半导体器件，具有负温度特性，而且LED对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，无法直接连接220V的交流市电，交流市电需要进行转换后才能用于驱动LED；同时，在使用LED作为显示器或其他照明设备或背光源时，需要对其进行恒流驱动，以免电压电流不稳定，从而影响其效率转换和驱动电源及LED的使用寿命。

鉴于现有市场对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，因而需要设计一种照明LED的线性驱动集成电路，在应用过程中稳定电源及LED的工作状态，保证LED的有效使用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种照明LED的线性驱动集成电路,保证电源的稳定输出和LED的稳定工作。

为了实现上述目的，设计一种照明LED的线性驱动集成电路,所述的线性驱动集成电路通过整流桥与交流电源相连以实现对线性驱动集成电路的供电，所述的线性驱动集成电路包括驱动模块，所述的驱动模块由分压电阻、信号转换模块、电源转换模块和若干驱动单元构成。

所述的信号转换模块用于将电压的分压信号DIV为成比例地转换为电压调节信号VR并输出给驱动单元。

所述的电源转换模块用于为驱动模块提供偏置电流信号和偏置电压信号。

每个所述的驱动单元由依次相连的一电阻、一运算放大器、一MOS管和一LED单元构成，若干个所述的驱动单元依次设置，后一驱动单元的前端与前一驱动单元中电阻的后端相连，且后一驱动单元中MOS管的后端与前一驱动单元的后端相连，所述的电阻用于保证设置在前的驱动单元的开启优先级高于设置在后的驱动单元，所述的运算放大器用于保证该驱动单元的电压与电压调节信号VR相等。

本发明还具有如下优选的技术方案：

所述的分压电阻包括串联的分压电阻R2和分压电阻R6，交流电源经整流桥后连接至所述的分压电阻R6一端和若干串联的LED单元前端，所述的分压电阻R6另一端连接分压电阻R2一端，所述的分压电阻R2和分压电阻R6之间抽头一线连接信号转换模块的输入端，所述的信号转换模块的输出端上连接有若干运算放大器的同相输入端，所述的电源转换模块与信号转换模块和若干串联的电阻的一端分别相连，对于若干串联的电阻，每个电阻后侧依次抽头一线连接至若干运算放大器电路的异相输入端，且电流流经时，每个电阻的电压降大于所述电阻后侧的运算放大器获得的异相输入电压，所述的若干所述的运算放大器电路的输出端依次连接至若干MOS管的栅极，所述的若干MOS管的漏极分别依次连接至若干串联的LED单元中每个LED单元后侧，所述的若干MOS管的源极相连后连接至电阻R9一端，电阻R9的另一端与分压电阻R2的另一端相连。

所述的LED单元由若干串联的照明LED构成。

所述的运算放大器的电路结构具体如下：所述的同相输入端连接MOS管M7的栅极，所述的异相输入端连接MOS管M6的栅极，所述的MOS管M7和MOS管M6的源极相连后连接至MOS管M11的漏极，所述的MOS管M11的源极连接MOS管M12的源极、MOS管M10的源极和MOS管M9的源极后连接低压内部电源VDD，所述的MOS管M7的漏极连接至MOS管M1的漏极和MOS管M5的栅极，所述的MOS管M6的漏极连接至MOS管M0的漏极、栅极和MOS管M1的栅极，所述的MOS管M12的漏极连接至MOS管M5的漏极、电阻R0一端、电阻R1一端、MOS管M4的漏极和MOS管M8的源极，所述的MOS管M8的漏极连接至MOS管M3的漏极和MOS管M4的栅极，所述的MOS管M3的栅极与MOS管M2的栅极相连后连接至MOS管M10的漏极， MOS管M12的栅极与MOS管M11的栅极、MOS管M10的栅极、MOS管M8的栅极、MOS管M9的栅极和MOS管M9的漏极相连后输出偏置电流I0，所述的MOS管M2的源极、MOS管M3的源极、MOS管M4的源极、MOS管M0的源极、MOS管M1的源极、MOS管M5的源极和电阻R0的另一端相连后接地，所述的电阻R1的另一端为驱动脉冲DRV输出端，所述的电阻R0用于保证驱动脉冲DRV的初始电压为零伏，所述的电阻R1用于消除运算放大器输入端到MOS管栅极之间由于寄生电感造成的高频震荡。

所述的整流桥由整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成，整流二极管D1和整流二极管D3相串联，整流二极管D2和整流二极管D4相串联，整流二极管D1和整流二极管D3与整流二极管D2和整流二极管D4相并联，所述的交流电源从整流二极管D1和整流二极管D3之间、整流二极管D2和整流二极管D4之间连接入线性驱动集成电路。

所述的线性驱动集成电路工作时，每个驱动单元中的电阻两端的的电压降大于运算放大器的异相输入电压，用于保证每个驱动单元的MOS管按驱动单元的依次设置顺序具有开启优先级。

本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明的LED的线性驱动集成电路能够避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性，有效保证了电源的稳定输出和LED的稳定工作，并且通过本发明的LED的线性驱动集成电路，还能够保证各个LED亮度、色度的一致性，从而获得预期的亮度要求。

附图说明

图1是本发明照明LED的线性驱动集成电路的电原理图。

图2是本发明照明LED的线性驱动集成电路中运算放大器的电原理图。

图3是本发明照明LED的线性驱动集成电路中LED单元的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种电路的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本实施方式设有5个驱动单元，通过整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成整流桥，整流二极管D1一端连接整流二极管D3一端和交流电源的输出端AC1，整流二极管D2连接整流二极管D4一端和交流电源的输出端AC2，整流二极管D4另一端与整流二极管D3另一端相连后连接分压电阻R6一端和LED单元D5一端，所述的分压电阻R6另一端连接分压电阻R2一端和信号转换模块的电压分压信号DIV输入端，所述的分压电阻R2另一端连接整流二极管D1另一端、整流二极管D2另一端和电阻R9另一端，信号转换模块的电压调节信号VR输出端与5个运算放大器的同相输入端相连，电源转换模块的一输出端连接至电阻R8一端，电阻R8另一端连接运算放大器103的异相输入端和电阻R7一端，电阻R7另一端连接运算放大器104的异相输入端和电阻R5一端，电阻R5另一端连接运算放大器105的异相输入端和电阻R4一端，电阻R4的另一端连接运算放大器106的异相输入端和电阻R3一端，电阻R3另一端连接运算放大器107的异相输入端、MOS管M5的源极、MOS管M4的源极、MOS管M3的源极、MOS管M2的源极、MOS管M1的源极和电阻R9一端，运算放大器103的输出端连接MOS管M5的栅极，运算放大器104的输出端连接MOS管M4的栅极，运算放大器105的输出端连接MOS管M3的栅极，运算放大器106的输出端连接MOS管M2的栅极，运算放大器107的输出端连接MOS管M1的栅极， MOS管M5的漏极连接LED单元D5另一端和LED单元D6一端，MOS管M4的漏极连接LED单元D6另一端和LED单元D7一端，MOS管M3的漏极连接LED单元D7另一端和LED单元D8一端，MOS管M2的漏极连接LED单元D8另一端和LED单元D9一端，MOS管M1的漏极连接LED单元D9的另一端。

220V或者110V的交流电源从AC1与AC2进入整流桥，所述的电源转换模块用于向其它模块提供偏置电流和偏置电压信号，所述的信号转换模块用于将整流后电压的分压信号DIV进行处理并产生电压调节信号VR，电压调节信号VR与电压的分压信号DIV的相位相等并成比例关系，该比例关系能够根据受到过温、输入市电电压幅度的不同而调整，在正常工作期间，电压的分压信号DIV的波形接近余弦信号，电压调节信号VR的波形接近于余弦信号。

偏置电流I1依次流入电阻R8、电阻R7、电阻R5、电阻R4、电阻R3，其中电阻R8上的电压降要保证大于运算放大器103的输入失调电压，电阻R7的电压降要保证大于运算放大器104的输入失调电压，电阻R5上的压降要保证大于运算放大器105的输入失调电压，电阻R4上的压降要保证大于运算放大器106的输入失调电压。电阻R3上的压降要保证大于运算放大器107的输入失调电压。电阻R8、电阻R7、电阻R5、电阻R4、电阻R3上的电压降用于保证MOS管M1比MOS管M2~MOS管M5有开启优先级，MOS管M2比MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5有开启优先级，MOS管M3比MOS管M4、MOS管M5有开启优先级，MOS管M4比MOS管M5有开启优先级。

当整流后电压较低时，输入电流也较低，MOS管M5开启时，MOS管M4、MOS管M3、MOS管M2和MOS管M1都在完全开启状态，MOS管M5被运算放大器103调整，保证CS5的电压与电压调节信号VR相等。此时电流从LED单元D5流过。

随着整流后电压的升高，MOS管M5关闭时，MOS管M3、MOS管M2、MOS管M1保持完全开启，MOS管M4被运算放大器104调整开启程度，保证CS4与电压调节信号VR电压相等。此时电流从LED单元D5和LED单元D6流过。

随着整流后电压的继续升高，MOS管M5和MOS管M4关闭，MOS管M2、MOS管M1保持完全开启，MOS管M3被运算放大器105调整开启程度，保证CS3与电压调节信号VR电压相等。此时电流从LED单元D5、LED单元D6和LED单元D7流过。

随着整流后电压的继续升高，MOS管M5、MOS管M4和MOS管M3关闭，MOS管M1保持完全开启，MOS管M2被运算放大器106调整开启程度，保证CS2与电压调节信号VR电压相等。此时电流从LED单元D5、LED单元D6、LED单元D7和LED单元D8流过。

随着整流后电压的继续升高，MOS管M4、MOS管M3和MOS管M2关闭，MOS管M1被运算放大器107调整开启程度，保证CS1与电压调节信号VR电压相等。此时电流从LED单元D5、LED单元D6、LED单元D7、LED单元D8和LED单元D9流过。

由于电压调节信号VR是和整流后电压同相位的余弦信号，而上述各个阶段的CSx分别和电压调节信号VR电位相等，所以CSx也接近余弦信号，X为2或3或4或5。CS1除以电阻R1等于照明LED上的电流，由于CS1上的波形接近余弦信号，所以电阻R1上的电流也是余弦波形，因此照明LED上的电流也是余弦信号，并且与整流后的输入电压同相位。

图2所述电路是运算放大器103、运算放大器104、运算放大器105、运算放大器106和运算放大器107的具体实现电路，它包括两个输入信号PLUS和MINUS，一个低压内部电源VDD，若干个PMOS、NMOS及电阻构成。

其中I0是由电源转换模块产生的偏置电流源，MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11和MOS管M12构成了pmos电流镜。

因为驱动脉冲DRV接外置功率管的栅极，即MOS管的栅极，外置功率管的栅漏寄生电容可能会比较到，在外置功率管漏极快速上升的时候，有可能因为栅漏寄生电容耦合而导致驱动脉冲DRV过冲，所以本发明特别安排了MOS管M10、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M8和MOS管M4构成一个局部电路模块，其用途为防止瞬间电压过冲超过VDD电压，触发闩锁，导致芯片工作失败。

MOS管M11、MOS管M12、MOS管M6、MOS管M7、MOS管M0、MOS管M1和MOS管M5构成一个运算放大器，其中PLUS是正端输入，MINUS是负端输入，当PLUS高于MINUS电位，驱动脉冲DRV上升。当PLUS电位低于MINUS电位，驱动脉冲DRV下降。电阻R0用于保持驱动脉冲DRV的初始电压为零伏，电阻R1用于消除运算放大器输入端到外置功率管，即MOS管，栅极之间由于寄生电感造成的高频震荡。

参见图3，在一个优选的实施方式中，所述的LED单元由若干串联的照明LED构成。

Claims (6)

1.一种照明LED的线性驱动集成电路,所述的线性驱动集成电路通过整流桥与交流电源相连以实现对线性驱动集成电路的供电，其特征在于所述的线性驱动集成电路包括驱动模块，所述的驱动模块由分压电阻、信号转换模块、电源转换模块和若干驱动单元构成；

所述的信号转换模块用于将电压的分压信号DIV为成比例地转换为电压调节信号VR并输出给驱动单元；

所述的电源转换模块用于为驱动模块提供偏置电流信号和偏置电压信号；

每个所述的驱动单元由依次相连的一电阻、一运算放大器、一MOS管和一LED单元构成，若干个所述的驱动单元依次设置，后一驱动单元的前端与前一驱动单元中电阻的后端相连，且后一驱动单元中MOS管的后端与前一驱动单元的后端相连，所述的电阻用于保证设置在前的驱动单元的开启优先级高于设置在后的驱动单元，所述的运算放大器用于保证该驱动单元的电压与电压调节信号VR相等。

2.如权利要求1所述的一种照明LED的线性驱动集成电路,其特征在于所述的分压电阻包括串联的分压电阻R2和分压电阻R6，交流电源经整流桥后连接至所述的分压电阻R6一端和若干串联的LED单元前端，所述的分压电阻R6另一端连接分压电阻R2一端，所述的分压电阻R2和分压电阻R6之间抽头一线连接信号转换模块的输入端，所述的信号转换模块的输出端上连接有若干运算放大器的同相输入端，所述的电源转换模块与信号转换模块和若干串联的电阻的一端分别相连，对于若干串联的电阻，每个电阻后侧依次抽头一线连接至若干运算放大器电路的异相输入端，且电流流经时，每个电阻的电压降大于所述电阻后侧的运算放大器获得的异相输入电压，所述的若干所述的运算放大器电路的输出端依次连接至若干MOS管的栅极，所述的若干MOS管的漏极分别依次连接至若干串联的LED单元中每个LED单元后侧，所述的若干MOS管的源极相连后连接至电阻R9一端，电阻R9的另一端与分压电阻R2的另一端相连。

3.如权利要求1所述的一种照明LED的线性驱动集成电路,其特征在于所述的LED单元由若干串联的照明LED构成。

4.如权利要求1所述的一种照明LED的线性驱动集成电路,其特征在于所述的运算放大器的电路结构具体如下：所述的同相输入端连接MOS管M7的栅极，所述的异相输入端连接MOS管M6的栅极，所述的MOS管M7和MOS管M6的源极相连后连接至MOS管M11的漏极，所述的MOS管M11的源极连接MOS管M12的源极、MOS管M10的源极和MOS管M9的源极后连接低压内部电源VDD，所述的MOS管M7的漏极连接至MOS管M1的漏极和MOS管M5的栅极，所述的MOS管M6的漏极连接至MOS管M0的漏极、栅极和MOS管M1的栅极，所述的MOS管M12的漏极连接至MOS管M5的漏极、电阻R0一端、电阻R1一端、MOS管M4的漏极和MOS管M8的源极，所述的MOS管M8的漏极连接至MOS管M3的漏极和MOS管M4的栅极，所述的MOS管M3的栅极与MOS管M2的栅极相连后连接至MOS管M10的漏极， MOS管M12的栅极与MOS管M11的栅极、MOS管M10的栅极、MOS管M8的栅极、MOS管M9的栅极和MOS管M9的漏极相连后输出偏置电流I0，所述的MOS管M2的源极、MOS管M3的源极、MOS管M4的源极、MOS管M0的源极、MOS管M1的源极、MOS管M5的源极和电阻R0的另一端相连后接地，所述的电阻R1的另一端为驱动脉冲DRV输出端，所述的电阻R0用于保证驱动脉冲DRV的初始电压为零伏，所述的电阻R1用于消除运算放大器输入端到MOS管栅极之间由于寄生电感造成的高频震荡。

5.如权利要求1所述的一种照明LED的线性驱动集成电路,其特征在于所述的整流桥由整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成，整流二极管D1和整流二极管D3相串联，整流二极管D2和整流二极管D4相串联，整流二极管D1和整流二极管D3与整流二极管D2和整流二极管D4相并联，所述的交流电源从整流二极管D1和整流二极管D3之间、整流二极管D2和整流二极管D4之间连接入线性驱动集成电路。

6.如权利要求1所述的一种照明LED的线性驱动集成电路,其特征在于所述的线性驱动集成电路工作时，每个驱动单元中的电阻两端的的电压降大于运算放大器的异相输入电压，用于保证每个驱动单元的MOS管按驱动单元的依次设置顺序具有开启优先级。