CN111436171B - 一种led驱动器及其输出电流精度校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种LED驱动器，包括：N个第一MOS管、N个开关(S1)、第二MOS管、电压跟随器以及校正开关(S2)；N个第一MOS管的栅极分别与N个开关(S1)的输出端连接；N个第一MOS管的源极、漏极相应地连接在一起。本发明提供技术方案中，通过将电流偏置管设定在线性区，同时每个LED驱动单元由2^N个相同小单元组成，以及只需片外一个电阻和外部一个参考电压，就能实现驱动电路的输出电流校正。易于实现，成本低，效果佳。采用本发明可以降低芯片内部压降，提高电源利用效率；可以大幅降低芯片工作电压；可以单独调整每个LED驱动器的电流大小；可以将电流偏置管的尺寸设计得很小，版图面积也相应的缩小；可以对输出电流进行校正，从而达到精度要求。

Description

一种LED驱动器及其输出电流精度校正方法

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及LED驱动器及其输出电流精度校正方法。

背景技术

随着电子设备的不断进步，以及信息化时代的到来，LED显示屏作为信息传递的媒介，人们可以通过不同的LED显示设备接收提示信息或行业资讯。其显示信息的质量尤为重要。而作为LED显示屏中的LED驱动器，起着举足轻重的作用。

现有的常规恒流型LED驱动器电路如图1A及图1B所示。

图1A所示为共阴接法的LED驱动器电路结构，其中虚线框里是驱动一颗LED的单元，如果驱动另外一颗LED，则复制此单元即可。图1B为采用共阳接法电路结构的LED驱动器。两图中的R_EXT均为芯片外高精密电阻。此种电路如果用于LED大屏驱动，则每颗LED的电流无法单独调整，只能通过N bit DAC进行所有单元一起调整。此为弊端一，其二是芯片内部的压降很高，至少是Vgs+Vds+Vsw，其中Vgs是MOS管M3或M6的栅源电压(此电压根据输出驱动电流大小而变化，不是恒定值)，Vds是M4或M7的漏源电压。此压降如果很高的话，LED驱动器的效率就大打折扣，从而导致芯片发热巨大，影响系统性能和寿命，同时还无法在低压下工作。

由于将MOS管M2和M3以及M5和M6都设计在线性区，因此管子尺寸可以做得很小，但会带来一个问题就是匹配精度下降，导致输出电流精度下降。因此需要进行输出电流校正。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种LED驱动器及其输出电流精度校正方法，。

本发明提供的一种LED驱动器，包括基准电流生成单元及驱动单元，其特征在于，所述驱动单元包括：N个第一MOS管、N个二选一开关(S1)、第二MOS管、电压跟随器以及校正开关(S2)；

所述N个第一MOS管的栅极分别与所述N个二选一开关(S1)的输出端连接；所述N个第一MOS管的源极、漏极相应地连接在一起；

所述电压跟随器的正向输入端与基准电流生成单元的第二参考电压连接，所述电压跟随器的反向输入端与所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极相连接在一起；所述电压跟随器的输出端与第二MOS管的栅极相连接；

所述校正开关(S2)的一端连接所述第二MOS管的漏极并连接到LED管、另一端连接到外部基准电压；

当所述第一MOS管和第二MOS管均为N型MOS管，所述二选一开关(S1)的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和接地端；

当所述第一MOS管和第二MOS管均为P型MOS管，所述二选一开关(S1)的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和电源端(VDD)；

进行输出电流校正时，根据需要逐个控制操作所述二选一开关(S1)，将L个所述第一MOS管的栅极与所述基准电流生成单元的输出端接通，使所述L个第一MOS管进入工作状态；

其中N、L为正整数，L≤N。

更适宜地，该LED驱动器还包括：

比较器模块，用于将输出电流与预定的基准电流值进行比较，当输出电流小于预定的基准电流值，则发送控制指令给所述控制模块用于控制所述二选一开关(S1)，逐个接通所述第一MOS管，直到输出电流等于预定的基准电流值。

更适宜地，该LED驱动器还包括：

控制模块，用于根据进行输出电流校正时比较器模块的输出结果控制所述二选一开关(S1)动作；当输出电流小于预定的基准电流值，则将所述二选一开关(S1)与所述基准电流生成单元的输出端接通。

优选地，控制模块包括与门电路，该门电路两个输入信号分别为PWM和控制指令信号，该门电路的输出信号为所述二选一开关的控制信号。

优选地，其中N＝2ⁿ，则N个二选一开关(S1)采用n位数字逻辑道路进行集中控制实现。

本发明还提供一种用于实现LED驱动器输出电流精度校正的方法，其特征在于，包括：

LED驱动器中设置N个第一MOS管和N个二选一开关(S1)，所述二选一开关用于控制是否将相应的所述第一MOS管接入到驱动电路中，进入工作状态；

将驱动器输出电流与预定的输出电流基准值进行比较，当比较结果为驱动器输出电流小于所述基准值，则发出控制指令触发所述二选一开关动作，将相应的所述第一MOS管逐个接入到驱动电路中；

直到将L个所述第一MOS管的栅极与所述基准电流生成单元的输出端接通，使所述L个第一MOS管进入工作状态时，驱动器输出电流等于所述基准值，完成校正，其中N、L为正整数，L≤N。。

更适宜地，将驱动器输出电流与预定的输出电流基准值进行比较，具体包括：

设置一运算放大器，将提供输出电流基准值的参考电压输入到比较器的正向输入端，

驱动器输出信号接入到比较器的反向输入端；

当比较器的输出为低电平，则判定驱动器输出电流小于所述基准值。

更适宜地，发出控制指令触发所述二选一开关动作，是通过下述方式实现：

与门电路，该门电路两个输入信号分别为PWM和控制指令信号，该门电路的输出信号为所述二选一开关的控制信号。

优选地，N＝2ⁿ，N个二选一开关(S1)采用n位数字逻辑道路进行集中控制实现。

综上所述，本发明提供技术方案中，通过将电流偏置管设定在线性区，同时每个LED驱动单元由2^N个相同小单元组成，以及只需片外一个电阻和外部一个参考电压，就能实现驱动电路的输出电流校正。易于实现，成本低，效果佳。

与现有的恒流线性LED驱动器相比，本发明具有以下的优点：

可以降低芯片内部压降，提高电源利用效率；

可以大幅降低芯片工作电压；

可以单独调整每个LED驱动器的电流大小；

可以将电流偏置管的尺寸设计得很小，版图面积也相应的缩小；

可以对输出电流进行校正，从而达到1/2^N的精度要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1A及图1B分别是现有技术中两种常规LED驱动器的驱动电路图；

图2A是本发明的一个实施例提供的共阴极接法的LED驱动器电路图；

图2B是本发明的一个实施例中驱动单元的电路图；

图3A是本发明的另一实施例提供的改进型共阳极接法的LED驱动器电路图；

图3B本发明的另一实施例中驱动单元的电路图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例，对本发明作详细描述。

实施例一

图2A为本发明提供的LED驱动器结构，该结构从图1A改进而来，从图2A中可以看出，大虚线框内电路又由2^N个相同单元组成，其中图2A中的M5和M6，M8也可以工作在线性区，这样两个工作在线性区的管子的Vds可以很小，比如可以分别达到100mV，因此，芯片内的压降可以做到200mV左右，比传统结构至少可以小500mV(此种芯片一般采用0.18um工艺制造)，这样也可以大幅降低工作电压。同时，由于每个单元由2^N个相同小单元组成，则可以单独对每个驱动单元进行选取多少个小单元而调整该驱动单元的电流大小，达到传统方法调整电流的目的。其中，VREF、VBN为参考电压。

由于将M5和M6均设计在线性区，因此管子尺寸可以做得很小，但会带来一个问题就是匹配精度下降，导致输出电流精度下降。故本发明还设计了输出电流精度校正电路，此校正电路只需一个外部电阻和一个外部参考电压以及内部的比较器即可完成，从而让输出电流精度达到1/2^N(比如N为7，则可以达到±8‰的精度)。具体校正电路如图2B。

如图2A所示，本发明实施例一提供的一种LED驱动器，包括基准电流生成单元210及驱动单元220，其中，参照图2B，驱动单元220包括：N个第一MOS管M6、N个二选一开关S1、第二MOS管M7、电压跟随器OP4以及校正开关S2；

N个第一MOS管的栅极分别与N个二选一开关S1的输出端连接；所述N个第一MOS管的源极、漏极相应地连接在一起；

该电压跟随器OP4的正向输入端与基准电流生成单元的第二参考电压连接，电压跟随器OP4的反向输入端与第一MOS管M6的源极和第二MOS管的漏极相连接在一起；电压跟随器OP4的输出端与第二MOS管M7的栅极相连接；

校正开关S2的一端连接第二MOS管M7的漏极并连接到LED管、另一端连接到外部基准电压VCAL；

当第一MOS管M6和第二MOS管M7均为N型MOS管，所述二选一开关S1的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和接地端；

当所述第一MOS管和第二MOS管均为P型MOS管，所述二选一开关S1的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和电源端VDD；

进行输出电流校正时，根据需要逐个控制操作二选一开关S1，从N个MOS管(M6、M8、…等)中选取L个，将这L个所述第一MOS管的栅极与所述基准电流生成单元的输出端接通，使所述L个第一MOS管进入工作状态；

其中N、L为正整数，L≤N。

本发明实施例一提供的LED驱动器，还包括：

比较器模块，用于将输出电流与预定的基准电流值进行比较，当输出电流小于预定的基准电流值，则发送控制指令给所述控制模块用于控制所述二选一开关S1，逐个接通第一MOS管(M6、M8、…等)，直到输出电流等于预定的基准电流值。

本发明实施例一提供的LED驱动器，还包括：

控制模块，用于根据进行输出电流校正时比较器模块的输出结果控制二选一开关S1动作；当输出电流小于预定的基准电流值，则将二选一开关S1与所述基准电流生成单元的输出端接通。

具体实施方案中，控制模块可采用与门电路，该门电路两个输入信号分别为PWM和控制指令信号，该与门电路的输出信号为二选一开关S1的控制信号。

为便于实施，选取N＝2ⁿ，n＝0,1,2,3,…，则所述N个二选一开关S1采用n位数字逻辑道路进行集中控制实现。

实施例二

图3A为本发明另一实施例提供的LED驱动器结构，该结构从图1B改进而来，从图3A中可以看出，大虚线框内电路又由2^N个相同单元组成，其中相关MOS管工作在线性区，这样两个工作在线性区的管子的Vds可以很小，比如可以分别达到100mV，因此，芯片内的压降可以做到200mV左右，比传统结构至少可以小500mV(此种芯片一般采用0.18um工艺制造)，这样也可以大幅降低工作电压。同时，由于每个单元由2^N个相同小单元组成，则可以单独对每个驱动单元进行选取多少个小单元而调整该驱动单元的电流大小，达到传统方法调整电流的目的。其中，V_REF，VBP为参考电压。

由于将MOS管设计在线性区，因此管子尺寸可以做得很小，但会带来一个问题就是匹配精度下降，导致输出电流精度下降。故本发明还设计了输出电流精度校正电路，此校正电路只需一个外部电阻和一个外部参考电压以及内部的比较器即可完成，从而让输出电流精度达到1/2^N(比如N为7，则可以达到±8‰的精度)。具体校正电路如图3B。

如图3A所示，本发明实施例二提供的一种LED驱动器，包括基准电流生成单元210及驱动单元220，其中，参照图3B，驱动单元220包括：N个第一MOS管M3、N个二选一开关S1、第二MOS管M4、电压跟随器OP3以及校正开关S2；

N个第一MOS管(M3、M5、…)的栅极分别与N个二选一开关S1的输出端连接；所述N个第一MOS管的源极、漏极相应地连接在一起；

该电压跟随器OP3的正向输入端与基准电流生成单元的第二参考电压连接，电压跟随器OP3的反向输入端与第一MOS管M3的源极和第二MOS管的漏极相连接在一起；电压跟随器OP3的输出端与第二MOS管M4的栅极相连接；

校正开关S2的一端连接第二MOS管M4的漏极并连接到LED管、另一端连接到外部基准电压V_CAL；

当第一MOS管M3和第二MOS管M4均为N型MOS管，所述二选一开关S1的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和接地端；

当第一MOS管M3和第二MOS管M4均为P型MOS管，所述二选一开关S1的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和电源端V_DD；

进行输出电流校正时，根据需要逐个控制操作二选一开关S1，从N个MOS管(M3、M5、…等)中选取L个，将这L个第一MOS管的栅极与所述基准电流生成单元的输出端接通，使所述L个第一MOS管进入工作状态；

其中N、L为正整数，L≤N。

本发明实施例二提供的LED驱动器，还包括：

比较器模块，用于将输出电流与预定的基准电流值进行比较，当输出电流小于预定的基准电流值，则发送控制指令给所述控制模块用于控制所述二选一开关S1，逐个接通第一MOS管(M3、M5、…等)，直到输出电流等于预定的基准电流值。

本发明实施例二提供的LED驱动器，还包括：

控制模块，用于根据进行输出电流校正时比较器模块的输出结果控制二选一开关S1动作；当输出电流小于预定的基准电流值，则将二选一开关S1与所述基准电流生成单元的输出端接通。

具体实施方案中，控制模块可采用与门电路，该门电路两个输入信号分别为PWM和控制指令信号，该与门电路的输出信号为二选一开关S1的控制信号。

为便于实施，选取N＝2ⁿ，n＝0,1,2,3,…，则所述N个二选一开关S1采用n位数字逻辑道路进行集中控制实现。

需要说明的是，如图2A和图3A所示，本发明实施例中只选取了两只LED驱动器的LED驱动单元0和LED LED驱动单元1，具体实施方案中，可以参照此两只LED驱动器接法，国家需要设计出相应的LED驱动器。

下面以图2A说明LED驱动器输出电流精度的具体校正方法。

首先，需要将芯片外部的行驱动MOS管N1和N2关闭，而将校正开关S2闭合，使得流过LED的电流为0，而使输出电流流过校正开关S2。(注意：不能同时闭合所有LED驱动器中的电流校正开关，只能闭合当前需要校正LED驱动器中的电流校正开关。)则LED驱动器的输出电流流过片外校正电阻R_EXT1形成电压VCAL。

接着，通过比较器(该比较器可以设计在芯片内部)比较VCAL和芯片外部给定参考电压VREF_EXT，如果比较器输出DO_CAL信号为低电平，则表示输出电流小于需要输出的电流，此时应该将图2B所示中MOS管(M6、M8、…)的数量增加1，一直到DO_CAL信号翻转为高电平，此时表示校正完成，保存当前的寄存器控制字。

对于其他LED驱动器的输出电流校正，均可以参照上述方法实行。

事实上，输出电流的大小等于外部参考电压VREF_EXT除以外部参考电阻R_EXT1。

本发明还提供一种用于实现LED驱动器输出电流精度校正的方法，包括：

LED驱动器中设置N个第一MOS管(M3/M6)和N个二选一开关(S1)，所述二选一开关用于控制是否将相应的所述第一MOS管接入到驱动电路中，进入工作状态；

将驱动器输出电流与预定的输出电流基准值进行比较，当比较结果为驱动器输出电流小于所述基准值，则发出控制指令触发所述二选一开关动作，将相应的所述第一MOS管逐个接入到驱动电路中；

直到将L个所述第一MOS管的栅极与所述基准电流生成单元的输出端接通，使所述L个第一MOS管进入工作状态时，驱动器输出电流等于所述基准值，完成校正，其中N、L为正整数，L≤N。。

其中，将驱动器输出电流与预定的输出电流基准值进行比较，具体包括：

设置一运算放大器，将提供输出电流基准值的参考电压输入到比较器的正向输入端，

驱动器输出信号接入到比较器的反向输入端；

当比较器的输出为低电平，则判定驱动器输出电流小于所述基准值。

所述发出控制指令触发所述二选一开关动作，是通过下述方式实现：

与门电路，该门电路两个输入信号分别为PWM和控制指令信号，该门电路的输出信号为所述二选一开关的控制信号。

具体实施例中，可设N＝2ⁿ，N个二选一开关(S1)采用n位数字逻辑道路进行集中控制实现。

综上所述，本发明提供技术方案中，通过将电流偏置管设定在线性区，同时每个LED驱动单元由2^N个相同小单元组成，以及只需片外一个电阻和外部一个参考电压，就能实现驱动电路的输出电流校正。易于实现，成本低，效果佳。

与现有的恒流线性LED驱动器相比，本发明具有以下的优点：

可以降低芯片内部压降，提高电源利用效率；

可以大幅降低芯片工作电压；

可以单独调整每个LED驱动器的电流大小；

可以将电流偏置管的尺寸设计得很小，版图面积也相应的缩小；

可以对输出电流进行校正，从而达到1/2^N的精度要求。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LED驱动器，包括基准电流生成单元及驱动单元，其特征在于，所述驱动单元包括：N个第一MOS管、N个二选一开关(S1)、第二MOS管、电压跟随器以及校正开关(S2)；

所述N个第一MOS管的栅极分别与所述N个二选一开关(S1)的输出端连接；所述N个第一MOS管的源极、漏极相应地连接在一起；

所述电压跟随器的正向输入端与基准电流生成单元的第二参考电压连接，所述电压跟随器的反向输入端与所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极相连接在一起；所述电压跟随器的输出端与第二MOS管的栅极相连接；

所述校正开关(S2)的一端连接所述第二MOS管的漏极并连接到LED管、另一端连接到外部基准电压；

当所述第一MOS管和第二MOS管均为N型MOS管，所述二选一开关(S1)的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和接地端；

当所述第一MOS管和第二MOS管均为P型MOS管，所述二选一开关(S1)的输入端分别连接到所述基准电流生成单元的输出端和电源端(VDD)；

进行输出电流校正时，根据需要逐个控制操作所述二选一开关(S1)，将L个所述第一MOS管的栅极与所述基准电流生成单元的输出端接通，使所述L个第一MOS管进入工作状态；

其中N、L为正整数，L≤N。

2.如权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，还包括：

比较器模块，用于将输出电流与预定的基准电流值进行比较，当输出电流小于预定的基准电流值，则发送控制指令给控制模块用于控制所述二选一开关(S1)，逐个接通所述第一MOS管，直到输出电流等于预定的基准电流值。

3.如权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，还包括：

控制模块，用于根据进行输出电流校正时比较器模块的输出结果控制所述二选一开关(S1)动作；当输出电流小于预定的基准电流值，则将所述二选一开关(S1)与所述基准电流生成单元的输出端接通。

4.如权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，所述控制模块包括与门电路，该门电路两个输入信号分别为PWM和控制指令信号，该门电路的输出信号为所述二选一开关的控制信号。

5.如权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述N＝2ⁿ，

则所述N个二选一开关(S1)采用n位数字逻辑道路进行集中控制实现。

6.一种用于实现LED驱动器输出电流精度校正的方法，其特征在于，包括：

LED驱动器中设置N个第一MOS管和N个二选一开关(S1)，所述二选一开关用于控制是否将相应的所述第一MOS管接入到驱动电路中，进入工作状态；

将驱动器输出电流与预定的输出电流基准值进行比较，当比较结果为驱动器输出电流小于所述基准值，则发出控制指令触发所述二选一开关动作，将相应的所述第一MOS管逐个接入到驱动电路中；

直到将L个所述第一MOS管的栅极与基准电流生成单元的输出端接通，使所述L个第一MOS管进入工作状态时，驱动器输出电流等于所述基准值，完成校正，其中N、L为正整数，L≤N。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将驱动器输出电流与预定的输出电流基准值进行比较，具体包括：

设置一运算放大器，将提供输出电流基准值的参考电压输入到比较器的正向输入端，

驱动器输出信号接入到比较器的反向输入端；

当比较器的输出为低电平，则判定驱动器输出电流小于所述基准值。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发出控制指令触发所述二选一开关动作，是通过下述方式实现：

与门电路，该门电路两个输入信号分别为PWM和控制指令信号，该门电路的输出信号为所述二选一开关的控制信号。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述N＝2ⁿ，

所述N个二选一开关(S1)采用n位数字逻辑道路进行集中控制实现。