CN220359396U - 一种过温补偿电路及led线性恒流驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种过温补偿电路，包括缓冲器、NPN三极管和限流电路，缓冲器的第一输入端耦接参考电压，第二输入端耦接其输出端，输出端耦接NPN三极管，用于为NPN三极管提供稳定的驱动电压；NPN三极管的基极耦接缓冲器的输出端，发射极耦接限流电路，集电极传输补偿电流，用于根据工作温度产生补偿电流；限流电路的第一端耦接NPN三极管的发射极，第二端接地，用于限制补偿电流的最大值。本实用新型解决了现有技术中补偿电流受运放温度系数和三极管温度系数共同影响的问题，实现了过温补偿电流仅受三极管温度系数的影响，实现了过温补偿电流的强可控性，且限制了最大补偿电流值，使得过温后系统仍然处于工作状态，方便应用。

Description

一种过温补偿电路及LED线性恒流驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体但不限于涉及一种过温补偿电路及LED线性恒流驱动系统。

背景技术

在LED照明驱动应用中，驱动芯片的工作温度范围不断扩展，为了保证系统的安全性，因此需要在芯片中加入温度检测保护。

LED线性恒流驱动系统中，恒流芯片的损耗为芯片上的压降与LED输出电流的乘积。由于LED灯珠压降的负温度系数，当系统温度升高时，LED灯珠压降会降低，相同的输入电压下使得芯片上的压降增加，从而增大了芯片的损耗，当芯片损耗超过正常的工作范围时，芯片可能损坏。为了提高LED驱动系统的可靠性，通常采用过温补偿的方式，即当芯片的温度达到一定值后，输出的LED电流开始随温度增加而减小，从而降低了系统的功耗，芯片温度也会逐渐降低，最终在一定的温度和输出电流下达到平衡。

如图1所示为现有的过温补偿电路，Q1为三极管，连接在电流源I0与地之间；OP1为跨导运放，温度系数为Gm，OP1的正相输入端接Votp，Votp为零温度系数电压，其电压值不随温度变化，OP1的反相输入端接Q1的集电极；D1为二极管，其正极接分压电阻，负极接OP1的输出端。在半导体工艺中，三极管的开启电压Vbe为负温度系数，即温度越高，Vbe越低，且线性下降。

上述过温补偿电路通过一个零温度系数的电压Votp与一个负温度系数的电压Vbe作为跨导运放OP1的输入端进行比较，并通过二极管D1实现OP1电流的单向流动。在工作温度达到设定的过温保护温度之前，即Vbe＞Votp，此时补偿电流Iotp为0。Vbe随着工作温度的升高而降低，Votp不随温度变化，当温度达到设定的过温保护温度之后，即Votp＞Vbe，此时补偿电流Iotp＝Gm*(Votp-Vbe)，即Iotp随着温度升高而逐渐增大。由于Iotp的存在，电阻分压产生的恒流控制基准电压Vref会随着温度升高而降低，从而实现LED输出电流随着输出温度升高而减小。LED电流与温度的关系如图2所示，当工作温度达到过温保护点后LED输出电流开始下降，一直到LED电流为0。

但是，补偿电流Iotp除了受OP1输入的压差Votp-Vbe的影响，还受到OP1自身的温度系数的影响。在CMOS工艺中，OP1的温度系数主要由输入端的MOS对管跨导温度系数以及运放偏置电流的温度系数决定，从而OP1的温度系数Gm会对补偿电流Iotp随温度进行补偿的线性度以及补偿的一致性会有影响，而如果要做到温度系数Gm不随温度变化，将会大大增加跨导运放OP1的设计难度。

有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。

实用新型内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本实用新型提出了一种过温补偿电路，用于解决现有技术中补偿电流受运放温度系数和三极管温度系数共同影响的问题，实现过温补偿的系数和一致性更加可控，且限制了最大补偿电流值，使得过温后LED电流不会完全关断。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

根据本实用新型的一个方面，一种过温补偿电路，包括：

缓冲器，其第一输入端耦接参考电压，其第二输入端耦接其输出端，其输出端耦接三极管，缓冲器用于为三极管提供稳定的驱动电压；

三极管，其第一极耦接缓冲器的输出端，其第二极耦接限流电路，其第三极传输补偿电流，三极管用于根据工作温度产生补偿电流；

限流电路，其第一端耦接三极管的第二极，其第二端接地，限流电路用于限制补偿电流的最大值。

可选的，所述参考电压为零温度系数的电压，用于设定过温的起始点。

可选的，所述三极管为NPN三极管，其基极耦接缓冲器的输出端，其发射极耦接限流电路，其集电极传输补偿电流。

可选的，所述三极管为PNP三极管，其基极耦接缓冲器的输出端，其集电极耦接限流电路，其发射极传输补偿电流。

可选的，所述限流电路包括：

电流镜模块，其输入端接入第一电流，其输出端耦接三极管的第二极，用于按比例镜像第一电流，并输出镜像电流。

可选的，所述限流电路还包括：

电流源，其输出端耦接电流镜模块的输入端，用于生成并输出第一电流。

可选的，镜像比例为1。

可选的，所述电流镜模块包括第一NMOS管和第二NMOS管；第一NMOS管的漏极接入第一电流，其栅极耦接其漏极，其源极接地；第二NMOS管的漏极耦接三极管的第二极，其栅极耦接第一NMOS管的栅极，其源极接地。

根据本实用新型的另一个方面，一种LED线性恒流驱动系统，包括如上述任一的过温补偿电路和恒流控制电路，所述过温补偿电路通过分压电路耦接恒流控制电路的基准电压输入端，恒流控制电路的输出端耦接LED灯珠。

可选的，所述分压电路包括串联在系统电压与地之间的第一电阻和第二电阻，三极管的第三极和恒流控制电路的基准电压输入端均耦接第一电阻与第二电阻的连接端。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型的过温补偿电路通过采用电流镜模块，限制了过温补偿电流的最大值，使得过温后系统的工作电流降低至最低点但不为零，保证系统仍然处于工作状态，方便应用。

2、本实用新型的过温补偿电路采用缓冲器为三极管提供稳定的基极电压，使得过温补偿电流仅受三极管的温度系数影响，实现了过温补偿电流的强可控性。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，与说明描述一起用于解释本实用新型的实施例，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1示出了现有技术的过温补偿电路的示意图。

图2示出了现有技术中LED电流与温度的关系图。

图3示出了本实用新型一实施例的过温补偿电路的示意图。

图4示出了本实用新型一实施例的限流电路的示意图。

图5示出了本实用新型另一实施例的限流电路的示意图。

图6示出了本实用新型一实施例的LED线性恒流驱动系统的示意图。

图7示出了本实用新型一实施例的LED线性恒流驱动系统中LED电流与温度的关系图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本实用新型并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本实用新型描述和保护的范围内。

说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。

参照图3所示，本实用新型实施例提供一种过温补偿电路，包括缓冲器、三极管和限流电路。其中：

缓冲器OP具有第一输入端、第二输入端和输出端，缓冲器OP的第一输入端耦接参考电压Votp，缓冲器OP的第二输入端耦接其输出端，缓冲器OP的输出端耦接三极管Q1。在缓冲器OP负反馈闭环中，缓冲器OP的输出端电压时钟等于参考电压Votp，缓冲器OP可以为三极管Q1提供稳定的驱动电压，使得三极管Q1的基极电压始终等于参考电压Votp。在该负反馈闭环中，采用缓冲器能够抑制三极管Q1的基极电压发生突变。优选的，所述参考电压Votp为零温度系数的电压，用于设定过温的起始点。

三极管具有第一极、第二极和第三极，三极管的第一极耦接缓冲器OP的输出端，三极管的第二极耦接限流电路，三极管的第三极传输补偿电流，所述三极管用于根据工作温度产生补偿电流。在一个具体的实施方式中，所述三极管为NPN三极管Q1，NPN三极管Q1具有基极、发射极和集电极，NPN三极管Q1可以根据系统工作温度产生补偿电流Iotp。NPN三极管Q1的基极耦接缓冲器OP的输出端，用于接入缓冲器OP输出的电压并驱动，NPN三极管Q1的集电极用于传输补偿电流Iotp，NPN三极管Q1的发射极耦接限流电路，由限流电路限制补偿电流Iotp的值。根据三极管的饱和电压和热电压有：Ic＝Is*e^(Vbe/VT)，即Vbe＝VT*ln(Ic/Is)，则随温度增加的集电极电流Ic即为补偿电流Iotp。当工作温度大于所设定的过温温度时，NPN三极管Q1的集电极电流Ic随工作温度的升高而增大，即补偿电流Iotp对工作温度的升高而增大，且该电流仅受NPN三极管Q1自身的温度系数影响。在另一个具体的实施方式中，所述三极管为PNP三极管，其基极耦接缓冲器的输出端，其集电极耦接限流电路，其发射极传输补偿电流。由此可知，不同的器件通过不同的连接关系可实现相同的逻辑关系，任意可实现相同功能的电路模块均适用于本实用新型，不以本实施例中的两种实施方式为限。

限流电路具有第一端和第二端，限流电路用于限制补偿电流Iotp的最大值，限流电路的第一端耦接三极管的第二极，限流电路的第二端接地。具体的，限流电路的第一端耦接NPN三极管Q1的发射极，限流电路的第二端接地。NPN三极管的集电极电流Ic随温度增大至限流电路设定的最大值时，集电极电流Ic不再增大并保持在最大值。

过温补偿电路的工作原理如下：

当系统工作温度超过过温温度并继续升高时，NPN三极管Q1的集电极电流Ic随工作温度升高而增大，即补偿电流Iotp随工作温度升高而增大，此时通过分压产生的用于驱动负载的基准电压Vref降低。而当NPN三极管Q1的集电极电流Ic增大至由限流电路设定的电流最大值时，其不再继续增大并保持在最大值，则通过分压产生的驱动负载的基准电压Vref降低至最小值并保持、但不为零。

具体地，作为本发明的一实施方式，如图4所示，所述限流电路包括电流镜模块。电流镜模块具有输入端和输出端，电流镜模块的输入端接入第一电流Imax，电流镜模块的输出端耦接NPN三极管Q1的发射极。电流镜模块用于按比例镜像第一电流Imax，并输出镜像电流。具体的，如图4所示，所述电流镜模块包括第一NMOS管N1和第二NMOS管N2。第一NMOS管N1具有漏极、源极和栅极，第一NMOS管N1的漏极接入第一电流Imax，第一NMOS管N1的栅极耦接其漏极，第一NMOS管N1的源极接地。第二NMOS管N2具有漏极、源极和栅极，第二NMOS管N2的漏极耦接NPN三极管Q1的发射极，第二NMOS管N2的栅极耦接第一NMOS管N1的栅极，第二NMOS管N2的源极接地。在本实施方式中，电流镜模块的电流镜像比例为k，可通过调整第一NMOS管N1和第二NMOS管N2的器件尺寸进行设定，在此不一一赘述。优选的，电流镜模块的电流镜像比例为1。

具体地，作为本发明的另一实施方式，如图5所示，所述限流电路包括电流源和电流镜模块。电流源用于生成并输出第一电流Imax。电流镜模块具有输入端和输出端，电流镜模块的输入端耦接电流源的输出端，获取电流源输出的第一电流Imax，电流镜模块的输出端耦接NPN三极管Q1的发射极。任意可实现限流功能的电路模块均适用于本实用新型，不以本实施例中的两种实施方式为限。

参照图6所示，本实用新型实施例还提供一种LED线性恒流驱动系统，包括上述过温补偿电路和恒流控制电路，其中，所述过温补偿电路通过分压电路耦接所述恒流控制电路，所述恒流控制电路的输出端耦接LED灯珠，所述LED灯珠的另一端耦接输入电压VIN。

具体的，如图6所示，所述分压电路耦接在系统电压与地之间；所述过温补偿电路中的NPN三极管Q1的集电极耦接分压电路，由于工作温度发生过温而产生的补偿电流Iotp通过分压电路对系统电压分压；所述恒流控制电路的基准电压输入端也耦接分压电路，由于过温时补偿电流Iotp的产生且补偿电流Iotp随温度升高而逐渐增大，经分压电路分压产生的恒流控制电路的基准电压Vref随温度升高而逐渐降低，进而恒流控制电路输出至LED灯珠的电流随温度升高而逐渐减小。具体来说，当系统工作温度过温且持续升高，NPN三极管Q1的集电极电流Ic增大，即补偿电流Iotp增大，则通过分压产生的基准电压Vref降低。而当NPN三极管的集电极电流Ic增大至由限流电路设定的电流最大值时其不再继续增大并保持，则通过分压产生的基准电压Vref降低至最小值但不为零。

在一个实施例中，如图6所示，所述分压电路包括串联在系统电压Vbg与地之间的第一电阻R1和第二电阻R2，NPN三极管Q1的集电极和恒流控制电路的基准电压输入端均耦接第一电阻R1与第二电阻R2的连接端。

本实施例的LED线性恒流驱动系统中LED电流与温度的关系如图7所示，当工作温度达到过温保护点后，LED输出电流开始下降，一直到LED电流最小值LEDmin后停止下降并保持在最小值，使得过温后LED输出电流不会为0，LED灯珠不会完全关断。

本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对实用新型范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种过温补偿电路，其特征在于，所述过温补偿电路包括：

缓冲器，其第一输入端耦接参考电压，其第二输入端耦接其输出端，其输出端耦接三极管，缓冲器用于为三极管提供稳定的驱动电压；

三极管，其第一极耦接缓冲器的输出端，其第二极耦接限流电路，其第三极传输补偿电流，三极管用于根据工作温度产生补偿电流；

限流电路，其第一端耦接三极管的第二极，其第二端接地，限流电路用于限制补偿电流的最大值。

2.根据权利要求1所述的过温补偿电路，其特征在于，所述参考电压为零温度系数的电压，用于设定过温的起始点。

3.根据权利要求1所述的过温补偿电路，其特征在于，所述三极管为NPN三极管，其基极耦接缓冲器的输出端，其发射极耦接限流电路，其集电极传输补偿电流。

4.根据权利要求1所述的过温补偿电路，其特征在于，所述三极管为PNP三极管，其基极耦接缓冲器的输出端，其集电极耦接限流电路，其发射极传输补偿电流。

5.根据权利要求1所述的过温补偿电路，其特征在于，所述限流电路包括：

电流镜模块，其输入端接入第一电流，其输出端耦接三极管的第二极，用于按比例镜像第一电流，并输出镜像电流。

6.根据权利要求5所述的过温补偿电路，其特征在于，所述限流电路还包括：

电流源，其输出端耦接电流镜模块的输入端，用于生成并输出第一电流。

7.根据权利要求5所述的过温补偿电路，其特征在于，镜像比例为1。

8.根据权利要求5或6所述的过温补偿电路，其特征在于，所述电流镜模块包括第一NMOS管和第二NMOS管；第一NMOS管的漏极接入第一电流，其栅极耦接其漏极，其源极接地；第二NMOS管的漏极耦接三极管的第二极，其栅极耦接第一NMOS管的栅极，其源极接地。

9.一种LED线性恒流驱动系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的过温补偿电路和恒流控制电路，所述过温补偿电路通过分压电路耦接恒流控制电路的基准电压输入端，恒流控制电路的输出端耦接LED灯珠。

10.根据权利要求9所述的LED线性恒流驱动系统，其特征在于，所述分压电路包括串联在系统电压与地之间的第一电阻和第二电阻，三极管的第三极和恒流控制电路的基准电压输入端均耦接第一电阻与第二电阻的连接端。