CN201752155U

CN201752155U - 一种发光二极管电流平衡电路

Info

Publication number: CN201752155U
Application number: CN2010202671351U
Authority: CN
Inventors: 王舜弘; 黄金光; 谢庆星; 陈义雄; 叶俊宏; 赖茂莹
Original assignee: TPV Investment Co Ltd
Current assignee: TPV Investment Co Ltd; TPV Technology Co Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-07-20

Abstract

本实用新型提供一种发光二极管电流平衡电路，属于电子领域。该发光二极管电流平衡电路适用于多个灯串，每个灯串的第一端耦接直流电压。发光二极管电流平衡电路包括至少一电流镜电路和控制电路，每个电流镜电路包括第一晶体管和至少一第二晶体管。在每个电流镜电路中，第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接第一晶体管的第一端，第一晶体管和每个第二晶体管的第一端各自耦接相应的灯串的第二端。控制电路的每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管和第二晶体管的第二端。控制电路接收电流设定信号并据以设定每个通道端期望通过的电流大小。本实用新型利用电流镜电路来简化控制电路的设计。

Description

一种发光二极管电流平衡电路

技术领域

本实用新型属于电子领域，是关于一种多个发光装置的电流平衡电路，特别是有关于一种多个发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)灯串的电流平衡电路。

背景技术

LED由于省电、色彩饱和度高、反应速度快、耐震耐压和体积小等多项优点，目前开始广泛应用于液晶显示器、液晶电视、扫描仪、广告灯箱和笔记本电脑等电子装置的背光源。请参见图1，LED背光源通常由多个LED灯串11～18并联耦接组成，且每个LED灯串由相同类型和数量的LED D1～Dn串联耦接组成，其中LED D1的阳极端即LED灯串的第一端，LED Di的阴极端耦接LED D(i+1)的阳极端，LED Dn的阴极端即LED灯串的第二端，n为大于1的整数，i为1～(n-1)中任一整数。直流至直流(Direct-Current to Direct-Current，简称DC/DC)转换器1接收直流电压Vin，并将直流电压Vin转换成直流电压Vout输出到LED灯串11～18的第一端，以提供LED灯串11～18工作所需电压。

为了让LED灯串11～18的亮度均等，通常需要在LED灯串11～18的第二端耦接电流平衡电路2，以控制流经LED灯串11～18的电流相同。若电流平衡电路2采用4通道(channel)的控制集成电路，则必须使用2个控制集成电路21和22才能够控制所有LED灯串11～18。每个控制集成电路(如21)从设定端SET接收电流设定信号Vset，并根据电流设定信号Vset设定通道端CH1～CH4期望通过的电流大小，因而控制与通道端CH1～CH4耦接的LED灯串(如11～14)的电流相同。控制集成电路21和22需要从同步端SYN接收时钟信号Vck，才能够同时控制LED灯串11～18。控制集成电路21和22还可根据LED灯串11～18的电流I11～I18大小，从驱动端DRV输出脉宽调制(Pulse-Width Modulation，简称PWM)控制信号Vpwm调整直流电压Vout的大小。

请参见图2，其为图1所示的电流平衡电路2的部分实施例的电路图。电流平衡电路2的每个通道端耦接内部一电流平衡器以控制一相应的LED灯串的电流。以电流平衡电路2的控制集成电路21的通道端CH1为例，其所耦接的电流平衡器211包含运算放大器OP、晶体管Q和电阻器R。电阻器R检测流过LED灯串11的电流I11大小并据以输出电流检测信号Vdet。运算放大器OP比较电流检测信号Vdet和电流设定信号Vset的大小以控制晶体管Q的导通程度，进而控制流过LED灯串11的电流I11大小。另外，DC/DC转换器1例如是升压转换器，其包含电感器L、功率开关SW、二极管D和电容器C，其中功率开关SW根据控制信号Vpwm进行导通及截止的切换，进而可决定直流电压Vout的大小。

因此，电流平衡电路2在LED灯串越多的时候需要采用越多的电流平衡器，既增加成本还可能需要采用多个控制集成电路而增加如同步等控制上的复杂度。即使采用支持更多通道的控制集成电路来减少控制集成电路的使用数量，其实际上的电流平衡器的使用数量并未减少，反而这种支持更多通道的控制集成电路会因为封装较多的电流平衡器而需要在布局和散热等设计上额外付出较高的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提出一种发光二极管电流平衡电路，利用电流镜电路来减少控制(集成)电路中电流平衡器的使用数量，可简化控制(集成)电路的设计。

本实用新型提出一种发光二极管电流平衡电路，适用于多个灯串，每个灯串具有一第一端和一第二端且包括多个发光二极管串联耦接，每个灯串的第一端耦接一直流电压源提供的一直流电压。发光二极管电流平衡电路包括至少一电流镜电路和一控制电路。每个电流镜电路包括一第一晶体管和至少一第二晶体管，其中第一晶体管和每个第二晶体管各自具有一控制端、一第一端和一第二端。在每个电流镜电路中，第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接第一晶体管的第一端，第一晶体管和每个第二晶体管的第一端各自耦接一相应的灯串的第二端。控制电路具有一设定端和至少一通道端，设定端接收一电流设定信号，每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管和每个第二晶体管的第二端。控制电路用于根据电流设定信号设定每个通道端期望通过的电流大小。

在一实施例中，每个电流镜电路还包括一第三晶体管，第三晶体管具有一控制端、一第一端和一第二端。在每个电流镜电路中，第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接第三晶体管的第二端，第三晶体管的控制端和第一端耦接第一晶体管的第一端。

在一实施例中，第一晶体管、每个第二晶体管和第三晶体管为双极结晶体管；在另一实施例中，第一晶体管、每个第二晶体管和第三晶体管为场效应晶体管。

在一实施例中，控制电路还具有一驱动端，驱动端耦接直流电压源。控制电路用于检测每个通道端实际通过的电流大小并据以从驱动端输出一控制信号控制直流电压源调整直流电压。

在一实施例中，每个电流镜电路还包括多个电阻器，每个电阻器具有一第一端和一第二端。在每个电流镜电路中，第一晶体管和每个第二晶体管的第二端各自耦接一相应的电阻器的第一端且这个相应的电阻器的第二端耦接一相应于电流镜电路的通道端。

本实用新型因采用控制(集成)电路控制流过每个电流镜电路的电流，而每个电流镜电路各自会控制与其耦接的灯串的电流相同，因此可减少控制(集成)电路中电流平衡器的使用数量，简化控制(集成)电路的设计而可降低成本。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为一种现有的多个LED灯串的电流平衡电路的电路方块图。

图2为图1所示的电流平衡电路的部分实施例的电路图。

图3为本实用新型LED电流平衡电路的第一实施例的电路图。

图4至图6分别为图3所示的电流镜电路的数个实施例的电路图。

图7为本实用新型LED电流平衡电路的第二实施例的电路图。

1：DC/DC转换器

11～18：LED灯串

2、7：电流平衡电路

21、22：控制(集成)电路

211：电流平衡器

3：电流平衡电路

31、32、41、51、61、71、72：电流镜电路

33、73：控制(集成)电路

C：电容器

D：二极管

D1～Dn：LED

L：电感器

OP：运算放大器

Q：晶体管

Q1、Q1’：第一晶体管

Q21～Q23、Q21’～Q23’：第二晶体管

Q3：第三晶体管

R、R1、R21～R23：电阻器

SW：功率开关

CH1～CH4：通道端

DRV：驱动端

SET：设定端

SYN：同步端

I1、I2：通道端电流

I11～I18：LED灯串的电流

Vck：时钟信号

Vdet：电流检测信号

Vin、Vout、-Vout：直流电压

Vpwm：PWM控制信号

Vset：电流设定信号

具体实施方式

图3为本实用新型LED电流平衡电路的第一实施例的电路图。请参见图3，LED电流平衡电路3适用于多个灯串，在本实用新型实施例中这些灯串采用如图1所示的LED灯串11～18，每个灯串具有第一端和第二端且包括多个LED D1～Dn串联耦接。每个灯串的第一端耦接直流电压源提供的直流电压，在本实用新型实施例中直流电压源采用如图1所示的DC/DC转换器1，其根据PWM控制信号Vpwm将直流电压Vin转换成直流电压Vout输出到LED灯串11～18的第一端，以提供LED灯串11～18工作所需电压。

LED电流平衡电路3包括至少一电流镜电路，在本实用新型实施例中采用2个电流镜电路31和32。每个电流镜电路包括第一晶体管Q1和至少一第二晶体管，在本实用新型实施例中采用3个第二晶体管Q21～Q23，且第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23采NPN双极结晶体管(Bipolar Junction Transistor，简称BJT)，其中第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23各自具有控制端(或基极端)、第一端(或集电极端)和第二端(或发射极端)。在每个电流镜电路中，第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的控制端耦接第一晶体管Q1的第一端，第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的第一端各自耦接一相应的灯串的第二端(例如，在电流镜电路31中，第一晶体管Q1的第一端耦接灯串11的第二端、第二晶体管Q21的第一端耦接灯串12的第二端、第二晶体管Q22的第一端耦接灯串13的第二端、第二晶体管Q23的第一端耦接灯串14的第二端)。

LED电流平衡电路3还包括控制电路33，在本实用新型实施例中控制电路33采用如图1所示的控制集成电路21。控制电路33具有设定端SET、驱动端DRV和至少一通道端，这里通道端的数量只需要相应于电流镜电路31和32的数量即可，故控制电路33具有通道端CH1和CH2。控制电路33的每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的第二端(例如，通道端CH1耦接电流镜电路31的第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的第二端、通道端CH2耦接电流镜电路32的第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的第二端)。控制电路33用于从设定端SET接收电流设定信号Vset，并根据电流设定信号Vset设定每个通道端(如CH1)期望通过的电流(如I1)大小，即相当于设定每个通道端(如CH1)相应的电流镜电路(如31)所耦接的灯串(如11～14)的电流总和(如I11～I14总和)大小，且由于电流镜电路(如31)的均流功能，因此使灯串(如11～14)的电流相同。控制电路33还可检测通道端CH1和CH2实际通过的电流I1和I2大小，并据以从驱动端DRV输出PWM控制信号Vpwm控制DC/DC转换器1调整直流电压Vout的大小。

图4至图6分别为图3所示的电流镜电路的数个实施例的电路图，以电流镜电路31为例。请参见图4，相较于图3所示的电流镜电路31而言，电流镜电路41还包括多个电阻器R1和R21～R23，每个电阻器具有第一端和第二端，且第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的第二端各自耦接一相应的电阻器的第一端且这个相应的电阻器的第二端耦接一相应于电流镜电路的通道端(例如，第一晶体管Q1的第二端耦接电阻器R1的第一端且电阻器R1的第二端耦接通道端CH1、第二晶体管Q21的第二端耦接电阻器R21的第一端且电阻器R21的第二端耦接通道端CH1、第二晶体管Q22的第二端耦接电阻器R22的第一端且电阻器R22的第二端耦接通道端CH1、第二晶体管Q23的第二端耦接电阻器R23的第一端且电阻器R23的第二端耦接通道端CH1)。电流镜电路41加入电阻器R1和R21～R23可以降低第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的β值差异对电流镜电路41均流效果的影响。

请参见图5，相较于图3所示的电流镜电路31而言，电流镜电路51还包括第三晶体管Q3，第三晶体管Q3具有控制端、第一端和第二端，其采用与第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23相同的NPN BJT，且第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的控制端耦接第三晶体管Q3的第二端，第三晶体管Q3的控制端和第一端耦接第一晶体管Q1的第一端。电流镜电路51加入第三晶体管Q3可以降低第一晶体管Q1和第二晶体管Q21～Q23的β值差异对电流镜电路51均流效果的影响。

请参见图6，相对于图3所示的电流镜电路31而言，电流镜电路61还包括第三晶体管Q3和多个电阻器R1和R21～R23，其耦接方式和效果如图4和图5所述，不再赘述。

图7为本实用新型LED电流平衡电路的第二实施例的电路图。请参见图7，LED电流平衡电路7包括电流镜电路71和72和控制电路73。每个电流镜电路包括第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’～Q23’，在本实用新型实施例中采用PNP BJT，其中第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’～Q23’各自具有控制端(或基极端)、第一端(或集电极端)和第二端(或发射极端)。在每个电流镜电路中，第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’～Q23’的控制端耦接第一晶体管Q1’的第一端，第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’～Q23’的第一端各自耦接一相应的灯串的第二端(例如，在电流镜电路71中，第一晶体管Q1’的第一端耦接灯串11的第二端、第二晶体管Q21’的第一端耦接灯串12的第二端、第二晶体管Q22’的第一端耦接灯串13的第二端、第二晶体管Q23’的第一端耦接灯串14的第二端)。

控制电路73具有设定端SET、驱动端DRV和相应于电流镜电路71和72的通道端CH1和CH2。控制电路73的每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’～Q23’的第二端(例如，通道端CH1耦接电流镜电路71的第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’～Q23’的第二端、通道端CH2耦接电流镜电路72的第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’～Q23’的第二端)。控制电路73用于从设定端SET接收电流设定信号Vset，并根据电流设定信号Vset设定每个通道端(如CH1)期望通过的电流(如I1)大小，且由于电流镜电路(如71)的均流功能，因此使灯串(如11～14)的电流相同。控制电路73还可检测通道端CH1和CH2实际通过的电流I1和I2大小，并据以从驱动端DRV输出PWM控制信号Vpwm控制DC/DC转换器1调整直流电压-Vout的大小，在本实用新型实施例中采用负的直流电压-Vout提供到灯串11～18的第一端。

综上所述，本实用新型因采用控制(集成)电路控制流过每个电流镜电路的电流，而每个电流镜电路各自会控制与其耦接的灯串的电流相同，因此可减少控制(集成)电路中电流平衡器的使用数量，简化控制(集成)电路的设计而可降低成本。

虽然本实用新型对实施例进行如上说明，然并非用于限定本实用新型，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可以作少许修改与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种发光二极管电流平衡电路，适用于多个灯串，每个灯串具有一第一端和一第二端且包括多个发光二极管串联耦接，每个灯串的第一端耦接一直流电压源提供的一直流电压，其特征在于，该发光二极管电流平衡电路包括：

至少一电流镜电路，每个电流镜电路包括：

一第一晶体管，具有一控制端、一第一端和一第二端；以及

至少一第二晶体管，每个第二晶体管具有一控制端、一第一端和一第二端，该第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接该第一晶体管的第一端，该第一晶体管和每个第二晶体管的第一端各自耦接一相应的灯串的第二端；以及

一控制电路，具有一设定端和至少一通道端，该设定端接收一电流设定信号，每个通道端耦接一相应的电流镜电路的该第一晶体管和每个第二晶体管的第二端，该控制电路用于根据该电流设定信号设定每个通道端期望通过的电流大小。

2.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，该第一晶体管和每个第二晶体管为双极结晶体管。

3.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，该第一晶体管和每个第二晶体管为场效应晶体管。

4.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，该控制电路还具有一驱动端，该驱动端耦接该直流电压源，该控制电路用于检测每个通道端实际通过的电流大小并据以从该驱动端输出一控制信号控制该直流电压源调整该直流电压。

5.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，每个电流镜电路还包括多个电阻器，每个电阻器具有一第一端和一第二端，每个电流镜电路的该第一晶体管和每个第二晶体管的第二端各自耦接一相应的电阻器的第一端且该相应的电阻器的第二端耦接一相应于电流镜电路的通道端。

6.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，每个电流镜电路还包括一第三晶体管，该第三晶体管具有一控制端、一第一端和一第二端，每个电流镜电路的该第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接该第三晶体管的第二端，该第三晶体管的控制端和第一端耦接该第一晶体管的第一端。

7.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，该第一晶体管、每个第二晶体管和该第三晶体管为双极结晶体管。

8.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，该第一晶体管、每个第二晶体管和该第三晶体管为场效应晶体管。

9.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，该控制电路还具有一驱动端，该驱动端耦接该直流电压源，该控制电路用于检测每个通道端实际通过的电流大小并据以从该驱动端输出一控制信号控制该直流电压源调整该直流电压。

10.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路，其特征在于，每个电流镜电路还包括多个电阻器，每个电阻器具有一第一端和一第二端，每个电流镜电路的该第一晶体管和每个第二晶体管的第二端各自耦接一相应的电阻器的第一端且该相应的电阻器的第二端耦接一相应于电流镜电路的通道端。