CN112423420B - Led驱动电路及光电耦合器 - Google Patents

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Abstract

一种LED驱动电路及光电耦合器，所述LED驱动电路包括：所述电流产生电路，其输出端与LED负载耦接，其电源端与预设的电压源耦接，适于在其输入端输入调制信号时产生驱动电流并输出至所述LED负载；所述第一加速驱动电路，输出端与所述电流产生电路的输出端耦接，适于在其输入端输入所述调制信号时产生第一脉冲电流并输出至所述LED负载。上述方案能够加快高速光电耦合器的开启速率与关闭速率，提高其数据传输速率上限。

Description

LED驱动电路及光电耦合器
技术领域
本发明涉及LED电路技术领域，尤其涉及一种LED驱动电路及光电耦合器。
背景技术
在光电耦合器中，通过将红外LED将电信号转换成光信号发送，接收端通过光敏电路接收光信号并转换成相应的电信号，从而实现信号的隔离传输。在低速光电耦合器中，红外LED在一个恒定的直流脉冲工作电流的驱动下，即可实现光信号的传输。
在高速光电耦合器中，在LED结电容的作用下，LED的开启及关闭速率将直接影响到光电耦合器的传输速率，提高方波电流的波幅值，固然可以提高开启速率，但却会降低关闭速率，另外也会增大器件的功耗。现有技术中，高速光电耦合器的开启及关闭速率受限。
发明内容
本发明实施例解决的是高速光电耦合器的开启及关闭速率受限的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种LED驱动电路，包括：电流产生电路以及第一加速驱动电路，其中：所述电流产生电路，其输出端与LED负载耦接，其电源端与预设的电压源耦接，适于在其输入端输入调制信号时产生驱动电流并输出至所述LED负载；所述第一加速驱动电路，输出端与所述电流产生电路的输出端耦接，适于在其输入端输入所述调制信号时产生第一脉冲电流并输出至所述LED负载。
可选的，所述第一加速驱动电路包括第一电容；所述第一电容的第一端为所述第一加速驱动电路的输入端，所述第一电容的第二端为所述第一加速驱动电路的输出端。
可选的，所述LED驱动电路还包括：第二加速驱动电路；所述第二加速驱动电路，其输出端与所述电流产生电路的输出端、所述第一加速驱动电路的输出端耦接，适于在其输入端输入所述调制信号时产生第二脉冲电流并输出至所述LED负载。
可选的，所述第二加速驱动电路包括第二电容；所述第二电容的第一端为所述第二加速驱动电路的输入端，所述第二电容的第二端为所述第二加速驱动电路的输出端。
可选的，所述LED驱动电路还包括：比较电路以及开关电路，其中：所述比较电路，适于将所述电压源的输出电压与预设的参考电压进行比较，并输出比较结果至所述开关电路的控制端；所述开关电路，其输入端输入所述调制信号，其输出端与所述第二加速驱动电路的输入端耦接；在所述电压源的输出电压小于所述参考电压时，所述开关电路导通；在所述电压源的输出电压不小于所述参考电压时，所述开关电路断开。
可选的，所述开关电路包括第一NMOS管；所述第一NMOS管，其漏极为所述开关电路的输入端，其栅极为所述开关电路的控制端，其源极为所述开关电路的输出端。
可选的，所述电流产生电路包括：偏置电流源、镜像电流源、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第一反相器以及第二反相器，其中：所述偏置电流源，其电源端与所述预设的电压源耦接，其输出端与所述第二NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的漏极耦接；所述第二NMOS管，其栅极与所述第三NMOS管的源极耦接，其源极接地；所述第三NMOS管，其栅极与所述第一反相器的输出端耦接，其漏极与所述第四NMOS管的漏极耦接；所述第四NMOS管，其栅极与所述第一反相器的输入端、第二反相器的输入端耦接，其源极接地；所述第五NMOS管，其栅极与所述第四NMOS管的漏极耦接，其漏极与所述镜像电流源的输入端耦接，其源极接地；所述第一反相器，其输入端输入所述调制信号；所述第二反相器，其输入端输入所述调制信号，其输出端与所述第一加速驱动电路的输入端耦接；所述镜像电流源，其输出端与所述电流产生电路的输出端耦接。
可选的，所述镜像电流源包括：第一PMOS管以及第二PMOS管，其中：所述第一PMOS管，其栅极与其漏极耦接，其源极与所述预设的电压源耦接；所述第一PMOS管的漏极为所述镜像电流源的输入端；所述第二PMOS管，其栅极与所述第一PMOS管的栅极耦接，其源极与所述预设的电压源耦接，其漏极为所述镜像电流源的输出端。
本发明实施例还提供了一种光电耦合器，包括上述任一种所述的LED驱动电路。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
通过电流产生电路产生驱动电流并输出至LED负载，通过第一加速驱动电路产生第一脉冲电流并输出至LED负载，LED负载上的电流为驱动电流与第一脉冲电流之和。通过增加输入至LED负载的电流，可以加快LED负载的开启速率，提高其数据传输速率上限。
进一步，第一加速驱动电路包括第一电容，第一电容可以起到分流LED负载结电容电流的作用，因此可以提高LED负载的关断速率。
此外，通过比较电路对其两个输入端的输入进行比较，在低电压情况下，由比较器输出的比较结果控制开关电路的导通，使得第二加速驱动电路向LED负载输出第二脉冲电流，可以在提高LED负载的开启与关断速率的同时，兼顾LED负载的脉冲宽度失真。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种LED驱动电路的结构示意图；
图2是本发明实施例中的另一种LED驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
如上所述，在高速光电耦合器中，在LED结电容的作用下，LED的开启及关闭速率将直接影响到光电耦合器的传输速率。现有技术中，高速光电耦合器的开启速率及关闭速率受限。
在本发明实施例中，通过电流产生电路产生驱动电流并输出至LED负载，通过第一加速驱动电路产生第一脉冲电流并输出至LED负载，LED负载上的电流为驱动电流与第一脉冲电流之和。通过增加输入至LED负载的电流，可以加快LED负载的开启速率，提高数据传输的上限。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明实施例提供了一种LED驱动电路，包括电流产生电路以及第一加速驱动电路。
在具体实施中，电流产生电路的输出端可以与LED负载耦接，适于为LED负载提供驱动电流；电流产生电路的电源端可以与预设的电压源VCC耦接；电流产生电路的输入端可以输入调制信号。
在本发明实施例中，电流产生电路在其输入端输入调制信号时，可以产生驱动电流并经由其输出端输出至LED负载，以为LED负载提供驱动电流使得LED负载开始工作。
在具体实施中，第一加速驱动电路的输出端可以与电流产生电路的输出端耦接，第一加速驱动电路的输入端可以输入调制信号。在第一加速驱动电路的输入端输入调制信号时，第一加速驱动电路可以产生第一脉冲电流，并将所产生的第一脉冲电流输出至LED负载。
也就是说，在本发明实施例中，当电流产生电路的输入端与第一加速驱动电路的输入端均输入调制信号时，输入至LED负载的电流：电流产生电路产生的驱动电流与第一加速驱动电路产生的第一脉冲电流的叠加。
参照图1，给出了本发明实施例中的一种LED驱动电路的结构示意图。
在本发明实施例中，电流产生电路可以包括偏置电流源IBIASE、镜像电流源、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第一反相器IN1以及第二反相器IN2，其中：
偏置电流源IBIASE的电源端与所述预设的电压源VCC耦接，偏置电流源IBIASE的输出端与第二NMOS管MN2的栅极以及第二NMOS管MN2的漏极耦接；
第二NMOS管MN2的栅极与第三NMOS管MN3的源极耦接，第二NMOS管MN2的源极接地GND；也就是说，第二NMOS管MN2的栅极与其自身的漏极耦接，并且还与第三NMOS管MN3的源极耦接；
第三NMOS管MN3的栅极与第一反相器IN1的输出端耦接，第三NMOS管MN3的漏极与第四NMOS管MN4的漏极耦接；
第四NMOS管MN4的栅极与第一反相器IN1的输入端、第二反相器IN2的输入端耦接，第四NMOS管MN4的源极接地GND；
第五NMOS管MN5的栅极与第四NMOS管MN4的漏极耦接，第五NMOS管MN5的漏极与镜像电流源的输入端耦接，第五NMOS管MN5的源极接地GND；
镜像电流源的输入端与电流产生电路的输出端耦接；
第一反相器IN1的输入端输入调制信号VIN；
第二反相器IN2的输入端输入调制信号VIN，第二反相器IN2输出端与第一加速驱动电路的输入端耦接。
电流产生电路的输出端的电压为VOUT，也即LED负载第一端的电压为VOUT，LED负载第二端接地GND。
在具体实施中，镜像电流源可以包括第一PMOS管MP1以及第二PMOS管MP2，其中：
第一PMOS管MP1的栅极与其漏极耦接，第一PMOS管MP1的源极与所述预设的电压源VCC耦接；第一PMOS管MP1的漏极为镜像电流源的输入端；
第二PMOS管MP2的栅极与第一PMOS管MP1的栅极耦接，第二PMOS管MP2的源极与所述预设的电压源VCC耦接，第二PMOS管MP2的漏极为镜像电流源的输出端。
在具体实施中，第一加速驱动电路可以包括第一电容C1，第一电容C1的第一端可以为第一加速驱动电路的输入端，第一电容C1的第二端可以为第一加速驱动电路的输出端。
下面结合图1，对本发明上述实施例中提供的LED驱动电路的工作原理进行说明。
当VIN输入低电平的调制信号VIN时，镜像电流源输出驱动电流ILED’，第一电容C1同时输出一个瞬态脉冲电流I1，二者同时作用在LED负载上，此时，LED负载上的电流ILED为ILED’+ I1。由于LED负载上的电流增加，因此有效提高LED负载的开启速率。
在LED负载开启后，瞬态脉冲电流I1呈指数形态下降，因此LED负载上的电流ILED迅速下降至ILED’。在VIN输入高电平信号时，第一电容C1也可以起到分流LED负载结电容电流的作用，有利于LED负载的关断。
在实际应用中，在一些特殊的应用场景中，需要器件既能在电压源的输出电压VCC为5V时能够使用，又能在电压为3.3V时使用，此时，仅由第一电容C1提供的第一脉冲电流虽然能够增加LED负载的开启速率并提高其关断速率，但是会导致LED负载的脉冲宽度失真（PWD（TPLH-TPHL））难以兼顾。本领域技术人员可以理解，TPLH表征上升沿传播延迟时间，TPHL表征下降沿传播延迟时间。
在具体实施中，在上述实施例中提供的LED驱动电路的基础上，还可以增加第二加速驱动电路。参照图2，给出了本发明实施例中的另一种LED驱动电路的结构示意图。
在本发明实施例中，第二加速驱动电路的输出端可以与电流产生电路的输出端、第一加速驱动电路的输出端均耦接，第二加速驱动电路的输入端可以输入调制信号VIN。在第二加速驱动电路的输入端输入低电平的调制信号VIN时，第二加速驱动电路可以产生第二脉冲电流并输出至LED负载。
LED驱动电路还可以包括比较电路以及开关电路K1，其中：
比较电路的第一输入端可以输入电压源VCC的输出电压，比较电路的第二输入端可以输入预设的参考电压，比较电路的输出端可以输出比较结果至开关电路K1的控制端；
开关电路K1的输入端可以输入调制信号VIN，开关电路K1的输出端可以与第二加速驱动电路的输入端耦接。
当比较电路的第一输入端的输入大于或等于第二输入端的输入时，比较电路的输出端输出的比较结果可以为低电平，此时，开关电路K1处于断开状态；当比较电路的第一输入端的输入小于第二输入端的输入时，比较电路的输出端输出的比较结果可以为高电平，此时，开关电路K1处于导通状态。
在本发明实施例中，第二加速驱动电路可以包括第二电容C2。第二电容C2的第一端可以为第二加速驱动电路的输入端，第二电容C2的第二端可以为第二加速驱动电路的输出端。
当开关电路K1处于导通状态时，第二加速驱动电路输出的第二脉冲电流叠加至LED负载上，此时，LED负载上的电流ILED为ILED’+ I1+I2，其中的I2为第二脉冲电流。通过第一加速驱动电路以及第二加速驱动电路为LED负载分别提供第一脉冲电流以及第二脉冲电流，既可以满足在3.3V的电压下LED器件的快速开启与关断，又可以兼顾到所产生LED光强的脉冲宽度失真的要求。
在具体应用中，比较电路可以为比较器，或者其他能够实现比较功能的元器件或者模块。开关电路K1可以为MOS管，也可以为其他能够实现开关功能的元器件。
在本发明实施例中，开关电路可以包括第一NMOS管。第一NMOS管的漏极可以为开关电路的输入端，第一NMOS管的栅极可以为开关电路的控制端，第一NMOS管的源极可以为开关电路的输出端。
通过比较电路对其两个输入端的输入进行比较，在低电压情况下，由比较器输出的比较结果控制开关电路的导通，使得第二加速驱动电路向LED负载输出第二脉冲电流，可以在提高LED负载的开关速率的同时，兼顾LED负载所产生光强的脉冲宽度失真以及光电耦合器的脉冲宽度失真的要求。
本发明实施例还提供了一种光电耦合器，上述的光电耦合器可以包括上述任一实施例中所提供的LED驱动电路。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：电流产生电路以及第一加速驱动电路，其中：
所述电流产生电路，其输出端与LED负载耦接，其电源端与预设的电压源耦接，适于在其输入端输入调制信号时产生驱动电流并输出至所述LED负载；
所述第一加速驱动电路，输出端与所述电流产生电路的输出端耦接，适于在其输入端输入所述调制信号时产生第一脉冲电流并输出至所述LED负载；
第二加速驱动电路，其输出端与所述电流产生电路的输出端、所述第一加速驱动电路的输出端耦接，适于在其输入端输入所述调制信号时产生第二脉冲电流并输出至所述LED负载；
比较电路以及开关电路；所述比较电路，适于将所述电压源的输出电压与预设的参考电压进行比较，并输出比较结果至所述开关电路的控制端；所述开关电路，其输入端输入所述调制信号，其输出端与所述第二加速驱动电路的输入端耦接；在所述电压源的输出电压小于所述参考电压时，所述开关电路导通；在所述电压源的输出电压不小于所述参考电压时，所述开关电路断开。
2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一加速驱动电路包括第一电容；所述第一电容的第一端为所述第一加速驱动电路的输入端，所述第一电容的第二端为所述第一加速驱动电路的输出端。
3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二加速驱动电路包括第二电容；所述第二电容的第一端为所述第二加速驱动电路的输入端，所述第二电容的第二端为所述第二加速驱动电路的输出端。
4.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关电路包括第一NMOS管；
所述第一NMOS管，其漏极为所述开关电路的输入端，其栅极为所述开关电路的控制端，其源极为所述开关电路的输出端。
5.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电流产生电路包括：偏置电流源、镜像电流源、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第一反相器以及第二反相器，其中：
所述偏置电流源，其电源端与所述预设的电压源耦接，其输出端与所述第二NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的漏极耦接；
所述第二NMOS管，其栅极与所述第三NMOS管的源极耦接，其源极接地；
所述第三NMOS管，其栅极与所述第一反相器的输出端耦接，其漏极与所述第四NMOS管的漏极耦接；
所述第四NMOS管，其栅极与所述第一反相器的输入端、第二反相器的输入端耦接，其源极接地；
所述第五NMOS管，其栅极与所述第四NMOS管的漏极耦接，其漏极与所述镜像电流源的输入端耦接，其源极接地；
所述第一反相器，其输入端输入所述调制信号；
所述第二反相器，其输入端输入所述调制信号，其输出端与所述第一加速驱动电路的输入端耦接；
所述镜像电流源，其输出端与所述电流产生电路的输出端耦接。
6.如权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述镜像电流源包括：第一PMOS管以及第二PMOS管，其中：
所述第一PMOS管，其栅极与其漏极耦接，其源极与所述预设的电压源耦接；所述第一PMOS管的漏极为所述镜像电流源的输入端；
所述第二PMOS管，其栅极与所述第一PMOS管的栅极耦接，其源极与所述预设的电压源耦接，其漏极为所述镜像电流源的输出端。
7.一种光电耦合器，其特征在于，包括：如权利要求1~6任一项所述的LED驱动电路。
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