用於控制led燈電路各支路電流的均流系統的製作方法
2023-08-03 05:14:56
專利名稱：用於控制led燈電路各支路電流的均流系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及LED燈電路均流技術領域，尤其涉及一種用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統。
背景技術：
LED (發光二極體)燈的V-I (電壓一電流)特性曲線類似於二極體的V-I特性曲線，電流按電壓指數變化，電壓變化一點，電流變化很大。在LED燈電路中，全部LED燈串聯，電流必然相等，但需要較高的電源電壓，所以，當需要較多LED燈時，LED燈電路中的LED燈通常會採用先串聯後並聯的方式，而這種LED燈電路的各支路在並聯時，由於LED燈之間必然存在差異，一般都需要採用均流的系統控制各支路電流。因為採用均流系統時，可以使用
V-I特性差別大的LED燈，無需購買經過篩選分組的LED燈，而且當亮度較低時，人眼非常敏感，所以均流的一致性越高越好。目前，用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統主要有以下幾種1、如圖I所示，單晶片多路均流系統，但是，單晶片多路均流系統存在不方便擴展等缺點，並且當需要的LED燈的支路數不是晶片通道數的整數倍時，必須浪費一些通道；2、如圖2所示，固定恆流系統，其LED燈電路的各支路依靠恆流晶片實現電流恆定，常用的恆流晶片有恆流二極體及其他恆流1C，但是，這種固定恆流系統本質上不是均流系統，因為其多個恆流晶片間的電流一致性，也是取決於恆流晶片間的差異，即恆流晶片間的電阻等元器件的差異會影響各支路的電流一致性；3、電流可變的恆流系統，其有幾種類型如圖3所示，通過數字通訊接口調節的恆流方案一；如圖4所示，通過數字通訊接口調節的恆流方案二 ；如圖5所示，通過PWM方式調節的恆流方案三；這些系統與上述的固定恆流系統一樣，各支路依靠恆流晶片實現電流恆定，本質上不是均流系統，只是增加了接口電路實現電流調節，所以，這種通過數字通訊接口調節的恆流系統或通過PWM方式調節的恆流系統，其多個恆流晶片間的電流一致性，也是取決於恆流晶片間的差異，即恆流晶片間的電阻等元器件的差異會影響各支路的電流一致性。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足而提供一種可擴展性強、可實現多晶片間的高精度電流匹配的用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統。本發明的目的通過以下技術措施實現一種用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統，包括LED燈電路的並聯的各LED燈支路，還包括與所述各LED燈支路對應的恆流控制晶片，所述每個恆流控制晶片均包括用於產生參考電流的第一單元、用於控制LED燈支路電流的第二單元，所述第一單元的控制輸出端與所述第二單元的控制輸入端連接，使所述第一單元根據自身產生的參考電流而通過所述第二單元控制所述LED燈支路電流；所述LED燈支路的輸入端與電路電源連接，所述LED燈支路的輸出端與所述第二單元的電流輸入端連接，所述第二單元的電流輸出端接地；從第一個恆流控制晶片至最後一個恆流控制晶片，所有恆流控制晶片的第一單元依次串聯連接；所述第一個恆流控制晶片設置成Marst (主模式)模式，用於生成參考電流；其餘的恆流控制晶片設置成Slave (從模式)模式，使所述為從模式的恆流控制晶片的第一單元的參考電流均等於所述第一個恆流控制晶片生成的參考電流。所述恆流控制晶片的第二單元包括第三電阻、第四電阻、第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管、第四場效應管、內部電流源、第一運算放大器，所述第一場效應管的柵極為所述第二單元的控制輸入端，所述第一場效應管的源極與晶片電源連接，所述第一場效應管的漏極與所述第二場效應管的漏極連接，所述第二場效應管的柵極設置成Slave模式，所述第二場效應管的源極與所述第三電阻的一端、所述第三場效應管的源極、所述第一運算放大器的同相輸入端連接，所述第三電阻的另一端接地，所述第三場效應管的柵極設置成Marst模式，所述第三場效應管的漏極通過所述內部電流源與晶片電源連接，所述第
一運算放大器的反相輸入端與所述第四場效應管的源極、所述第四電阻的一端連接，所述第四場效應管的柵極與所述第一運算放大器的輸出端連接，所述第四場效應管的漏極為所述第二單元的電流輸入端，所述第四電阻的另一端為所述第二單元的電流輸出端。所述恆流控制晶片的第一單元包括第一電阻、第二電阻、第五場效應管、第六場效應管、第七場效應管、第二運算放大器、第三運算放大器，所述第一電阻的一端為第一單元的電流輸入端，且所述第一電阻的一端與所述第二運算放大器的同相輸入端連接，所述第一電阻的另一端為第一單元的電流輸出端，且所述第一電阻的另一端與所述第三運算放大器的同相輸入端連接，所述第二運算放大器的反相輸入端與所述第二電阻的一端、所述第六場效應管的源極連接，所述第六場效應管的柵極與所述第二運算放大器的輸出端連接，所述第六場效應管的漏極與所述第五場效應管的漏極、所述第五場效應管的柵極連接，且所述第五場效應管的柵極為所述第一單元的控制輸出端，所述第五場效應管的源極與晶片電源連接，所述第三運算放大器的反相輸入端與所述第二電阻的另一端、所述第七場效應管的源極連接，所述第七場效應管的柵極與所述第三運算放大器的輸出端連接，所述第七場效應管的漏極接地。作為另一實施方案，所述恆流控制晶片的第一單元包括第一電阻、第二電阻、用於計算所述第一電阻與第二電阻的電壓降的差值的數字電路、用於調整流過所述第二電阻電流的控制電路，所述第一電阻的一端為第一單元的電流輸入端，所述第一電阻的另一端為第一單元的電流輸出端，且所述第一電阻的一端、所述第一電阻的另一端均與所述數字電路的第一採樣輸入端連接，所述第二電阻的一端、所述第二電阻的另一端均與所述數字電路的第二採樣輸入端連接，且所述第二電阻的一端與所述控制電路的輸出端連接，所述控制電路的輸出端為所述第一單元的控制輸出端，所述第二電阻的另一端接地，所述數字電路的輸出端與所述控制電路的控制端連接，所述控制電路的輸入端與晶片電源連接。本發明有益效果在於本發明各LED燈支路設置有對應的恆流控制晶片，每個恆流控制晶片均包括用於產生參考電流的第一單元、用於控制LED燈支路電流的第二單元，第一單元的控制輸出端與第二單元的控制輸入端連接，使第一單元根據自身產生的參考電流而通過第二單元控制LED燈支路電流；LED燈支路的輸入端與電路電源連接，LED燈支路的輸出端與第二單元的電流輸入端連接，第二單元的電流輸出端接地；從第一個恆流控制晶片至最後一個恆流控制晶片，所有恆流控制晶片的第一單元依次串聯連接；第一個恆流控制晶片設置成Marst模式，用於生成參考電流；其餘的恆流控制晶片設置成Slave模式，使為從模式的恆流控制晶片的第一單元的參考電流均等於第一個恆流控制晶片生成的參考電流，即每條LED燈支路中的恆流控制晶片的第一單元的參考電流均等於第一個恆流控制晶片生成的參考電流，從而準確地控制LED燈電路中各LED燈支路的電流，使各LED燈支路的電流均流。因此，本發明利用恆流控制晶片內部電阻、管子匹配程度高的特性，實現多個恆流控制晶片間的高精度電流相等，不 同恆流控制晶片間電阻、管子存在差異對各LED燈支路的電流均流無影響；而且，只要在電流採樣電阻上的總壓降在工作範圍內，可隨意擴展，即可擴展性強。
圖I是現有技術中單晶片多路均流系統的電路原理圖。圖2是現有技術中固定恆流系統的電路原理圖。圖3是現有技術中電流可變的恆流系統方案一的電路原理圖。圖4是現有技術中電流可變的恆流系統方案二的電路原理圖。圖5是現有技術中電流可變的恆流系統方案三的電路原理圖。圖6是本發明實施例I的電路原理圖。圖7是本發明實施例I的恆流控制晶片的內部電路原理圖。圖8是本發明實施例2的恆流控制晶片的第一單元的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明。實施例I :本發明的用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統，如圖6所示，其包括LED燈電路的並聯的各LED燈支路(LEDI、LED2……LEDn)，每條LED燈支路均是由多個LED燈串聯而成；該系統還包括與各LED燈支路對應的恆流控制晶片(IC1、IC2……ICn)，每個恆流控制晶片均包括用於產生參考電流的第一單元11、用於控制LED燈支路電流的第二單元12，第一單元11的控制輸出端與第二單元12的控制輸入端連接，使第一單元11根據自身產生的參考電流而通過第二單元12控制LED燈支路電流(I_LED1、I_LED2……1_LEDn) ；LED燈支路的輸入端與電路電源(VCC)連接，LED燈支路的輸出端與第二單元12的電流輸入端連接，第二單元12的電流輸出端接地(GND);從第一個恆流控制晶片至最後一個恆流控制晶片，所有恆流控制晶片的第一單元11依次串聯連接，即第一個恆流控制晶片的第一單元11的電流輸入端與晶片電源(V_IC)連接，第一個恆流控制晶片的第一單元11的電流輸出端與第二個恆流控制晶片的第一單元11的電流輸入端連接，依此類推，直至最後一個恆流控制晶片的第一單元11 ;第一個恆流控制晶片設置成Marst (主模式)模式，用於生成參考電流(Iset);其餘的恆流控制晶片設置成Slave (從模式)模式，使為從模式的恆流控制晶片的第一單元11的參考電流均等於第一個恆流控制晶片生成的參考電流。其中，由於第一個恆流控制晶片設置成Marst模式，其生成的參考電流，流過每一條LED燈支路的恆流控制晶片，而所有的恆流控制晶片的第二單元12都根據參考電流生成精確的LED燈支路的電流。當然，需要多少條LED燈支路，就串聯多少個恆流控制晶片即可。其中，圖6中的第一單元11和第二單元12隻是簡單的示意圖，詳細結構見下文描述。
具體地說，如圖7所示，恆流控制晶片的第二單元12包括第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第一場效應管(Ml)、第二場效應管(M2)、第三場效應管(M3)、第四場效應管(M4)、內部電流源(I_inner)、第一運算放大器(U1)，第一場效應管的柵極為第二單元12的控制輸入端，第一場效應管的源極與晶片電源連接，第一場效應管的漏極與第二場效應管的漏極連接，第二場效應管的柵極設置成Slave模式，第二場效應管的源極與第三電阻的一端、第三場效應管的源極、第一運算放大器的同相輸入端連接，第三電阻的另一端接地，第三場效應管的柵極設置成Marst模式，第三場效應管的漏極通過內部電流源與晶片電源連接，第一運算放大器的反相輸入端與第四場效應管的源極、第四電阻的一端連接，第四場效應管的柵極與第一運算放大器的輸出端連接，第四場效應管的漏極為第二單元12的電流輸入端，第四電阻的另一端為第二單元12的電流輸出端。恆流控制晶片的第一單元11包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第五場效應管(M5)、第六場效應管(M6)、第七場效應管(M7)、第二運算放大器(U2)、第三運算放大器(U3),第一電阻的一端(Al)為第一單兀11的電流輸入端,且第一電阻的一端與第二運算放
大器的同相輸入端連接，第一電阻的另一端(BI)為第一單兀11的電流輸出端,且第一電阻的另一端與第三運算放大器的同相輸入端連接，第二運算放大器的反相輸入端與第二電阻的一端(A2)、第六場效應管的源極連接，第六場效應管的柵極與第二運算放大器的輸出端連接，第六場效應管的漏極與第五場效應管的漏極、第五場效應管的柵極連接，且第五場效應管的柵極為第一單元11的控制輸出端，第五場效應管的源極與晶片電源連接，第三運算放大器的反相輸入端與第二電阻的另一端(B2)、第七場效應管的源極連接，第七場效應管的柵極與第三運算放大器的輸出端連接，第七場效應管的漏極接地。由於恆流控制晶片內部電阻可以達到相當高的匹配程度，在恆流控制晶片的第一單元11 (A_Block)中，第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)的絕對值不關鍵，只要第一電阻和第二電阻匹配即可。第二運算放大器、第三運算放大器可保證Al電壓等於A2電壓，BI電壓等於B2電壓，則流過第一電阻和第二電阻的電流相等。由於鏡像後參考電流Iset等於電流I_ext，在恆流控制晶片的第二單元12 (B_Block)中，工作於Slave模式的第二場效應管依靠電路I_ext設置流過LED燈支路的電流，工作於Mast模式的第三場效應管採用內部電流源，並把該內部電流源作為電流Iset鏡像輸出。當然，在恆流控制晶片的第二單元12中，由參考電流Iset實現輸出電流可以為各式各樣的電路，本發明不列出，但理應屬於本發明的等同替換。實施例2 :本發明的用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統的實施例2，本實施例與實施例I的不同之處在於，採用數字電路111的方法實現電流鏡像，如圖8所示，恆流控制晶片的第一單元11包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、用於計算第一電阻與第二電阻的電壓降的差值的數字電路111、用於調整流過第二電阻電流的控制電路112，第一電阻的一端(Al)為第一單兀11的電流輸入端,第一電阻的另一端(BI)為第一單兀11的電流輸出端，且第一電阻的一端、第一電阻的另一端均與數字電路111的第一米樣輸入端(ADCl)連接，使數字電路111可以通過第一採樣輸入端採樣第一電阻兩端的電壓，第二電阻的一端(A2)、第二電阻的另一端(B2)均與數字電路111的第二採樣輸入端(ADC2)連接，使數字電路111可以通過第二採樣輸入端採樣第二電阻兩端的電壓，且第二電阻的一端與控制電路112的輸出端連接，控制電路112的輸出端為第一單元11的控制輸出端，第二電阻的另一端接地，數字電路111的輸出端與控制電路112的控制端連接，控制電路112的輸入端與晶片電源連接。具體地說，本實施例的數字電路111是通過ADC (模數轉換)方法計算第一電阻和第二電阻的電壓降的差值，由該差值調整流過第二電阻的電流，使得最終第一電阻和第二電阻的電壓降相等，則流過第一電阻和第二電阻的電流相等。本實施例的其它結構及工作原理與實施例I相同，在此不再贅述。當然，採用本發明附加上數字通訊接口或PWM調光方式，也可實現所有LED燈支路調光或單獨調光。綜上所述，本發明採用電流串聯流過各LED燈支路的恆流控制晶片，作為基準參考電流來實現多晶片間的均流，故本發明可實現多晶片間的高精度電流匹配，只要在電流
採樣電阻上的總壓降在工作範圍內，可隨意擴展，即可擴展性強。最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。
權利要求
1.ー種用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統，包括LED燈電路的並聯的各LED燈支路，其特徵在於還包括與所述各LED燈支路對應的恆流控制晶片，所述每個恆流控制晶片均包括用於產生參考電流的第一単元、用於控制LED燈支路電流的第二単元，所述第一単元的控制輸出端與所述第二単元的控制輸入端連接，使所述第一単元根據自身產生的參考電流而通過所述第二單元控制所述LED燈支路電流；所述LED燈支路的輸入端與電路電源連接，所述LED燈支路的輸出端與所述第二単元的電流輸入端連接，所述第二単元的電流輸出端接地；從第一個恆流控制晶片至最後ー個恆流控制晶片，所有恆流控制晶片的第一単元依次串聯連接；所述第一個恆流控制晶片設置成Marst模式，用於生成參考電流；其餘的恆流控制晶片設置成Slave模式，使所述為從模式的恆流控制晶片的第一単元的參考電流均等於所述第一個恆流控制晶片生成的參考電流。
2.根據權利要求I所述的用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統，其特徵在於所述恆流控制晶片的第二単元包括第三電阻、第四電阻、第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管、第四場效應管、內部電流源、第一運算放大器，所述第一場效應管的柵極為所述第二単元的控制輸入端，所述第一場效應管的源極與晶片電源連接，所述第一場效應管的漏極與所述第二場效應管的漏極連接，所述第二場效應管的柵極設置成Slave模式，所述第二場效應管的源極與所述第三電阻的一端、所述第三場效應管的源極、所述第一運算放大器的同相輸入端連接，所述第三電阻的另一端接地，所述第三場效應管的柵極設置成Marst模式，所述第三場效應管的漏極通過所述內部電流源與晶片電源連接，所述第一運算放大器的反相輸入端與所述第四場效應管的源極、所述第四電阻的一端連接，所述第四場效應管的柵極與所述第一運算放大器的輸出端連接，所述第四場效應管的漏極為所述第二単元的電流輸入端，所述第四電阻的另一端為所述第二単元的電流輸出端。
3.根據權利要求2所述的用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統，其特徵在於所述恆流控制晶片的第一単元包括第一電阻、第二電阻、第五場效應管、第六場效應管、第七場效應管、第二運算放大器、第三運算放大器，所述第一電阻的一端為第一単元的電流輸入端，且所述第一電阻的一端與所述第二運算放大器的同相輸入端連接，所述第一電阻的另一端為第一単元的電流輸出端，且所述第一電阻的另一端與所述第三運算放大器的同相輸入端連接，所述第二運算放大器的反相輸入端與所述第二電阻的一端、所述第六場效應管的源極連接，所述第六場效應管的柵極與所述第二運算放大器的輸出端連接，所述第六場效應管的漏極與所述第五場效應管的漏極、所述第五場效應管的柵極連接，且所述第五場效應管的柵極為所述第一単元的控制輸出端，所述第五場效應管的源極與晶片電源連接，所述第三運算放大器的反相輸入端與所述第二電阻的另一端、所述第七場效應管的源極連接，所述第七場效應管的柵極與所述第三運算放大器的輸出端連接，所述第七場效應管的漏極接地。
4.根據權利要求2所述的用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統，其特徵在於所述恆流控制晶片的第一単元包括第一電阻、第二電阻、用於計算所述第一電阻與第二電阻的電壓降的差值的數字電路、用於調整流過所述第二電阻電流的控制電路，所述第一電阻的一端為第一單兀的電流輸入端，所述第ー電阻的另一端為第一單兀的電流輸出端，且所述第一電阻的一端、所述第一電阻的另一端均與所述數字電路的第一採樣輸入端連接，所述第二電阻的一端、所述第二電阻的另一端均與所述數字電路的第二採樣輸入端連接，且所述第二電阻的一端與所述控制電路的輸出端連接，所述控制電路的輸出端為所述第一単元的控制輸出端，所述第二電阻的另一端接地，所述數字電路的輸出端與所述控制電路 的控制端連接，所述控制電路的輸入端與晶片電源連接。
全文摘要
本發明涉及LED燈電路均流技術領域，尤其涉及一種用於控制LED燈電路各支路電流的均流系統，其各LED燈支路設置有對應的恆流控制晶片，每個恆流控制晶片均包括用於產生參考電流的第一單元、用於控制LED燈支路電流的第二單元，第一單元的控制輸出端與第二單元的控制輸入端連接，使第一單元根據自身產生的參考電流而通過第二單元控制LED燈支路電流；從第一個恆流控制晶片至最後一個恆流控制晶片，所有恆流控制晶片的第一單元依次串聯連接。本發明可實現多個恆流控制晶片間的高精度電流相等，不同恆流控制晶片間電阻、管子存在差異對各LED燈支路的電流均流無影響；而且，可擴展性強。
文檔編號H05B37/02GK102858057SQ20121028393
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者萬錦嵩 申請人:東莞芯成電子科技有限公司