CN102858057A - 用于控制led灯电路各支路电流的均流*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED灯电路均流技术领域，尤其涉及一种用于控制LED灯电路各支路电流的均流***，其各LED灯支路设置有对应的恒流控制芯片，每个恒流控制芯片均包括用于产生参考电流的第一单元、用于控制LED灯支路电流的第二单元，第一单元的控制输出端与第二单元的控制输入端连接，使第一单元根据自身产生的参考电流而通过第二单元控制LED灯支路电流；从第一个恒流控制芯片至最后一个恒流控制芯片，所有恒流控制芯片的第一单元依次串联连接。本发明可实现多个恒流控制芯片间的高精度电流相等，不同恒流控制芯片间电阻、管子存在差异对各LED灯支路的电流均流无影响；而且，可扩展性强。

Description

用于控制LED灯电路各支路电流的均流***

技术领域

本发明涉及LED灯电路均流技术领域，尤其涉及一种用于控制LED灯电路各支路电流的均流***。

背景技术

LED（发光二极管）灯的V-I（电压－电流）特性曲线类似于二极管的V-I特性曲线，电流按电压指数变化，电压变化一点，电流变化很大。在LED灯电路中，全部LED灯串联，电流必然相等，但需要较高的电源电压，所以，当需要较多LED灯时，LED灯电路中的LED灯通常会采用先串联后并联的方式，而这种LED灯电路的各支路在并联时，由于LED灯之间必然存在差异，一般都需要采用均流的***控制各支路电流。因为采用均流***时，可以使用V-I特性差别大的LED灯，无需购买经过筛选分组的LED灯，而且当亮度较低时，人眼非常敏感，所以均流的一致性越高越好。

目前，用于控制LED灯电路各支路电流的均流***主要有以下几种：1、如图1所示，单芯片多路均流***，但是，单芯片多路均流***存在不方便扩展等缺点，并且当需要的LED灯的支路数不是芯片通道数的整数倍时，必须浪费一些通道；2、如图2所示，固定恒流***，其LED灯电路的各支路依靠恒流芯片实现电流恒定，常用的恒流芯片有恒流二极管及其他恒流IC，但是，这种固定恒流***本质上不是均流***，因为其多个恒流芯片间的电流一致性，也是取决于恒流芯片间的差异，即恒流芯片间的电阻等元器件的差异会影响各支路的电流一致性；3、电流可变的恒流***，其有几种类型：如图3所示，通过数字通讯接口调节的恒流方案一；如图4所示，通过数字通讯接口调节的恒流方案二；如图5所示，通过PWM方式调节的恒流方案三；这些***与上述的固定恒流***一样，各支路依靠恒流芯片实现电流恒定，本质上不是均流***，只是增加了接口电路实现电流调节，所以，这种通过数字通讯接口调节的恒流***或通过PWM方式调节的恒流***，其多个恒流芯片间的电流一致性，也是取决于恒流芯片间的差异，即恒流芯片间的电阻等元器件的差异会影响各支路的电流一致性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种可扩展性强、可实现多芯片间的高精度电流匹配的用于控制LED灯电路各支路电流的均流***。

本发明的目的通过以下技术措施实现：一种用于控制LED灯电路各支路电流的均流***，包括LED灯电路的并联的各LED灯支路，还包括与所述各LED灯支路对应的恒流控制芯片，所述每个恒流控制芯片均包括用于产生参考电流的第一单元、用于控制LED灯支路电流的第二单元，所述第一单元的控制输出端与所述第二单元的控制输入端连接，使所述第一单元根据自身产生的参考电流而通过所述第二单元控制所述LED灯支路电流；所述LED灯支路的输入端与电路电源连接，所述LED灯支路的输出端与所述第二单元的电流输入端连接，所述第二单元的电流输出端接地；从第一个恒流控制芯片至最后一个恒流控制芯片，所有恒流控制芯片的第一单元依次串联连接；所述第一个恒流控制芯片设置成Marst（主模式）模式，用于生成参考电流；其余的恒流控制芯片设置成Slave（从模式）模式，使所述为从模式的恒流控制芯片的第一单元的参考电流均等于所述第一个恒流控制芯片生成的参考电流。

所述恒流控制芯片的第二单元包括第三电阻、第四电阻、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、内部电流源、第一运算放大器，所述第一场效应管的栅极为所述第二单元的控制输入端，所述第一场效应管的源极与芯片电源连接，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的栅极设置成Slave模式，所述第二场效应管的源极与所述第三电阻的一端、所述第三场效应管的源极、所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第三场效应管的栅极设置成Marst模式，所述第三场效应管的漏极通过所述内部电流源与芯片电源连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第四场效应管的源极、所述第四电阻的一端连接，所述第四场效应管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第四场效应管的漏极为所述第二单元的电流输入端，所述第四电阻的另一端为所述第二单元的电流输出端。

所述恒流控制芯片的第一单元包括第一电阻、第二电阻、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第二运算放大器、第三运算放大器，所述第一电阻的一端为第一单元的电流输入端，且所述第一电阻的一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接，所述第一电阻的另一端为第一单元的电流输出端，且所述第一电阻的另一端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二电阻的一端、所述第六场效应管的源极连接，所述第六场效应管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第六场效应管的漏极与所述第五场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极连接，且所述第五场效应管的栅极为所述第一单元的控制输出端，所述第五场效应管的源极与芯片电源连接，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第二电阻的另一端、所述第七场效应管的源极连接，所述第七场效应管的栅极与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第七场效应管的漏极接地。

作为另一实施方案，所述恒流控制芯片的第一单元包括第一电阻、第二电阻、用于计算所述第一电阻与第二电阻的电压降的差值的数字电路、用于调整流过所述第二电阻电流的控制电路，所述第一电阻的一端为第一单元的电流输入端，所述第一电阻的另一端为第一单元的电流输出端，且所述第一电阻的一端、所述第一电阻的另一端均与所述数字电路的第一采样输入端连接，所述第二电阻的一端、所述第二电阻的另一端均与所述数字电路的第二采样输入端连接，且所述第二电阻的一端与所述控制电路的输出端连接，所述控制电路的输出端为所述第一单元的控制输出端，所述第二电阻的另一端接地，所述数字电路的输出端与所述控制电路的控制端连接，所述控制电路的输入端与芯片电源连接。

本发明有益效果在于：本发明各LED灯支路设置有对应的恒流控制芯片，每个恒流控制芯片均包括用于产生参考电流的第一单元、用于控制LED灯支路电流的第二单元，第一单元的控制输出端与第二单元的控制输入端连接，使第一单元根据自身产生的参考电流而通过第二单元控制LED灯支路电流；LED灯支路的输入端与电路电源连接，LED灯支路的输出端与第二单元的电流输入端连接，第二单元的电流输出端接地；从第一个恒流控制芯片至最后一个恒流控制芯片，所有恒流控制芯片的第一单元依次串联连接；第一个恒流控制芯片设置成Marst模式，用于生成参考电流；其余的恒流控制芯片设置成Slave模式，使为从模式的恒流控制芯片的第一单元的参考电流均等于第一个恒流控制芯片生成的参考电流，即每条LED灯支路中的恒流控制芯片的第一单元的参考电流均等于第一个恒流控制芯片生成的参考电流，从而准确地控制LED灯电路中各LED灯支路的电流，使各LED灯支路的电流均流。因此，本发明利用恒流控制芯片内部电阻、管子匹配程度高的特性，实现多个恒流控制芯片间的高精度电流相等，不同恒流控制芯片间电阻、管子存在差异对各LED灯支路的电流均流无影响；而且，只要在电流采样电阻上的总压降在工作范围内，可随意扩展，即可扩展性强。

附图说明

图1是现有技术中单芯片多路均流***的电路原理图。

图2是现有技术中固定恒流***的电路原理图。

图3是现有技术中电流可变的恒流***方案一的电路原理图。

图4是现有技术中电流可变的恒流***方案二的电路原理图。

图5是现有技术中电流可变的恒流***方案三的电路原理图。

图6是本发明实施例1的电路原理图。

图7是本发明实施例1的恒流控制芯片的内部电路原理图。

图8是本发明实施例2的恒流控制芯片的第一单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1：本发明的用于控制LED灯电路各支路电流的均流***，如图6所示，其包括LED灯电路的并联的各LED灯支路（LED1、LED2……LEDn），每条LED灯支路均是由多个LED灯串联而成；该***还包括与各LED灯支路对应的恒流控制芯片（IC1、IC2……ICn），每个恒流控制芯片均包括用于产生参考电流的第一单元11、用于控制LED灯支路电流的第二单元12，第一单元11的控制输出端与第二单元12的控制输入端连接，使第一单元11根据自身产生的参考电流而通过第二单元12控制LED灯支路电流（I_LED1、I_LED2……I_LEDn）；LED灯支路的输入端与电路电源（VCC）连接，LED灯支路的输出端与第二单元12的电流输入端连接，第二单元12的电流输出端接地（GND）；从第一个恒流控制芯片至最后一个恒流控制芯片，所有恒流控制芯片的第一单元11依次串联连接，即第一个恒流控制芯片的第一单元11的电流输入端与芯片电源（V_IC）连接，第一个恒流控制芯片的第一单元11的电流输出端与第二个恒流控制芯片的第一单元11的电流输入端连接，依此类推，直至最后一个恒流控制芯片的第一单元11；第一个恒流控制芯片设置成Marst（主模式）模式，用于生成参考电流（Iset）；其余的恒流控制芯片设置成Slave（从模式）模式，使为从模式的恒流控制芯片的第一单元11的参考电流均等于第一个恒流控制芯片生成的参考电流。其中，由于第一个恒流控制芯片设置成Marst模式，其生成的参考电流，流过每一条LED灯支路的恒流控制芯片，而所有的恒流控制芯片的第二单元12都根据参考电流生成精确的LED灯支路的电流。当然，需要多少条LED灯支路，就串联多少个恒流控制芯片即可。其中，图6中的第一单元11和第二单元12只是简单的示意图，详细结构见下文描述。

具体地说，如图7所示，恒流控制芯片的第二单元12包括第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第一场效应管（M1）、第二场效应管（M2）、第三场效应管（M3）、第四场效应管（M4）、内部电流源（I_inner）、第一运算放大器（U1），第一场效应管的栅极为第二单元12的控制输入端，第一场效应管的源极与芯片电源连接，第一场效应管的漏极与第二场效应管的漏极连接，第二场效应管的栅极设置成Slave模式，第二场效应管的源极与第三电阻的一端、第三场效应管的源极、第一运算放大器的同相输入端连接，第三电阻的另一端接地，第三场效应管的栅极设置成Marst模式，第三场效应管的漏极通过内部电流源与芯片电源连接，第一运算放大器的反相输入端与第四场效应管的源极、第四电阻的一端连接，第四场效应管的栅极与第一运算放大器的输出端连接，第四场效应管的漏极为第二单元12的电流输入端，第四电阻的另一端为第二单元12的电流输出端。

恒流控制芯片的第一单元11包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第五场效应管（M5）、第六场效应管（M6）、第七场效应管（M7）、第二运算放大器（U2）、第三运算放大器（U3），第一电阻的一端（A1）为第一单元11的电流输入端，且第一电阻的一端与第二运算放大器的同相输入端连接，第一电阻的另一端（B1）为第一单元11的电流输出端，且第一电阻的另一端与第三运算放大器的同相输入端连接，第二运算放大器的反相输入端与第二电阻的一端（A2）、第六场效应管的源极连接，第六场效应管的栅极与第二运算放大器的输出端连接，第六场效应管的漏极与第五场效应管的漏极、第五场效应管的栅极连接，且第五场效应管的栅极为第一单元11的控制输出端，第五场效应管的源极与芯片电源连接，第三运算放大器的反相输入端与第二电阻的另一端（B2）、第七场效应管的源极连接，第七场效应管的栅极与第三运算放大器的输出端连接，第七场效应管的漏极接地。

由于恒流控制芯片内部电阻可以达到相当高的匹配程度，在恒流控制芯片的第一单元11（A_Block）中，第一电阻（R1）和第二电阻（R2）的绝对值不关键，只要第一电阻和第二电阻匹配即可。第二运算放大器、第三运算放大器可保证A1电压等于A2电压，B1电压等于B2电压，则流过第一电阻和第二电阻的电流相等。

由于镜像后参考电流Iset等于电流I_ext，在恒流控制芯片的第二单元12（B_Block）中，工作于Slave模式的第二场效应管依靠电路I_ext设置流过LED灯支路的电流，工作于Mast模式的第三场效应管采用内部电流源，并把该内部电流源作为电流Iset镜像输出。当然，在恒流控制芯片的第二单元12中，由参考电流Iset实现输出电流可以为各式各样的电路，本发明不一一列出，但理应属于本发明的等同替换。

实施例2：本发明的用于控制LED灯电路各支路电流的均流***的实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于，采用数字电路111的方法实现电流镜像，如图8所示，恒流控制芯片的第一单元11包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、用于计算第一电阻与第二电阻的电压降的差值的数字电路111、用于调整流过第二电阻电流的控制电路112，第一电阻的一端（A1）为第一单元11的电流输入端，第一电阻的另一端（B1）为第一单元11的电流输出端，且第一电阻的一端、第一电阻的另一端均与数字电路111的第一采样输入端（ADC1）连接，使数字电路111可以通过第一采样输入端采样第一电阻两端的电压，第二电阻的一端（A2）、第二电阻的另一端（B2）均与数字电路111的第二采样输入端（ADC2）连接，使数字电路111可以通过第二采样输入端采样第二电阻两端的电压，且第二电阻的一端与控制电路112的输出端连接，控制电路112的输出端为第一单元11的控制输出端，第二电阻的另一端接地，数字电路111的输出端与控制电路112的控制端连接，控制电路112的输入端与芯片电源连接。

具体地说，本实施例的数字电路111是通过ADC（模数转换）方法计算第一电阻和第二电阻的电压降的差值，由该差值调整流过第二电阻的电流，使得最终第一电阻和第二电阻的电压降相等，则流过第一电阻和第二电阻的电流相等。

本实施例的其它结构及工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

当然，采用本发明附加上数字通讯接口或PWM调光方式，也可实现所有LED灯支路调光或单独调光。

综上所述，本发明采用电流串联流过各LED灯支路的恒流控制芯片，作为基准参考电流来实现多芯片间的均流，故本发明可实现多芯片间的高精度电流匹配，只要在电流采样电阻上的总压降在工作范围内，可随意扩展，即可扩展性强。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种用于控制LED灯电路各支路电流的均流***，包括LED灯电路的并联的各LED灯支路，其特征在于：还包括与所述各LED灯支路对应的恒流控制芯片，所述每个恒流控制芯片均包括用于产生参考电流的第一单元、用于控制LED灯支路电流的第二单元，所述第一单元的控制输出端与所述第二单元的控制输入端连接，使所述第一单元根据自身产生的参考电流而通过所述第二单元控制所述LED灯支路电流；所述LED灯支路的输入端与电路电源连接，所述LED灯支路的输出端与所述第二单元的电流输入端连接，所述第二单元的电流输出端接地；从第一个恒流控制芯片至最后一个恒流控制芯片，所有恒流控制芯片的第一单元依次串联连接；所述第一个恒流控制芯片设置成Marst模式，用于生成参考电流；其余的恒流控制芯片设置成Slave模式，使所述为从模式的恒流控制芯片的第一单元的参考电流均等于所述第一个恒流控制芯片生成的参考电流。

2.根据权利要求1所述的用于控制LED灯电路各支路电流的均流***，其特征在于：所述恒流控制芯片的第二单元包括第三电阻、第四电阻、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、内部电流源、第一运算放大器，所述第一场效应管的栅极为所述第二单元的控制输入端，所述第一场效应管的源极与芯片电源连接，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的栅极设置成Slave模式，所述第二场效应管的源极与所述第三电阻的一端、所述第三场效应管的源极、所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第三场效应管的栅极设置成Marst模式，所述第三场效应管的漏极通过所述内部电流源与芯片电源连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第四场效应管的源极、所述第四电阻的一端连接，所述第四场效应管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第四场效应管的漏极为所述第二单元的电流输入端，所述第四电阻的另一端为所述第二单元的电流输出端。

3.根据权利要求2所述的用于控制LED灯电路各支路电流的均流***，其特征在于：所述恒流控制芯片的第一单元包括第一电阻、第二电阻、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第二运算放大器、第三运算放大器，所述第一电阻的一端为第一单元的电流输入端，且所述第一电阻的一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接，所述第一电阻的另一端为第一单元的电流输出端，且所述第一电阻的另一端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二电阻的一端、所述第六场效应管的源极连接，所述第六场效应管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第六场效应管的漏极与所述第五场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极连接，且所述第五场效应管的栅极为所述第一单元的控制输出端，所述第五场效应管的源极与芯片电源连接，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第二电阻的另一端、所述第七场效应管的源极连接，所述第七场效应管的栅极与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第七场效应管的漏极接地。

4.根据权利要求2所述的用于控制LED灯电路各支路电流的均流***，其特征在于：所述恒流控制芯片的第一单元包括第一电阻、第二电阻、用于计算所述第一电阻与第二电阻的电压降的差值的数字电路、用于调整流过所述第二电阻电流的控制电路，所述第一电阻的一端为第一单元的电流输入端，所述第一电阻的另一端为第一单元的电流输出端，且所述第一电阻的一端、所述第一电阻的另一端均与所述数字电路的第一采样输入端连接，所述第二电阻的一端、所述第二电阻的另一端均与所述数字电路的第二采样输入端连接，且所述第二电阻的一端与所述控制电路的输出端连接，所述控制电路的输出端为所述第一单元的控制输出端，所述第二电阻的另一端接地，所述数字电路的输出端与所述控制电路的控制端连接，所述控制电路的输入端与芯片电源连接。

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