專利名稱：Led驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種LED驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
LED ( Light-emitting Diode，發(fā)光二極管)是一種具有PN結(jié)的半導(dǎo)體裝置， 當(dāng)向其PN結(jié)施加正向偏置電壓時(shí)所述LED能夠發(fā)出不連續(xù)的窄譜光線，這種 現(xiàn)象可以被稱為電致發(fā)光。LED是很小面積的光源，通過額外的光學(xué)修正可以 使其發(fā)射特定的輻射圖。LED發(fā)射光線的顏色取決于其所使用半導(dǎo)體材料的成 分及狀態(tài)，所述LED發(fā)射的光線可以是紅外光、可見光或紫外光。
LED作為一種光源已得到廣泛應(yīng)用。眾所周知，LED的亮度是由流經(jīng)其上 的電流大小所決定的。然而，與在正負(fù)電壓下都發(fā)光的白熾燈燈泡不同，LED 僅僅在施加正向電壓時(shí)才發(fā)光。當(dāng)有正確方向的電壓加載到PN結(jié)兩端時(shí)，會(huì) 有顯著的電流流過，稱此時(shí)的狀態(tài)為正向偏置，LED此時(shí)能夠發(fā)光。如果加載 一個(gè)錯(cuò)誤的電壓到PN結(jié)兩端，只有很小的電流流過，稱此時(shí)狀態(tài)為反向偏置， LED此時(shí)不能發(fā)光。
由于LED的電壓比電流的特性很像二極管(電流與電壓近似成指數(shù)函數(shù))， 一個(gè)小的電壓變化可能會(huì)導(dǎo)致電流大幅變化，最終可能導(dǎo)致LED的亮度發(fā)生大 幅變化。如果不是故意這樣設(shè)計(jì)，那亮度的這種大幅變化并不是所希望看到的。 綜上所述，希望有設(shè)計(jì)出一種控制電路，其可以調(diào)節(jié)加載到LED上的電壓以使 流過LED上的電流保持平穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能使流過LED上的電流保持平穩(wěn)的 LED驅(qū)動(dòng)電路。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的LED驅(qū)動(dòng)電路，其包括用于提供源電流 電流源及由源電流的復(fù)制電流控制的負(fù)反饋閉環(huán)電路，所述負(fù)反饋閉環(huán)電路包
括具有負(fù)輸入端和正輸入端的運(yùn)算放大器，所述負(fù)輸入端用于感應(yīng)LED的加載 電壓，其中所述加載電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算放大器的輸出端的輸出變化，
所述輸出變化反過來會(huì)致使正輸入端產(chǎn)生相應(yīng)變化以至于所述加載電壓保持不
變，從而使流過LED的電流保持不變，也使LED保持穩(wěn)定亮度。
本方案與現(xiàn)有的方案相比引入了負(fù)反饋閉環(huán)電路，這樣，在LED的加載電 壓出現(xiàn)變化的情況下，通過負(fù)反饋閉環(huán)電路的控制進(jìn)而保證了 LED能夠維持穩(wěn) 定亮度。


圖1A和圖IB分別顯示了驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED和串聯(lián)LED的LED驅(qū)動(dòng)電路；
圖2顯示了一個(gè)具有外置電阻的LED驅(qū)動(dòng)電路；
圖3是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路的一種實(shí)施例的電路圖4是現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)電路的仿真結(jié)果圖；和
圖5是本發(fā)明LED驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)具體實(shí)施例的仿真效果圖。
具體實(shí)施例方式
彩屏必須在白光環(huán)境下才會(huì)真實(shí)地顯示其色彩，這樣彩屏在手機(jī)和其他手 持設(shè)備中的使用就促使WLED (White LED,白光型發(fā)光二極管)成為顯示屏 和鍵盤的背光燈。相對冷陰極熒光燈而言，WLED具有耐用、效率高、驅(qū)動(dòng)容 易、小巧和噪音低等優(yōu)點(diǎn)。許多便攜設(shè)備都采用一個(gè)鋰離子電池或者多個(gè)鎳氫 電池來驅(qū)動(dòng)WLED為小規(guī)格顯示屏提供背光照明。WLED需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路， 其需要為WLFX)提供一個(gè)合適的正向偏置電壓，其典型的范圍在3.3V到4.0V 之間。另外，WLIiD驅(qū)動(dòng)電路還需要為WLED提供完全匹配的電流源以保證流 過每個(gè)WLED的電流完全一致。這樣，就可以保證所有WLED亮度很好地匹 配，可以為整個(gè)背光顯示屏提供一致均勻的照明。
在一個(gè)最簡單的驅(qū)動(dòng)配置中，可以用一個(gè)電壓源和限流電阻來驅(qū)動(dòng)一個(gè) LED。然而，在很多的實(shí)際應(yīng)用中都采用具有恒定電流源(Current Source )的 驅(qū)動(dòng)電路，這樣不論電源電壓和正向偏置電壓降是否變化，驅(qū)動(dòng)電路中的恒定 電流源都可以對實(shí)現(xiàn)對流經(jīng)LED電流的調(diào)節(jié)。這樣可以在驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED時(shí)得 到匹配的亮度。如圖1A和圖1B所示，LED驅(qū)動(dòng)電路(LEDDriver)既可以驅(qū)動(dòng) 并聯(lián)LED也可以驅(qū)動(dòng)串聯(lián)LED。當(dāng)驅(qū)動(dòng)串聯(lián)LED時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電路必須提供
足夠的電壓以適應(yīng)串聯(lián)LED的個(gè)數(shù)，這樣，串聯(lián)LED的驅(qū)動(dòng)電路通常會(huì)逐步
增加它的驅(qū)動(dòng)電壓。雖然并聯(lián)LED的驅(qū)動(dòng)電路僅需要提供一個(gè)LED燈所需的
電壓，但是它需要有能力為每一個(gè)LED提供合適的電流。
為了監(jiān)控LED燈的亮度，LED驅(qū)動(dòng)電路需要具有檢測對外提供電流的能
力。圖2顯示一個(gè)具有外置電阻202的LED驅(qū)動(dòng)電^各206的實(shí)施例200。為了
檢測流過LED 204的電流，LED驅(qū)動(dòng)電路206需要對加載到電阻202上的電壓
進(jìn)行采樣。然后，通過公式^V/R來計(jì)算得到流過LED 204的電流I，其中V
是采樣得到加載到電阻202上的電壓，R是電阻202的阻值。然而，M"述電阻
202本身除了會(huì)為驅(qū)動(dòng)電路引入額外功耗外還可能增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。對于
便攜設(shè)備來說，功耗將直接影響到設(shè)備的運(yùn)行時(shí)長。
圖3顯示了本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路的一種實(shí)施例電路300。驅(qū)動(dòng)電路300采用運(yùn) 算放大器304取代外置電阻對加載到LED320上的電壓進(jìn)行采樣。所述運(yùn)算放 大器304可以是一個(gè)差分放大器，其具有較大電壓增益、很大的輸入阻抗和很 小的輸出阻抗。所述運(yùn)算放大器304具有一個(gè)反向或負(fù)輸入端、 一個(gè)非反向或 正輸入端和一個(gè)輸出端。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，加載于LED 302上的電壓 Vn被連接到所述運(yùn)算放大器304的負(fù)輸入端，所述運(yùn)算放大器的正輸入端連接 到晶體管MN1的漏極(D)上。
運(yùn)算放大器304、電容C1、電阻R1、晶體管對MP1和MP2構(gòu)成了負(fù)反饋
閉環(huán)電路。當(dāng)流過LED320的電流Iwled發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)引起加載于LED 302
上的電壓Vn的 一個(gè)相應(yīng)的變化，閉環(huán)反饋電路可以使電流Iwled緊隨電壓Vn
的變化迅速收斂于原值。例如，無論什么可能的原因?qū)е码娏鱅wled增大時(shí)，
將引起電壓Vn的相應(yīng)增加，增加的電壓由運(yùn)算放大器304的負(fù)輸入端接收從
而使運(yùn)算放大器304的輸出端的輸出減少，減少后的輸出加載到晶體管MP2上
致使電流Ib減少，減少的電流Ib會(huì)導(dǎo)致晶體管MN1的漏極(D)上的電壓減
少，所述減少的電壓反饋到運(yùn)算放大器304的正輸入端并被采樣。通過適當(dāng)?shù)?br> 調(diào)整，所述運(yùn)算放大器304的正輸入端減少的電壓就會(huì)下拉所述運(yùn)算放大器304
的負(fù)輸入端增加的電壓，從而保持所述運(yùn)算放大器304的正輸入端和負(fù)輸入端
之間的壓差為零，所述減少的電壓Vn，通過鏡像電路可以實(shí)現(xiàn)電流Iwled的卞 降從而使電流Iwled恢復(fù)原值，所述鏡像電路包括晶體管對MP1和MP2。
請參考圖3所示，所述負(fù)反饋閉環(huán)電路由電流源306提供基準(zhǔn)電流Iref。 復(fù)制電流Ib是由基準(zhǔn)電流Iref復(fù)制得來，LED電流Iwled是基準(zhǔn)電流Iref的M 倍，其中基準(zhǔn)電流Iref可以通過公式Iref=VBG/Rtrim求出，其中VBG為帶隙 基準(zhǔn)電壓，Rtrim是調(diào)整電阻(未圖示)。復(fù)制電流Ib幾乎不受溫度和處理過程 變動(dòng)的影響。由于復(fù)制電流Ib保持不變，由負(fù)反饋閉環(huán)電路控制的LED電流 Iwled也會(huì)保持不變。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，晶體管MN1和MN2是NMOS管，MP1和MP2 是PMOS管。為了保證一階準(zhǔn)確性，晶體管MN1和MN2需要相互匹配并提 供程序電流偏置。如前說述，二階準(zhǔn)確性是通過上述負(fù)反饋閉環(huán)電路來修正的。
圖4顯示了采用現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)電路的仿真效果，其中是向四個(gè)LED燈施 加四個(gè)步進(jìn)電壓(比如2.5V、 3.0V、 3.5V和4.0V),相應(yīng)地，仿真效果顯示， 隨時(shí)間推移，四個(gè)LED對應(yīng)的電流值逐漸發(fā)散。圖5顯示了采用本發(fā)明的一個(gè) 具體實(shí)施例的仿真效果，其中是向四個(gè)LED燈施加相同的步進(jìn)電壓，仿真效果 顯示，隨時(shí)間推移，四個(gè)LED對應(yīng)的電流值基本保持不變。
需要注意的是，上述的描述都是基于控制WLED的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)出適用于其他類型LED燈的電路，同樣獲得使其亮 度相同的效果。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED驅(qū)動(dòng)電路，其包括電流源，用于提供源電流；由源電流的復(fù)制電流控制的負(fù)反饋閉環(huán)電路，所述負(fù)反饋閉環(huán)電路包括具有負(fù)輸入端和正輸入端的運(yùn)算放大器，所述負(fù)輸入端用于感應(yīng)LED的加載電壓，其中所述加載電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算放大器的輸出端的輸出變化，所述輸出變化反過來會(huì)致使正輸入端產(chǎn)生相應(yīng)變化以至于所述加載電壓保持不變，從而使流過LED的電流保持不變，也使LED保持穩(wěn)定亮度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述正輸入端用于感應(yīng)一晶 體管上的電壓，所述復(fù)制電流流過所述晶體管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述閉環(huán)負(fù)反饋電路包括所 述運(yùn)算放大器、晶體管對、電容和電阻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，當(dāng)LED的加載電壓增加時(shí)， 所述運(yùn)算放大器輸出端的輸出減少并導(dǎo)致所述晶體管對中的一個(gè)晶體管的加載 電壓對應(yīng)減少，進(jìn)而拉低LFJD的加載電壓以使其保持不變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，當(dāng)LED的加載電壓減少時(shí)， 所述運(yùn)算放大器輸出端的輸出增加并導(dǎo)致所述晶體管對中的一個(gè)晶體管的加載 電壓對應(yīng)增加，進(jìn)而拉高LED的加載電壓以使其保持不變
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述復(fù)制電流由關(guān)系式VBG/ Rtrim確定，其中VBG為帶隙基準(zhǔn)電壓，Rtrim是調(diào)整電阻，復(fù)制電流幾乎不 受溫度和處理過程變動(dòng)的影響。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述流過LED的電流為所 述復(fù)制電流的M倍。，
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述復(fù)制電流由一對晶體管 ;改大M倍，以生成所述流過LED的電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述LED是白光發(fā)光二極 管，其用作手持設(shè)備的背光光源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其特征在于，所述白光發(fā)光二極管的亮度保持穩(wěn)定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED驅(qū)動(dòng)電路，其包括用于提供源電流的電流源及由源電流的復(fù)制電流控制的負(fù)反饋閉環(huán)電路，所述負(fù)反饋閉環(huán)電路包括具有負(fù)輸入端和正輸入端的運(yùn)算放大器，所述負(fù)輸入端用于感應(yīng)LED的加載電壓，其中所述加載電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算放大器的輸出端的輸出變化，所述輸出變化反過來會(huì)致使正輸入端產(chǎn)生相應(yīng)變化以至于所述加載電壓保持不變，從而使流過LED的電流保持不變，也使LED保持穩(wěn)定亮度。
文檔編號H05B37/02GK101106855SQ20071011933
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者喻曉英, 景衛(wèi)兵 申請人:北京中星微電子有限公司