CN102917194B - 电视机及其恒流控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种恒流控制装置及包含该恒流控制装置的电视机，该恒流控制装置包括恒流控制模块和用于向负载提供稳定电压的开关电源模块，所述恒流控制模块包括用于提供基准参考电流的恒流源单元、用于使流经负载的电流恒定为所述基准参考电流的恒流控制单元和用于恒定所述恒流控制单元的电压的反馈单元。本发明通过简单的电路结构实现了精确控制流经负载的电流的目的。

Description

电视机及其恒流控制装置
技术领域
本发明涉及恒流控制技术领域，特别涉及到一种恒流控制装置及包含该恒流控制装置的电视机。
背景技术
LED作为一种低功耗的绿色光源，广泛应用于照明和背光显示等领域。为了使LED发光稳定，需要求流经其的电流相对恒定，特别是将LED作为显示屏的背光源时，更是要求流过每路串联LED电流的大小尽可能相等来达到理想的显示效果。所以如何用简单的电路结构达到精确控制流经LED的电流是急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供了一种恒流控制装置，旨在用简单的电路结构实现精确控制流经负载的电流的目的。
本发明实施例公开了一种恒流控制装置，包括恒流控制模块和用于向负载提供稳定电压的开关电源模块，所述恒流控制模块包括用于提供基准参考电流的恒流源单元、用于使流经负载的电流恒定为所述基准参考电流的恒流控制单元和用于恒定所述恒流控制单元的电压的反馈单元，所述开关电源模块的输出端连接至所述负载的输入端，所述恒流源单元的输出端连接至所述恒流控制单元的第一输入端，所述负载的输出端连接至所述恒流控制单元的第二输入端，所述反馈单元的输出端连接至所述恒流控制单元的控制端，所述反馈单元的第一输入端和所述开关电源模块的第一输入端均连接至所述恒流控制单元的第一输出端，所述反馈单元的第二输入端和所述开关电源模块的第二输入端均连接至所述恒流控制单元的第二输出端。
优选地，所述恒流控制单元包括恒流控制电路和用于调整所述恒流控制电路的电压的电压调整电路，所述电压调整电路的输入端和所述恒流控制电路的第一控制端均连接至所述恒流源单元的输出端，所述电压调整电路的输出端分别与所述恒流控制电路的第一输入端、所述反馈单元的第一输入端和所述开关电源模块的第一输入端连接，所述负载的输出端连接至所述恒流控制电路的第二输入端，所述恒流控制电路的输出端分别与所述反馈单元的第二输入端和所述开关电源模块的第二输入端连接，所述恒流控制电路的第二控制端连接至所述反馈单元的输出端。
优选地，所述电压调整电路包括第四MOS管和第二电压源，所述第四MOS管的栅极与所述第二电压源的正极连接，所述第四MOS管的漏极连接至所述恒流源单元的输出端，所述第四MOS管的源极连接至所述开关电源模块的第一输入端。
优选地，所述恒流控制电路包括第五MOS管和至少一恒流控制子电路，各所述恒流控制子电路均包括第六MOS管和第九MOS管，所述第五MOS管的漏极连接至所述开关电源模块的第一输入端，所述第五MOS管的源极与所述第六MOS管的源极连接，所述第五MOS管的栅极分别与所述第四MOS管的漏极及所述第六MOS管的栅极连接，所述第六MOS管的漏极分别与所述反馈单元的第二输入端和所述第九MOS管的源极连接，所述第九MOS管的漏极与所述负载的输出端连接，所述第九MOS管的栅极连接至所述反馈单元的输出端。
优选地，所述反馈单元的数量与所述恒流控制子电路的数量相等，其包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与所述第九MOS管的栅极连接，所述第一运算放大器的同向输入端与所述第四MOS管的源极连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第六MOS管的漏极连接。
优选地，所述恒流源单元包括产生基准参考电流的基准电流产生电路和电流镜电路，所述基准电流产生电路包括第一电压源、复位电阻、第四运算放大器和第三MOS管，所述电流镜电路包括第一MOS管和第二MOS管，所述第四运算放大器的同向输入端与所述第一电压源的正极连接，所述第四运算放大器的反向输入端与所述第三MOS管的源极连接并经所述复位电阻接地，所述第四运算放大器的输出端与所述第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的的漏极与所述第一MOS管的漏极、栅极及所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的源极连接，所述第二MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极连接。
优选地，所述负载为LED。
本发明实施例还公开了一种电视机，包括恒流控制装置，所述恒流控制装置包括恒流控制模块和用于向负载提供稳定电压的开关电源模块，所述恒流控制模块包括用于提供基准参考电流的恒流源单元、用于使流经负载的电流恒定为所述基准参考电流的恒流控制单元和用于恒定所述恒流控制单元的电压的反馈单元，所述开关电源模块的输出端连接至所述负载的输入端，所述恒流源单元的输出端连接至所述恒流控制单元的第一输入端，所述负载的输出端连接至所述恒流控制单元的第二输入端，所述反馈单元的输出端连接至所述恒流控制单元的控制端，所述反馈单元的第一输入端和所述开关电源模块的第一输入端均连接至所述恒流控制单元的第一输出端，所述反馈单元的第二输入端和所述开关电源模块的第二输入端均连接至所述恒流控制单元的第二输出端。
本发明所公开的恒流控制装置，通过开关电源模块向负载提供稳定电压，并通过包括恒流源单元、恒流控制单元和反馈单元的恒流控制模块精确控制流经负载的电流，具体通过恒流源单元为流经负载的电流提供基准参考电流，根据恒流源单元提供的基准参考电流，恒流控制单元将流经负载的电流恒定为所述基准参考电流，并通过反馈单元恒定恒流控制单元电压来达到精确控制流经负载的电流的目的，所以本发明的恒流控制装置用简单的电路结构实现了精确控制流经负载的电流的目的。
附图说明
图1为本发明恒流控制装置一优选实施例的结构框图；
图2为本发明恒流控制装置另一优选实施例的结构框图；
图3为本发明恒流控制装置的原理图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种恒流控制装置，参照图1，图1为本发明恒流控制装置一优选实施例的结构框图，在本实施例中，恒流控制装置包括恒流控制模块1和用于向负载3提供稳定电压的开关电源模块2，其中，恒流控制模块1包括用于提供基准参考电流的恒流源单元11、用于使流经负载3的电流恒定为基准参考电流的恒流控制单元12和用于恒定恒流控制单元12的电压的反馈单元13。其中开关电源模块2的输出端连接至负载3的输入端，恒流源单元11的输出端连接至恒流控制单元12的第一输入端，负载3的输出端连接至恒流控制单元12的第二输入端，反馈单元13的输出端连接至恒流控制单元12的控制端，反馈单元13的第一输入端和开关电源模块2的第一输入端均连接至恒流控制单元12的第一输出端，反馈单元13的第二输入端和开关电源模块2的第二输入端均连接至恒流控制单元12的第二输出端。
本发明所公开的恒流控制装置，通过开关电源模块2向负载3提供稳定电压，并通过包括恒流源单元11、恒流控制单元12和反馈单元13的恒流控制模块1精确控制流经负载3的电流，具体通过恒流源单元11为流经负载3的电流提供基准参考电流，根据恒流源单元11提供的基准参考电流，恒流控制单元12将流经负载3的电流恒定为所述基准参考电流，并通过反馈单元13恒定恒流控制单元12的电压来达到精确控制流经负载3的电流的目的，所以本发明的恒流控制装置用简单的电路结构实现了精确控制流经负载的电流的目的。
参照图2，图2为本发明恒流控制装置另一优选实施例的结构框图，在本实施例中，恒流控制装置包括恒流控制模块1和用于向负载3提供稳定电压的开关电源模块2，其中，恒流控制模块1包括用于提供基准参考电流的恒流源单元11、用于使流经负载3的电流恒定为基准参考电流的恒流控制单元12和用于恒定恒流控制单元12电压的反馈单元13，恒流控制单元12包括恒流控制电路121和用于调整恒流控制电路121的电压的电压调整电路122，电压调整电路122的输入端和恒流控制电路121的第一控制端均连接至恒流源单元11的输出端，电压调整电路122的输出端分别与恒流控制电路121的第一输入端、反馈单元13的第一输入端和开关电源模块2的第一输入端连接，负载3的输出端连接至恒流控制电路121的第二输入端，恒流控制电路121的输出端分别与反馈单元13的第二输入端和开关电源模块2的第二输入端连接，恒流控制电路121的第二控制端连接至反馈单元13的输出端。通过设置电压调整电路122，一方面可以降低恒流源单元11的电压，进而降低功耗；另一方面可以实现在大范围内对负载3的电流调节。
结合参照图3，图3为本发明恒流控制装置的原理图。
电压调整电路122包括第四MOS管M4和第二电压源VR2，第四MOS管M4的栅极与第二电压源VR2的正极连接，第四MOS管M4的漏极连接至恒流源单元11的输出端，第四MOS管M4的源极连接至开关电源模块2的第一输入端。
恒流控制电路121包括第五MOS管M5和3路恒流控制子电路，3路恒流控制子电路分别为第一恒流控制子电路、第二恒流控制子电路和第三恒流控制子电路，第一恒流控制子电路包括第六MOS管M6和第九MOS管M9，第二恒流控制子电路包括第七MOS管M7和第十MOS管M10，第三恒流控制子电路包括第八MOS管M8和第十一MOS管M11。第五MOS管M5的漏极连接至开关电源模块2的第一输入端，第五MOS管M5的源极分别与第六MOS管M6的源极、第七MOS管M7的源极和第八MOS管M8的源极分别连接并分别形成电流镜，第五MOS管M5的栅极分别与第四MOS管M4的漏极、第六MOS管M6的栅极第七MOS管M7的栅极和第八MOS管M8栅极分别连接，第六MOS管M6的漏极连接至反馈单元13的第二输入端且与第九MOS管M9的源极连接，第七MOS管M7的漏极连接至反馈单元13的第二输入端且与第十MOS管M10的源极连接，第八MOS管M8的漏极连接至反馈单元13的第二输入端且与第十一MOS管M11的源极连接，第九MOS管M9的漏极、第十MOS管M10的漏极和第十一MOS管M11的漏极分别与负载3的输出端连接，第九MOS管M9的栅极、第十MOS管M10的栅极和第十一MOS管M11的栅极分别连接至反馈单元13的输出端。
与3路恒流控制子电路分别对应的反馈单元13包括第一反馈单元、第二反馈单元和第三反馈单元，其中第一反馈单元包括第一运算放大器OP1，第二反馈单元包括第二运算放大器OP2，第三反馈单元包括第三运算放大器OP3。第一运算放大器OP1的输出端与第九MOS管M9的栅极连接，第一运算放大器OP1的同向输入端与第四MOS管M4的源极连接，第一运算放大器OP1的反向输入端与第六MOS管M6的漏极连接。第二运算放大器OP2的输出端与第十MOS管M10的栅极连接，第二运算放大器OP2的同向输入端与第四MOS管M4的源极连接，第二运算放大器OP2的反向输入端与第七MOS管M7的漏极连接。第三运算放大器OP3的输出端与第十一MOS管M11的栅极连接，第三运算放大器OP3的同向输入端与第四MOS管M4的源极连接，第三运算放大器OP3的反向输入端与第十一MOS管M11的漏极连接。
恒流源单元11包括产生基准参考电流的基准电流产生电路和电流镜电路，其中基准电流产生电路包括第一电压源VR1、复位电阻RSET、第四运算放大器OP4和第三MOS管M3，电流镜电路包括第一MOS管M1和第二MOS管M2。第四运算放大器OP4的同向输入端与第一电压源VR1的正极连接，第四运算放大器OP4的反向输入端与第三MOS管M3的源极连接并经复位电阻RSET接地，第四运算放大器OP4的输出端与第三MOS管M3的栅极连接，第三MOS管M3的漏极与第一MOS 管M1的漏极、栅极及第二MOS管M2的栅极连接，第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的源极连接，第二MOS管M2的漏极与第四MOS管M4的漏极连接。
开关电源模块2包括输入端口VIN、第五运算放大器OP5、第六运算放大器OP6、误差放大器AMP、比较器COMP、最小电平选择器MUX、功率管驱动器DRIVE、反相器INV、第一电感L1、负载电容CL、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。输入端口VIN经第一电感L1与第十二MOS管M12的漏极及第十三MOS管M13的漏极分别连接，第十二MOS管M12的源极接地，第十二MOS管M12的栅极与功率管驱动器DRIVE的输出端连接且与反相器INV的输入端连接，反相器INV的输出端与第十三MOS管M13的栅极连接，第十三MOS管M13的源极经负载电容CL接地，功率管驱动器DRIVE的输入端与比较器COMP的输出端连接，比较器COMP的反向输入端与三角波信号发生器连接，比较器COMP的同向输入端与误差放大器AMP的输出端连接，误差放大器AMP的同向输入端与第五运算放大器OP5的输出端连接且经第二电阻R2和第一电阻R1接地，第五运算放大器OP5的同向输入端与第四MOS管M4的源极连接，第五运算放大器OP5的反向输入端与经第一电阻R1接地，误差放大器AMP的反向输入端与第六运算放大器OP6的输出端连接且经第四电阻R4和第三电阻R3接地，第六运算放大器OP6的反向输入端经第三电阻R3接地，第六运算放大器OP6的同向输入端与最小电平选择器MUX的输出端连接，最小电平选择器MUX的三个输入端分别连接第六MOS管M6的漏极、第七MOS管M7的漏极和第八MOS管M8的漏极。
在变形实施例中，负载3不限于为3路，则恒流控制子电路和负反馈单元也不限于为3路，负载3可根据需要设置成任意多路，相应地，恒流控制子电路和负反馈单元的路数与负载3的路数一致。
在具体实施例中，负载3为LED。
恒流控制模块1的工作原理为：IB1=VR1/RSET，由于第一MOS管M1和第二MOS管M2构成电流镜，所以IB2=k·IB1（k为常数）。第五MOS管和M5第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8分别构成电流镜，第一运算放大器OP1和第九MOS管M9、第二运算放大器OP2和第十MOS管M10以及第三运算放大器OP3和第十一MOS管M11分别构成负反馈环路，使得节点V1、V2、V3的电压与节点VR（VR=VR2-VGS4）的电压严格相等。所以电流I1、I2、I3是电流IB2的严格复制。
开关电源模块2的工作原理为：第五运算放大器OP5第一电阻R1和第二电阻R2构成第一线性放大单元，第六运算放大器OP6、第三电阻R3和第四电阻R4构成第二线性放大单元，第一电感L1、负载电容CL、第十二MOS管M12和第十三MOS管M13构成开关电源的***功率器件，最小电平选择器MUX从输入电平V1、V2、V3中选出最小电平输出。误差放大器AMP放大VR·(R1+R2)/R1与min(V1,V2,V3)·(R3+R4)/R3的差值，比较器COMP将放大的差值信号与三角波信号发生器输出的三角波相比较得到占空比D的不同脉冲信号，通过功率管驱动器DRIVE对脉冲信号加强功率驱动能力后，驱动第十二MOS管M12和第十三MOS管M13，最后得到开关电源模块2的输出电压源VOUT，VOT=VIN/(1-D)。
本发明恒流控制装置的工作原理为：假设电流I2减小，则电压V2降低，第二运算放大器OP2输出电平升高，V2电压（V2=VO2-VGS10↓）升高；若电压V2降低后是V1、V2、V3之中的最小值，经过最小电平选择器MUX输出，经过线性放大后输入到误差放大器AMP的反相输入端，与VR的线性倍数形成差值，误差放大器AMP的输出端电平上升，经过比较器COMP与三角波比较后，脉冲占空比D增大。所以开关电源的输出电压升高，VOUT=VIN/(1-D↑)。
VOUT升高后，因为电流I1、I3由第一运算放大器OP1和第九MOS管M9、第三运算放大器OP3和第十一MOS管M11构成的负反馈环路，V1、V3电压维持不变，所以电流I1、I3维持稳定不变；由第二运算放大器OP2和第十MOS管M10构成的负反馈环路使得V2的电压上升，所以I2的电流值增大。最终，I1、I2、I3的电流值维持一致。
假设电流I2增大，则电压V2升高，第二运算放大器OP2输出电平降低，V2电压（V2=VO2-VGS10↑）降低;若电压V2升高后不是V1、V2、V3之中的最小值，V1、V2、V3之间的最小值的值有所增加，经过最小电平选择器MUX输出，经过线性放大后输入到误差放大器AMP的反相输入端，与VR的线性倍数形成差值，误差放大器AMP的输出端电平下降，经过比较器COMP与三角波比较后，脉冲占空比D减小。所以开关电源的输出电压降低，VOUT=VIN/(1-D↓)。
VOUT降低后，因为电流I1、I3由第一运算放大器OP1和第九MOS管M9、第三运算放大器OP3和第十一MOS管M11构成的负反馈环路，V1、V3电压维持不变，所以电流I1、I3维持稳定不变；由第二运算放大器OP2和第十MOS管M10构成的负反馈环路使得V2的电压降低，所以I2的电流值减小。最终，I1、I2、I3的电流值维持一致。
本发明的技术关键点是选择了一个与偏置电流源IB2相对应的参考电压VR，当设置不同的偏置电流源IB2时，参考电压VR会随之变动，并且使得每路电流的控制精度不会受电流大小的影响。利用误差放大器AMP放大参考电压VR与漏极电压min(V1,V2,V3)的差值，然后将差值与三角波比较，调节脉冲的占空比，从而快速的调整开关电源模块2的输出电压源。提高了整个恒流控制装置的转换效率和响应速度。此外，本发明无需外置功率管，不仅节省了整个板级***的面积同时也使得整个应用方案的成本下降。
本发明实施例还公开了一种包括上述实施例恒流控制装置的电视机，具体可参照图1至图3，在此不再赘述。由于该电视机包含上述实施例中的恒流控制装置，所以其具有上述实施例恒流控制装置的所有优点，如简化了电路结构，实现了精确控制流经负载的电路的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种恒流控制装置，其特征在于，包括恒流控制模块和用于向负载提供稳定电压的开关电源模块，所述恒流控制模块包括用于提供基准参考电流的恒流源单元、用于使流经负载的电流恒定为所述基准参考电流的恒流控制单元和用于恒定所述恒流控制单元的电压的反馈单元，所述开关电源模块的输出端连接至所述负载的输入端，所述恒流源单元的输出端连接至所述恒流控制单元的第一输入端，所述负载的输出端连接至所述恒流控制单元的第二输入端，所述反馈单元的输出端连接至所述恒流控制单元的控制端，所述反馈单元的第一输入端和所述开关电源模块的第一输入端均连接至所述恒流控制单元的第一输出端，所述反馈单元的第二输入端和所述开关电源模块的第二输入端均连接至所述恒流控制单元的第二输出端；
所述恒流控制单元包括恒流控制电路和用于调整所述恒流控制电路的电压的电压调整电路，所述电压调整电路的输入端和所述恒流控制电路的第一控制端均连接至所述恒流源单元的输出端，所述电压调整电路的输出端分别与所述恒流控制电路的第一输入端、所述反馈单元的第一输入端和所述开关电源模块的第一输入端连接，所述负载的输出端连接至所述恒流控制电路的第二输入端，所述恒流控制电路的输出端分别与所述反馈单元的第二输入端和所述开关电源模块的第二输入端连接，所述恒流控制电路的第二控制端连接至所述反馈单元的输出端。
2.根据权利要求1所述的恒流控制装置，其特征在于，所述电压调整电路包括第四MOS管和第二电压源，所述第四MOS管的栅极与所述第二电压源的正极连接，所述第四MOS管的漏极连接至所述恒流源单元的输出端，所述第四MOS管的源极连接至所述开关电源模块的第一输入端。
3.根据权利要求2所述的恒流控制装置，其特征在于，所述恒流控制电路包括第五MOS管和至少一恒流控制子电路，各所述恒流控制子电路均包括第六MOS管和第九MOS管，所述第五MOS管的漏极连接至所述开关电源模块的第一输入端，所述第五MOS管的源极与所述第六MOS管的源极连接，所述第五MOS管的栅极分别与所述第四MOS管的漏极及所述第六MOS管的栅极连接，所述第六MOS管的漏极分别与所述反馈单元的第二输入端和所述第九MOS管的源极连接，所述第九MOS管的漏极与所述负载的输出端连接，所述第九MOS管的栅极连接至所述反馈单元的输出端。
4.根据权利要求3所述的恒流控制装置，其特征在于，所述反馈单元的数量与所述恒流控制子电路的数量相等，其包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与所述第九MOS管的栅极连接，所述第一运算放大器的同向输入端与所述第四MOS管的源极连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第六MOS管的漏极连接。
5.根据权利要求4所述的恒流控制装置，其特征在于，所述恒流源单元包括产生基准参考电流的基准电流产生电路和电流镜电路，所述基准电流产生电路包括第一电压源、复位电阻、第四运算放大器和第三MOS管，所述电流镜电路包括第一MOS管和第二MOS管，所述第四运算放大器的同向输入端与所述第一电压源的正极连接，所述第四运算放大器的反向输入端与所述第三MOS管的源极连接并经所述复位电阻接地，所述第四运算放大器的输出端与所述第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的的漏极与所述第一MOS管的漏极、栅极及所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的源极连接，所述第二MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的恒流控制装置，其特征在于，所述负载为LED。
7.一种电视机，包括恒流控制装置，其特征在于，所述恒流控制装置为权利要求1至6任一项所述的恒流控制装置。
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