CN1531176A - 电流驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种电流驱动装置，其包括一第一比较器、一第二比较器、一低频锯齿波发生器和一高频锯齿波发生器、一可调放大比放大器、一场效应晶体管、一时序控制电压源、一幅度控制电压源和一辅助电源，低频锯齿波发生器产生的低频锯齿波信号与时序控制电压源产生的时序控制信号输入至第一比较器的输入端，第一比较器的输出信号输入至可调放大比放大器的一输入端，幅度控制电压源产生的幅度控制信号输入至可调放大比放大器的另一输入端，可调放大比放大器的输出信号与高频锯齿波发生器产生的高频锯齿波信号输入至第二比较器的输入端，第二比较器的输出端连接至场效应晶体管的栅极，辅助电源与场效应晶体管的源极连接，场效应晶体管的漏极输出驱动电流。

Description

电流驱动装置
【技术领域】
本发明涉及一种电流驱动装置，特别指一种脉宽调制式电流驱动装置。
【背景技术】
请参阅图1，是现有技术中的一种驱动装置，其负载为发光二极管，其中电压源10通过限流电阻20施加电压于发光二极管阵列30上，该发光二极管阵列30包括m行n列个发光二极管31，该限流电阻20的电阻为R，电压源10的电压为U，干路电流为I，单个发光二极管31的等效电阻为Rs。
其伏安特性用下式表示：
U-m*Von＝I(R+Rs(m/n))
此式简化为：
U-Vx＝I(R+Rx)其中，Vx＝m*Von，Rx＝Rs(m/n)
由于发光二极管31的启动电压Von的存在，电流I并不随电压U的改变而线性变化，如当电压U变为原来的二倍时，电流I变化小于原来的二倍。因此即使驱动固定的发光二极管阵列，其驱动电压与驱动电流也不呈线性关系。所以难以完成发光二极管的驱动电流的精确控制。
而当驱动的发光二极管阵列非固定时，即其阵列形式或发光二极管个数变化时，即Vx和Rx发生改变时，为满足适宜的发光二极管电气工作环境，常需对驱动电压U和限流电阻R作调整，同样也无法在驱动电压变化时线性改变驱动电流。在用于负载变化的应用时有很多不便，同样也难以完成对发光二极管的驱动电流的精确控制。
另外，对于需要按照时序显示的应用，还需要再增加时序控制电路，而使整个电路十分复杂。
【发明内容】
为克服现有技术中难以精确控制驱动电流及增加时序控制电路会使整个电路变得复杂的缺陷，本发明提供一种可精确控制驱动电流并可简单地进行时序控制的电流驱动装置。
本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种电流驱动装置，其包括一第一方波信号发生器、一第二方波信号发生器、一场效应晶体管和一辅助电源。第一方波信号发生器的输出端连接至第二方波信号发生器的输入端，第二方波信号发生器的输出端连接至场效应晶体管的栅极，辅助电源与场效应晶体管的源极连接，场效应晶体管的漏极输出驱动电流。
和现有技术相比较，本发明的电流驱动装置的优点在于使用高频脉宽调制可实现对驱动电流大小的精确控制，使用低频脉宽调制又可简单地实现对驱动电流的时序控制。
【附图说明】
图1是现有技术中驱动装置的示意图。
图2是本发明电流驱动装置的示意图。
图3是本发明电流驱动装置的波形图。
图4是本发明电流驱动装置的结构图。
图5是本发明电流驱动装置的低频锯齿波发生器的电路图。
图6是本发明电流驱动装置的可调放大比放大器的示意图。
图7是本发明电流驱动装置的第一比较器的波形图。
图8是本发明电流驱动装置的可调放大比放大器的波形图。
图9是本发明电流驱动装置的第二比较器和场效应晶体管的波形图。
【具体实施方式】
请参阅图2，本发明电流驱动装置包括一第一方波信号发生器100、一第二方波信号发生器200、一场效应晶体管3、一辅助电源9和限流电阻11、12。第一方波信号发生器100的输出端输出低频方波信号Vo1以控制驱动电流的开关时序，该输出端连接至第二方波信号发生器200的输入端，第二方波信号发生器200的输出端输出高频方波信号Vo2以控制驱动电流的大小，该输出端连接至场效应晶体管3的栅极，辅助电源9与场效应晶体管3的源极连接，场效应晶体管3的漏极输出驱动电流Io2。
请参阅图3，是本发明电流驱动装置的波形图。设定第二方波发生器200产生的高频方波信号周期为T，第一方波发生器100产生的低频方波信号周期为10T。在两个低频方波信号周期内，由低频方波信号Vo1决定驱动电流Io2的开关时序；由高频方波信号Vo2决定在开启状态下驱动电流Io2的大小。
上述设定如低频方波信号周期为高频方波信号周期的10倍等仅为阐述本发明所采用的具体参数。在实际应用时，低频方波信号周期可以是高频方波信号周期的其它倍数。
请参阅图4，是本发明电流驱动装置的另一个实施方式，其包括第一方波信号发生器100、一第二方波信号发生器200，一场效应晶体管3、一辅助电源9和限流电阻11、12。第一方波信号发生器100由第一比较器1、低频锯齿波发生器4、时序控制电压源7构成；第二方波信号发生器200由第二比较器2、高频锯齿波发生器5、可调放大比放大器6、幅度控制电压源8构成。低频锯齿波发生器4产生的低频锯齿波信号与时序控制电压源7产生的时序控制信号输入至第一比较器1的输入端，第一比较器1的输出信号输入至可调放大比放大器6的一输入端，幅度控制电压源8产生的幅度控制信号输入至可调放大比放大器6的另一输入端，可调放大比放大器6的输出信号与高频锯齿波发生器5产生的高频锯齿波信号输入至第二比较器2的输入端，第二比较器2的输出端连接至场效应晶体管3的栅极，辅助电源9通过限流电阻11连接至场效应晶体管3的源极，场效应晶体管3的漏极通过电阻12输出驱动电流。
请参阅图5，是低频锯齿波发生器4的电路图，运算放大器401的反相输入端接接地电阻412后接地，其同相输入端由电阻410反馈回来的U1电压和电阻408反馈回来的Uo电压共同决定，其输出端接电阻414。运算放大器401、接地电阻412、电阻410、电阻408、电阻414构成过零电压比较器。运算放大器402的反相输入端通过两个回路，即积分电阻404和二极管405、积分电阻406和二极管407，接至双稳压管409，同时也与电容403连接，运算放大器402的输出端输出锯齿波Uo。运算放大器402、积分电阻404和二极管405、积分电阻406和二极管407、双稳压管409、电容403构成过零积分器。
此电路也可作为高频锯齿波发生器5的电路，由于此电路产生锯齿波的频率由电阻408、410、积分电阻404、406和电容403决定，并主要由电阻408、410、积分电阻404和电容403决定，因此高频锯齿波发生器5的电路可对这几个组件的参数作相应的调整而实现。
本发明电流调整装置所采用的锯齿波发生器并不限于本实施方式的低频锯齿波发生器4和高频锯齿波发生器5，其它锯齿波发生电路也可适用。
请参阅图6，本实施方式采用的可调放大比放大器6为光敏电阻放大器，其包括发光二极管601、光敏电阻602、电阻603、运算放大器604，电阻605和调整电压源606。光敏电阻602阻值为R2，电阻603阻值为R1，调整电压源606产生的调整信号为V2，输入信号为Vol，输出信号为Vi2。调整电压源606连接至发光二极管601，发光二极管601发光照射至光敏电阻602，光敏电阻602两端分别与运算放大器604的反相输入端和输出端连接，输入信号Vo1通过一电阻603连接至运算放大器604的反相输入端，运算放大器604的同相输入端通过另一电阻605而接地。
调整信号V2的变化引起发光二极管601的发光强度改变，而导致光敏电阻602的电阻改变，选择适宜的器件和参数，光敏电阻602阻值R2可正比于调整信号V2，即R2＝KV2(K为常数)；同时，由放大器原理可得到输出信号Vi2与输入信号Vo1关系为Vi2＝-(R2/R1)Vo1；因此可得出：Vi2＝-(KV2/R1)Vo1，即此放大器的放大比与调整信号V2成正比。
本发明采用的可调放大比放大器6并不仅限于光敏电阻放大器，其它类型的放大比可调的放大器也可采用，只需要此放大器的放大比与调整信号成正比。
请参阅图7至图9，是本发明电流驱动装置各阶段的波形图，设定高频锯齿波发生器5产生的高频锯齿波信号周期为T，低频锯齿波发生器4产生的低频锯齿波信号周期为10T。
请参阅图7，是第一比较器1的输入和输出信号波形图。时序控制电压源7产生的时序控制信号V1为调整电压，Vrl为低频锯齿波信号，Vo1为比较器1的输出信号，低频锯齿波信号周期为10T。低频锯齿波发生器4产生的锯齿波信号Vr1与时序控制电压源7产生的时序控制信号V1通过第一比较器1进行比较，当V1大于锯齿波信号Vr1瞬间电压时，第一比较器1输出为高电平；当调整电压V1小于锯齿波信号Vr1瞬间电压时，第一比较器1输出为低电平。此信号在前5T时间内为高电平，在后5T时间内为低电平，即通过该输出信号Vo1控制电流驱动装置的开关时序。
请参阅图8，是可调放大比放大器6的输入和输出信号波形图。第一比较器1的输出信号Vo1为可调放大比放大器6的输入信号，幅度控制电压源8产生的幅度控制信号V2为调整信号，输出信号为Vi2，由于可调放大比放大器6的放大比与调整信号成正比，而输入信号Vo1为定值，因此可调放大比放大器6的输出信号与输入信号的关系式为：Vi2＝-(KV2/R1)Vo1＝-(KVo1/R1)V2＝LV2(L为常数)，即输出信号Vi2为调整信号V2的常数倍。
请参阅图9，是第二比较器2和场效应晶体管3的输入和输出信号波形图。Vi2，即可调放大比放大器6的输出信号，为第二比较器2的输入信号，Vr2为高频锯齿波信号，Vo2为第二比较器2的输出信号同时也是场效应晶体管3的栅极电压，Io2为场效应晶体管3漏极的输出电流。高频锯齿波发生器5产生的锯齿波信号Vr2与可调放大比放大器6的输出信号Vi2通过第二比较器2进行比较，当可调放大比放大器6的输出信号Vi2大于高频锯齿波信号Vr2瞬间电压时，第二比较器2的输出信号Vo2为高电平；当可调放大比放大器6的输出信号Vi2小于高频锯齿波信号Vr2瞬间电压时，第二比较器2的输出信号Vo2为低电平。此输出信号Vo2自场效应晶体管3的栅极输入，辅助电源9通过限流电阻11连接至场效应晶体管3的源极，场效应晶体管3的漏极通过电阻12输出驱动电流Io2。
高频锯齿波信号Vr2斜率为一定值，在每一高频锯齿波周期中，第二比较器2的输入信号Vi2可视为缓慢变化，因此，第二比较器2的输出信号Vo2为高电平的时间与第二比较器2的输入信号Vi2的大小成正比，而场效应晶体管3的漏极输出电流Io2的时间等同于场效应晶体管3的栅极电压Vo2为高电平的时间，因此漏极输出电流Io2的时间与第二比较器2输出信号Vo2为高电平的时间成正比、与第二比较器2的输入信号Vi2的大小成正比，即TIo2＝MVi2(M为常数)。再参阅图7的分析：Vi2＝LV2(L为常数)，第二比较器2的输入信号Vi2为调整信号V2的常数倍，有下式：TIo2＝NV2(N为常数)，即漏极输出电流Io2的时间TIo2与幅度控制电压源8产生的幅度控制信号V2的大小成正比。
再参阅图7，在低频锯齿波信号一周期时间10T内，由时序控制信号V1与低频锯齿波信号Vr1比较，产生一前5T时间为开，后5T时间为关的信号，实现对驱动电流的时序控制；并参阅图9，在开启的5T时间，由幅度控制信号V2决定漏极输出电流Io2的时间TIo2。
在此实施方式中，第一比较器1、低频锯齿波发生器4、时序控制电压源7构成第一方波信号发生器100；第二比较器2、高频锯齿波发生器5、可调放大比放大器6、幅度控制电压源8构成第二方波信号发生器200。
本发明的第一方波信号发生器100和第二方波信号发生器200并不仅限于本实施方式的构成方式，其它类型的第一方波信号发生器100和第二方波信号发生器200也可采用。
上述的设定如低频锯齿波信号周期为高频锯齿波信号周期的10倍等仅仅是为阐述本发明所采用的一个具体参数。在实际应用时，低频锯齿波信号的周期可以是高频锯齿波信号周期的其它倍数。
本发明电流驱动装置的负载可以是发光二极管、CCFL(CathodeFluorescence Lamp，冷阴极萤光灯)等。
本发明电流驱动装置和其所驱动的负载可以作为显示器和其它如车辆、船舶、和航空器等用的显示装置的光源。

Claims (10)

1.一种电流驱动装置，其特征在于：包括一第一方波信号发生器、一第二方波信号发生器、一场效应晶体管和一辅助电源，其中，第一方波信号发生器输出端连接至第二方波信号发生器的输入端，第二方波信号发生器的输出端连接至场效应晶体管的栅极，辅助电源与场效应晶体管的源极连接，场效应晶体管的漏极输出驱动电流。
2.如权利要求1所述的电流驱动装置，其特征在于该第一方波信号发生器包括：一第一比较器、一低频锯齿波发生器、一时序控制电压源，其中，低频锯齿波发生器产生的低频锯齿波信号输入至第一比较器的一输入端、时序控制电压源产生的时序控制信号输入至第一比较器的另一输入端。
3.如权利要求1所述的电流驱动装置，其特征在于该第二方波信号发生器包括：一可调放大比放大器、一幅度控制电压源、一高频锯齿波发生器、一第二比较器，其中，该可调放大比放大器的一输入端连接至第一比较器的输出端，该幅度控制电压源产生的时序控制信号输入至该可调放大比放大器的另一输入端，该可调放大比放大器的输出端连接至该第二比较器的一输入端，该高频锯齿波发生器产生的高频锯齿波信号输入至该第二比较器的另一输入端。
4.如权利要求3所述的电流驱动装置，其特征在于该低频锯齿波发生器包括一过零电压比较器、一过零积分器，过零积分器的输出反馈回过零电压比较器而产生锯齿波信号。
5.如权利要求4所述的电流驱动装置，其特征在于该低频锯齿波发生器的过零电压比较器包括一运算放大器、三电阻和一接地电阻，其中，该运算放大器的反相输入端通过接地电阻接地，其同相输入端连接三电阻中的二电阻，其输出端接三电阻中的另一电阻，此电阻第二端和同相输入端连接的二电阻之一串联。
6.如权利要求4所述的电流驱动装置，其特征在于该低频锯齿波发生器的过零积分器包括一运算放大器、一电容、两个积分电阻、两个二极管、双稳压管，其中，一积分电阻和一二极管串联、另一积分电阻和另一二极管串联，其构成的两个串联电路并联后一端连接至双稳压管，另一端连接至运算放大器的反相输入端，双稳压管的另一端接地，运算放大器的反相输入端同时又与电容连接，该电容另一端连接至该运算放大器的输出端。
7.如权利要求3所述的电流驱动装置，其特征在于该电流驱动装置驱动的负载为发光二极管。
8.如权利要求3所述的电流驱动装置，其特征在于该电流驱动装置驱动的负载为CCFL。
9.如权利要求3所述的电流驱动装置，其特征在于该可调放大比放大器为光敏电阻放大器。
10.如权利要求9所述的电流驱动装置，其特征在于该光敏电阻放大器包括一发光二极管、一光敏电阻、一运算放大器、一调整电压源、一电阻和另一电阻，其中，该调整信号源连接至该发光二极管，该发光二极管发光照射至该光敏电阻，该光敏电阻两端分别与该运算放大器的反相输入端和输出端连接，输入信号通过一电阻连接至该运算放大器的反相输入端，该运算放大器的同相输入端通过另一电阻而接地。
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