多路led驅動電路的製作方法

2023-04-25 11:49:31 2

專利名稱：多路led驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及驅動電路，更具體地說，涉及一種多路LED驅動電路。
背景技術：
發光二極體(LED)在信息顯示系統、可攜式設備背光源應用中的表現是 有目共睹的。在節能環保技術呼聲日益高漲、LED照明成為主流日趨明朗的 今天，LED驅動技術更是倍受關注和追捧的話題。越來越多的力量投入該項 技術的研究，競爭也越來越激烈。
其中，大型LED顯示屏的廣泛採用，要求驅動電路能夠驅動更多數量的 LED，往往用單路串聯、多路並聯以及晶片間級聯的方式來實現。這類多通道 的LED驅動器件，除了有較複雜的邏輯時序、高速的開關性能要求外，關鍵 在於提供多個通路的恆定電流來驅動發光二極體，為了滿足大型屏幕發光均勻 性和白平衡的要求，須保證每一路驅動電流基本一致，達到較高的電流匹配精 度。
現有常規的多路LED驅動一般通過簡單電流鏡來實現，如圖1示例，預設 偏置電流源10提供電流灌入電流鏡鏡像管11，產生柵源驅動電壓信號，提供 給輸出驅動管12的柵極，利用簡單的電流鏡像複製關係，設置驅動管12與鏡 像管ll的寬長尺寸比，就能獲得放大的電流以驅動發光二極體LED。然而這 種簡單的電流鏡方式並不能實現高精度電流匹配，並且需要耗費多路預設偏置 電流IB，功耗較大，電流轉換效率低。
另外一種常用的驅動電路由圖2示例給出，相對於簡單電流鏡，其相當於 在預設偏置電流源IO下增加了一個有源共柵共源(active cascode)結構。利 用運算放大器20將鏡像管11和驅動管12的漏源電壓鉗位，運算放大器20輸出經過調整管21提供驅動管的柵源電壓，並形成負反饋迴路維持系統穩定。 由於鏡像管11和驅動管12的柵源電壓與漏源電壓都相等，因此輸出電流精度 有所提高。然而該電路的缺點卻也十分明顯，運算放大器20隻檢測其中一路 驅動管的漏源電壓信號，對於其他N-l路輸出電流來說並沒有得到精確的調 控，並且受驅動管12在工藝實現過程中的不匹配、發光二極體自身性能差異 等問題的影響較嚴重，造成每一路輸出的驅動電流大小不一致；另外，驅動管 12的輸出電阻較小，易受外部電源波動的幹擾。因此仍然不能滿足高精度匹 配電流的要求。
因此，需要一種可對每一通路的漏源電壓信號進行檢測並對輸出電流進行 單獨調控以達到高精度電流匹配性的多路LED驅動電路。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的只檢測其中一路驅動管的 漏源電壓信號而無法對其它N-l路輸出電流進行精確調控的缺陷，提供一種可 對每一通路的漏源電壓信號進行檢測並對輸出電流進行單獨調控以達到高精 度電流匹配性的多路LED驅動電路。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種多路LED驅動電 路，包括用於提供精準電流的精準電流源，用於將所述精準電流放大並複製到 多路輸出的多路鏡像放大模塊，其中，還包括用於對每一路輸出進行精確調控 的有源輸出級。
在本發明所述的多路LED驅動電路中，所述有源輸出級包括多個輸出運 算放大器op和多個有源輸出管MNC，所述多個輸出運算放大器op的正向輸 入端均連接到所述精準電流源、反向輸入端分別連接到所述多路鏡像放大模塊 的多路驅動輸出端和所述多個有源輸出管MNC的源極、輸出端分別與所述多 個有源輸出管MNC的柵極相連，所述多個有源輸出管MNC的漏極分別向多 路LED供電。
在本發明所述的多路LED驅動電路中，所述精準電流源包括電流鏡、第 一運算放大器和第一電流調整管，其中所述電流鏡的第一電流鏡鏡像管MP1的漏極連接到預設偏置電源和所述第一運算放大器的正向輸入端、第二電流鏡
鏡像管MP2的漏極連接到所述運算放大器的反向輸入端和所述第一電流調整 管的源極，所述第一運算放大器的輸出端連接到所述第一電流調整管的柵極， 所述第一電流調整管的漏極連接到所述多路鏡像放大模塊和所述多個運算放 大器的正向輸入端。
在本發明所述的多路LED驅動電路中，所述多路鏡像放大模塊包括鏡像 管、多路驅動單元和第二運算放大器，其中，所述多路驅動單元包括多個驅動 管MNB，所述多個驅動管MNB的源極接地、漏極分別連接到所述多個輸出 運算放大器op的反向輸入端和所述多個有源輸出管MNC的源極；
所述鏡像管的漏極分別連接到所述第一電流調整管的漏極，所述鏡像管的 源極接地、柵極連接到所述第二運算放大器的輸出端和所述多個驅動管MNB 的柵極，所述第二運算放大器的反向輸入端接參考電壓Vref、正向輸入端連接 到所述多個輸出運算放大器op的正向輸入端。
在本發明所述的多路LED驅動電路中，通過調節鏡像管和所述多路驅動 單元的長寬比來放大多路驅動單元的漏極輸出電流。
在本發明所述的多路LED驅動電路中，所述多個驅動管MNB、所述第一 電流鏡鏡像管MP1、第二電流鏡鏡像管MP2和/或所述多個有源輸出管MNC 是MOS型電晶體。
在本發明所述的多路LED驅動電路中，所述多個驅動管MNB、所述第一 電流鏡鏡像管MP1、第二電流鏡鏡像管MP2和/或所述多個有源輸出管MNC 是BIPOLAR型電晶體。
實施本發明的僅以一路預設偏置電流即可驅動多路發光二極體，節省功 耗，電流轉換效率高；每一路輸出電流都得到了單獨的檢測和調節，輸出電流 匹配精度高；有源輸出級結構，輸出電阻大，抗幹擾能力強。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中 圖1是常規簡單電流鏡驅動電路圖；圖2是另一現有常規驅動電路圖3是本發明的多路LED驅動電路的第一實施例的邏輯框圖； 圖4是本發明的多路LED驅動電路的第二實施例的電路圖。
具體實施例方式
圖3是本發明的多路LED驅動電路的第一實施例的邏輯框圖。其示出了 一種多路LED驅動電路，包括用於提供精準電流的精準電流源30,用於將所 述精準電流放大並複製到多路輸出的多路鏡像放大模塊40，其中，還包括用 於對每一路輸出進行精確調控的有源輸出級34。
圖4是本發明的多路LED驅動電路的第二實施例的電路圖。如圖4所示， 預設偏置電流源IO提供的電流IB反映的是輸出驅動電流的大小，精準電流源 30將其精確鏡像到輸出通路。第一運算放大器31的鉗位作用使得電流鏡的第 一電流鏡鏡像管MP1和第二電流鏡鏡像管MP2的漏極電壓相等，使得電流得 以精確地複製。第一運算放大器31的輸出端連接至第一電流調整管32的柵極， 提供負反饋迴路以調節第二電流鏡鏡像管MP2的漏極電壓。第一運算放大器 31和第一電流調整管32的存在使得精準電流源30的輸出電阻較大，保證了 鏡像電流精度。
通過調整鏡像管11和輸出驅動管MNB 1輸出驅動管MNB 12到的寬長 比，可以獲得適當的對IB進行倍數放大的電流，以驅動發光二極體。對於輸 出驅動管MNB來說，為了達到電流的精確鏡像和放大，必須為其提供調整鏡 像管11的柵電壓信號和漏電壓信號。
本發明採用第二運算放大器33實現上述功能，其反向輸入端為基準電壓 信號Vref，第二運算放大器33的鉗位作用將鏡像管11的漏極電壓固定，並作 為輸出提供至有源輸出級34。在預設偏置電流IB大小不同的工作狀態下，第 二運算放大器33輸出自動調節鏡像管11的柵電壓信號，並作為輸出提供至輸 出驅動管MNB的柵極，即多路驅動單元12的所有驅動管的柵極都由該信號 同時驅動。利用這兩個電壓信號可以同時驅動多個輸出通路，即實現了僅以一 路預設偏置電流來驅動多路輸出。由於存在著多路輸出，每一路的工作狀態是存在差異的，除了版圖設計和
物理實現過程中的影響以外，LED本身的個體差異也會導致各條通路之間匹 配度變差。假如只檢測其中一條輸出通路的工作狀態來對所有通路的輸出電流 進行調節，那麼未被檢測到的通路實際上不僅沒有得到精確的調控，甚至可能 造成與實際情況相反的誤調控，因此通路之間的電流匹配度是較差的。
為了實現對每一路輸出的精確調控，本發明在每一輸出通路引入有源輸出 級34。其中，所述有源輸出級34包括多個輸出運算放大器op和多個有源輸 出管MNC，所述多個輸出運算放大器op的正向輸入端均連接到所述精準電流 源30、反向輸入端分別連接到所述多路鏡像放大模塊40的多路驅動輸出端和 所述多個有源輸出管MNC的源極、輸出端分別與所述多個有源輸出管MNC 的柵極相連，所述多個有源輸出管MNC的漏極分別向多路LED供電。由於 輸出運算放大器op的存在，每一路輸出驅動管MNB的漏極電壓都能與鏡像 管11的漏極電壓保持一致。結合第二運算放大器33的輸出信號，即每一路輸 出驅動管MNB的柵極由同一個鏡像管11柵極信號驅動，而每一路驅動管 MNB的漏極電壓信號則分別與鏡像管11的漏極電壓保持一致。由於每一路輸 出都進行單獨的檢測，並通過輸出運算放大器op和有源輸出管MNC形成負 反饋迴路，對每個輸出驅動管MNB的漏極電壓進行單獨調控，因此提高了各 通路間的電流匹配度。假設其中任意一路輸出輸出驅動管MNBn的電晶體漏 極電壓與調整管11的漏極電壓的誤差為A^^^") (n表示第n路輸出)，則誤 差信號通過有源輸出級34得到放大和調整。其中輸出運算放大器opn檢測輸 出驅動管MNBn漏極電壓信號，並提供增益^(")，有源輸出管MNCn作為調 整管，源極為輸出端，則最終可在輸出驅動管MNBn的漏極得到調整電壓信 號formula see original document page 8
此處需要特別說明的是，有源輸出管MNCn不一定是常規的常壓MOS晶 體管，還可以替換為耐高壓的電晶體器件，以滿足高壓應用的要求，而在特定 工藝製程條件下，襯偏效應如果不能消除，可能會在上式中引入^"M^e")的偏差。由上式可以直觀地看出有源輸出級34的作用對於不同的n路輸出， 誤差信號是不可能完全相同的，此時系統使得n路輸出最終獲得的調整電壓信 號只與其本身檢測到的本路誤差信號有關，並且嚴格一一對應。以此實現了多
路輸出的單獨檢測和單獨調控，電流匹配度得到明顯改善。
並且，由於有源輸出級34是共源共柵結構，增大了輸出電阻，由電源波動 或者發光二極體差異造成的影響會被電晶體MNC屏蔽，保證了輸出電流精度。
在本發明的又一實施例中，任意MOS型電晶體都可用BIPOLAR型電晶體 進行替換，然而考慮晶片面積和成本的增加，BIPOLAR型電晶體的應用受到 了限制，對其實施例此處不再贅述。
雖然本發明是通過具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在 不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換及等同替代。因此， 本發明不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內 的全部實施方式。
權利要求
1、一種多路LED驅動電路，包括用於提供精準電流的精準電流源(30)，用於將所述精準電流放大並複製到多路輸出的多路鏡像放大模塊(40)，其特徵在於，還包括用於對每一路輸出進行精確調控的有源輸出級(34)。
2、 根據權利要求1所述的多路LED驅動電路，其特徵在於，所述有源輸 出級(34)包括多個輸出運算放大器op和多個有源輸出管MNC，所述多個輸 出運算放大器op的正向輸入端均連接到所述精準電流源(30)、反向輸入端分 別連接到所述多路鏡像放大模塊(40)的多路驅動輸出端和所述多個有源輸出 管MNC的源極、輸出端分別與所述多個有源輸出管MNC的柵極相連，所述 多個有源輸出管MNC的漏極分別向多路LED供電。
3、 根據權利要求2所述的多路LED驅動電路，其特徵在於，所述精準電 流源(30)包括電流鏡(301〉、第一運算放大器(31)和第一電流調整管(32)， 其中所述電流鏡(301)的第一電流鏡鏡像管MP1的漏極連接到預設偏置電源(10)和所述第一運算放大器(31)的正向輸入端、第二電流鏡鏡像管MP2 的漏極連接到所述運算放大器(31)的反向輸入端和所述第一電流調整管(32) 的源極，所述第一運算放大器(31)的輸出端連接到所述第一電流調整管(32) 的柵極，所述第一電流調整管(32)的漏極連接到所述多路鏡像放大模塊(40) 和所述多個運算放大器的正向輸入端。
4、 根據權利要求3所述的多路LED驅動電路，其特徵在於，所述多路鏡 像放大模塊(40)包括鏡像管(11)、多路驅動單元(12)和第二運算放大器(33)，其中，所述多路驅動單元(12)包括多個驅動管MNB，所述多個驅動 管MNB的源極接地、漏極分別連接到所述多個輸出運算放大器op的反向輸 入端和所述多個有源輸出管MNC的源極；所述鏡像管(11)的漏極分別連接到所述第一電流調整管(32)的漏極， 所述鏡像管(11)的源極接地、柵極連接到所述第二運算放大器(33)的輸出 端和所述多個驅動管MNB的柵極，所述第二運算放大器(32)的反向輸入端 接參考電壓Vref、正向輸入端連接到所述多個輸出運算放大器op的正向輸入端。
5、 根據權利要求3所述的多路LED驅動電路，其特徵在於，通過調節鏡 像管(11)和所述多路驅動單元(12)的長寬比來放大多路驅動單元(12)的 漏極輸出電流。
6、 根據權利要求1-5中任一權利要求所述的多路LED驅動電路，其特徵 在於，所述多個驅動管MNB、所述第一電流鏡鏡像管MP1、第二電流鏡鏡像 管MP2和/或所述多個有源輸出管MNC是MOS型電晶體。
7、 根據權利要求1-5中任一權利要求所述的多路LED驅動電路，其特徵 在於，所述多個驅動管MNB、所述第一電流鏡鏡像管MP1、第二電流鏡鏡像 管MP2和/或所述多個有源輸出管MNC是BIPOLAR型電晶體。
全文摘要
本發明涉及一種多路LED驅動電路，包括用於提供精準電流的精準電流源(30)，用於將所述精準電流放大並複製到多路輸出的多路鏡像放大模塊(40)，還包括用於對每一路輸出進行精確調控的有源輸出級(34)。實施本發明的僅以一路預設偏置電流即可驅動多路發光二極體，節省功耗，電流轉換效率高；每一路輸出電流都得到了單獨的檢測和調節，輸出電流匹配精度高；有源輸出級結構，輸出電阻大，抗幹擾能力強。
文檔編號H05B37/02GK101409967SQ200810217219
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月3日 優先權日2008年11月3日
發明者詠 周, 鍾昌賢, 陳志軍 申請人:深圳市聯德合微電子有限公司