CN202496121U - 一种led恒流驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种LED恒流驱动电路，它由电流复制电路、恒流源电路、镜像放大驱动电路、负载电路构成。通过对基准恒流源电流进行精确复制，使电流复制电路的输出电流等于恒流源电流，调整电流复制电路的电流镜像管和镜像放大驱动电路的驱动管，使两个管处于完全相同的电路状态，实现对基准恒流源电流进行电流镜像放大。调整负载电路的电源电压，使驱动管漏极和源极之间的电压差接近饱和压降值。其特点是：降低了LED恒流驱动电路的功耗，可节省15％～35％的电能，驱动效率高，提高了单通道驱动电路的带载能力和芯片的带载能力，简化了芯片封装，实现了负载电流对基准恒流源的精确镜像放大。

Description

一种LED恒流驱动电路
技术领域
本实用新型涉及一种电光源恒流驱动电路，特别是一种能够降低功耗并对基准电流进行精确镜像放大的LED恒流驱动电路。
背景技术
目前，LED光源的驱动主要有电阻降压驱动、线性稳压/恒流电源驱动、电荷泵驱动、DC-DC转换驱动这几种方式。在需要为LED提供恒定电流的场合，其LED的驱动电路是由运算放大器OP1、驱动管MN11和电阻Rs构成，电阻用来对负载电路恒流进行检测。运算放大器正向输入端接参考电压Vref，负向输入端连接在驱动管源极和电阻的节点处，电阻另一端接地，构成负反馈回路。运算放大器的输出与驱动管的栅极连接，驱动管的漏极与负载电路即LED光源连接，为LED光源提供恒定电流。这种驱动电路虽然电路结构简单，但流过电阻Rs的电流等于Vref/Rs，即为LED灯串中流过的电流，因此存在着：1、电阻Rs消耗的电能大，约占驱动电路芯片15％～35％，降低了LED驱动电路的效率。2、电阻Rs过多的能量消耗会产生相应的热量，增加了制造驱动电路芯片的散热难度。3、驱动电路的电阻Rs限制了LED驱动芯片单通道的最大带载能力。4、电阻Rs限制了在相同规格尺寸的条件下LED光源驱动电路芯片的带载能力即可以拥有的最多通道数。
中国发明专利公开了一种申请号为02107078.4的LED驱动电路，该发明提供的电路通过采用按时间分割方式使其中的部分LEDs发光，以此减少LED驱动电路的功耗。为实现电流的精确镜像，该电路使用一个PMOS和一个NMOS将镜像驱动管的漏极和源极压差设置在MOS管的阈值处，PMOS和NMOS的阈值容易有偏差，因此该驱动电路在降低功耗和电流精确镜像方面存在一定的缺陷。
中国发明专利公开了一种申请号为200810217219.1的多路LED驱动电路，主要由精准电流源、用于将所述精准电流放大并复制到多路输出的多路镜像放大模块，用于对每一路输出进行精确调控的有源输出级电路构成。该电路实现了对电流的精确镜像放大，也可以将输出驱动管的源漏极压差设置到最佳值，但有源输出级电路的调整管存在着功耗，同时增加了集成电路中版图的面积。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能最大化的降低LED驱动电路功耗，并实现电流精确镜像放大，提高了芯片带载能力的LED恒流驱动电路。
本实用新型的目的是这样实现的：一种LED恒流驱动电路，其特征在于电流复制电路输入与恒流源连接，输出与镜像放大驱动电路连接，镜像放大驱动电路输出与负载电路连接。
所述的电流复制电路包括运算放大器OP2、电流镜像管MN22和电阻R1、R2，运算放大器OP2正输入端连接在基准恒流源I1与接地电阻R1节点处，形成运算放大器的参考电压，负输入端连接在电流镜像管MN22源极与电阻R2节点处，形成负反馈回路，运算放大器OP2的输出与电流镜像管MN22的栅极连接，电流镜像管MN22的漏极与恒流源I2连接。
所述的精确镜像放大驱动电路包括驱动管MN12、恒流源I2、恒流源I3和电阻R3、R4，驱动管MN12的栅极通过电阻R3与电流复制电路的电流镜像管MN22栅极连接，恒流源I3一端连接在驱动管MN12的栅极与电阻R3节点处，另一端接地，恒流源I2通过电阻R4连接在驱动管MN12的漏极上。
镜像放大驱动电路的驱动管漏极连接有升压模块，驱动管漏极电压设置在升压模块的参考电压Vdsat(max)处，升压模块还与负载电路连接，通过升压模块调整负载两端的电压。其中Vdsat(max)为驱动管的最大饱和电压。
本实用新型提供的LED恒流驱动电路，通过对基准恒流源电流进行精确复制，使电流复制电路的输出电流等于恒流源电流，调整电流复制电路的电流镜像管和镜像放大驱动电路的驱动管，使两个管处于完全相同的电路状态，即两个管的栅极与源极、漏极与源极之间的压差完全相等，实现对基准恒流源电流进行电流镜像放大。采集镜像放大驱动电路中驱动管的电压，调整负载电路的电源电压，使驱动管漏极和源极之间的电压差接近饱和压降值，从而进一步降低LED驱动电路功耗。
本实用新型与现有技术相比具有以下特点：通过将恒流源电流进行精确比例放大至负载电路，这样可以不用设置电流检测电路，降低了LED灯驱动电路的功耗，可节省15％～35％的电能，提高了驱动效率，同时将单通道驱动电路的带载能力提高了15％～35％，并可以简化该电路的集成电路芯片制造工艺中的散热装置。通过将电流镜像管的栅极与源极之间的压差和驱动管的栅极与源极之间的压差设置成完全相等，将电流镜像管的漏极与源极之间的压差和驱动管的漏极与源极之间的压差设置成完全相等，实现了对基准恒流源电流的精确镜像放大。
附图说明
图1为本实用新型LED恒流驱动电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
图1给出了一种LED恒流驱动电路原理图，主要包括基准恒流源1、电流复制电路2、镜像放大驱动电路3、负载电路4、Boost升压模块5。电流复制电路的运算放大器OP2正输入端连接在基准恒流源I1与接地电阻R1节点处，形成运算放大器的参考电压，负输入端连接在电流复制电路的电流镜像管MN22源极与电阻R2节点处，形成负反馈回路，用以确定电流镜像管上的电流，运算放大器OP2的输出与电流镜像管MN22的栅极连接，电流镜像管MN22的漏极与恒流源I2连接。在电流复制电路中，基准恒流源I1在第一电阻器R1上产生压降V1，作为运算放大器OP2的参考电压接入正向输入端，运算放大器OP2的输出接至电流镜像管MN22的栅极，用以驱动电流镜像管MN22，运算放大器OP2、电流镜像管MN22及电阻器R2构成负反馈***，这样在电流镜像管MN22上流过的电流等于基准恒流源I1，实现电流镜像管MN22对恒流源I1电流的精确复制。
镜像放大驱动电路的驱动管MN12的栅极通过电阻R3与电流复制电路的电流镜像管MN22栅极连接，恒流源I3一端连接在驱动管MN12栅极与电阻R3接点处，另一端接地，恒流源I2通过电阻R4连接在驱动管MN12的漏极上。为保证驱动管MN12上的电流为电流镜像管MN22上电流的精确镜像放大，驱动管MN12必须与电流镜像管MN22的源极、漏极和栅极处于完全相同的电路状态中，即驱动管MN12的栅极与源极之间的压差和电流镜像管MN22的栅极与源极之间的压差完全相等，驱动管MN12的漏极与源极之间的压差和电流镜像管MN22的漏极与源极之间的压差完全相等。由于驱动管MN12的源极电压比电流镜像管MN22的源极电压低V11＝I1×R2，这样需要将驱动管MN12的栅极电压和漏极电压相比电流镜像管MN22降低V11。在驱动电路中用电阻R3接恒流源I3，并且电阻R3＝R2，恒流源电流I3＝I1，这样驱动管MN12的栅极电压就比电流镜像管MN22的栅极电压低了I1×R2＝V11。同理，电阻R4流过等于恒流源I1大小的电流，因为R4＝R2＝R3，I2＝2×I1＝2×I3，从而驱动管MN12的漏极电压就比电流镜像管MN22的漏端电压低了I1×R2＝V11。这样就保证了驱动管MN12的栅极与源极之间的压差和电流镜像管MN22的栅极与源极之间的压差完全相等，驱动管MN12的漏极与源极之间的压差和电流镜像管MN22的漏极与源极之间的压差完全相等，从而实现了驱动管MN12对电流镜像管MN22电流的精确镜像放大。
镜像放大驱动电路的漏极与升压模块的输入端IN连接，升压模块的OUT端连接在负载电路的两端，将驱动管MN12的漏极电压限定在升压模块的Vdsat(max)处。通过升压模块采集驱动管MN12的漏极与源极之间的电压差值，来调整负载电路的电压，使负载电路的电压达到最佳值，从而使驱动管漏极和源极之间的电压差接近饱和压降值，进一步降低功耗。
本实用新型不限于上述驱动电路，驱动电路的电阻R1、R2、R3、R4可以用开关电容替代，也可以实现驱动管MN12和电流镜像管MN22的栅极与源极之间的压差、漏极与源极之间的压差的完全相等。另外，恒流源的电流值和电阻的电阻值可根据实际电路需要进行调整。电流镜像管的W/L值和驱动管的W/L值的比例关系也可以根据负载需要进行调整。

Claims (4)

1.一种LED恒流驱动电路，其特征在于电流复制电路输入与恒流源连接，输出与镜像放大驱动电路连接，镜像放大驱动电路输出与负载电路连接。
2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于所述的电流复制电路包括运算放大器OP2、电流镜像管MN22和电阻R1、R2，运算放大器OP2正输入端连接在基准恒流源I1与接地电阻R1节点处，形成运算放大器的参考电压，负输入端连接在电流镜像管MN22源极与电阻R2节点处，形成负反馈回路，运算放大器OP2的输出与电流镜像管MN22的栅极连接，电流镜像管MN22的漏极与恒流源I2连接。
3.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于所述的镜像放大驱动电路包括驱动管MN12、恒流源I2、恒流源I3和电阻R3、R4，驱动管MN12的栅极通过电阻R3与电流复制电路的电流镜像管MN22栅极连接，恒流源I3一端连接在驱动管MN12栅极与电阻R3节点处，另一端接地，恒流源I2通过电阻R4连接在驱动管MN12的漏极上。
4.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于镜像放大驱动电路的驱动管漏极连接有升压模块，升压模块还与负载电路连接，通过升压模块调整负载两端的电压，使驱动管漏极电压设置在升压模块的Vdsat(max)处。
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