一种LED两端恒流驱动芯片的制作方法

本实用新型涉及LED恒流驱动领域，特别是涉及一种LED两端恒流驱动芯片。

背景技术：

LED是一种能发光的半导体电子元件，这种电子元件早期只能发出低光度的红光，随着技术的不断进步，现在已发展到能发出可见光、红外线及紫外线的程度，光度也有了很大的提高。LED具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点，已被广泛应用于指示灯、显示器及照明领域。

由于LED的单向导通特性，在LED两端加反向电压时，LED灯处于反向死区、不能发光；当反向电压过大时，LED处于反向击穿区，LED灯会被损坏甚至烧毁、报废；在LED两端慢慢加正向电压时，电压很小时LED还不能导通工作；当外加正向电压大于LED的正向驱动电压VF时，LED开始导通，电流随电压增大线性增大；继续增大外加正向电压，此时的电流变化非常剧烈；当外加正向电压达到LED的正向驱动电压VF时，LED的使用效果最佳，所以需要通过一个恒流控制电路来使LED二极管工作在稳定的状态下，保证LED最有效的工作。

为了便于使用，现有的LED恒流驱动电路一般集成于芯片内，通过与外围电容、电阻等器件的配合实现恒流控制。如图1所示，恒流控制芯片通过电阻Rup、Rdn以及Rcs实现采样，通过电容C进行储能。COB封装即chip On board，就是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上，然后进行引线键合实现其电气连接，COB封装工艺比较成熟，是现有技术中一种比较常规且成本较低的封装技术，在现有生产线上投入比较多、比较广。现有的LED恒流控制芯片一般需要多个外接端与外围器件连接，而这些外围器件的体积相对比较大，连接关系也比较复杂，不适合COB封装和多芯片封装，因此，恒流控制芯片的封装工艺受到了一定的限制，无法在现有COB封装线上大规模生产，造成了资源的浪费。

因此，如何优化现有技术中的多端口LED恒流控制芯片，简化外围器件，适于COB封装及多芯片封装，降低生产成本，提高产品竞争力已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种LED两端恒流驱动芯片，用于解决现有技术中LED恒流控制芯片外围器件体积大，连接关系复杂，不适于COB封装及多芯片封装等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种LED两端恒流驱动芯片，所述LED两端恒流驱动芯片至少包括：

功率管、电流采样模块、稳压电源模块、基准电压模块、运放模块以及温度补偿模块；

所述功率管的漏端作为第一外接端口连接外部LED灯串，栅端连接所述运放模块的输出端，通过所述运放模块的自适应调整流经外部LED灯串的电流，进而实现恒流控制；

所述电流采样模块的一端连接所述功率管的源端，另一端通过第二外接端口接地，所述电流采样模块对流过所述功率管的电流进行采样，并转化为电流采样电压；

所述稳压电源模块连接于所述第一外接端口，从所述第一外接端口获取电能并产生所述LED两端恒流驱动芯片的电源电压；

所述基准电压模块连接于所述稳压电源模块，用于产生参考电压；

所述运放模块的输入端分别连接所述电流采样模块及所述基准电压模块，输出端连接所述功率管的栅端，通过自适应调整实现所述运放模块的两个输入端的电压相等；

所述温度补偿模块连接于所述电流采样模块与所述运放模块之间，或连接于所述基准电压模块的输入端，通过对所述LED两端恒流驱动芯片所处环境的温度进行检测得到补偿电压，并将所述补偿电压加载到所述采样点压或所述参考电压上，以调整流经外部LED灯串的电流。

优选地，所述温度补偿模块包括：第一温度检测单元、电压补偿单元；

所述第一温度检测单元对所述LED两端恒流驱动芯片所处环境的温度进行检测，并产生温度变化量；

所述电压补偿单元将所述温度变化量转化为相应的电压信号，得到所述补偿电压。

更优选地，所述第一温度检测单元将所述LED两端恒流驱动芯片所处环境的温度与温度检测器件的结温进行比较以得到温度变化量。

更优选地，所述温度检测器件包括热敏二极管、热敏电阻、热敏三极管。

优选地，所述LED两端恒流驱动芯片还包括：连接于所述功率管栅端的高温保护模块，所述高温保护模块包括第二温度检测单元及下拉管；

所述第二温度检测单元对所述LED两端恒流驱动芯片所处环境的温度进行检测，当所述LED两端恒流驱动芯片所处环境的温度影响各半导体器件的正常工作状态时，输出一保护信号；

所述下拉管连接于所述第二温度检测单元的输出端，当所述保护信号起效时将所述功率管的栅端电压拉低，进而关断所述功率管。

更优选地，所述下拉管为NMOS器件，所述下拉管的栅端连接所述第二温度检测单元、漏端连接所述功率管的栅端、源端接地。

优选地，所述LED两端恒流驱动芯片还包括连接于所述基准电压模块输入端的微调模块，所述微调模块包括多个并联的微调单元，各微调单元包括串联的电阻与熔断丝，通过对不同熔断丝的烧断实现不同电阻值的输出，以对所述基准电压模块输出的参考电压进行调整，进而实现对输出电流的微调。

优选地，所述LED两端恒流驱动芯片采用TO-252封装或COB封装。

如上所述，本实用新型的LED两端恒流驱动芯片，具有以下有益效果：

本实用新型的LED两端恒流驱动芯片的电源系统结构简单，无需外围器件就可以实现优秀的恒流特性，具有工作电压低，工作电流小，功耗少、体积小、成本低等优点。

此外，由于只有两个PIN脚，且无需外围器件，因此适用于TO-252封装、COB封装或者作为两端器件和LED芯片一起做多芯片封装。同时本实用新型的LED两端恒流驱动芯片还集成了温度补偿功能，能对与该芯片一起封装的其他芯片进行温度保护，进而改善系统整体的温度特性。

附图说明

图1显示为现有技术中的LED恒流控制驱动系统的示意图。

图2显示为本实用新型的LED两端恒流驱动芯片的一种结构示意图。

图3显示为本实用新型的温度补偿模块的结构示意图。

图4显示为本实用新型的LED两端恒流驱动芯片的另一种结构示意图。

图5显示为本实用新型的LED两端恒流驱动芯片应用于LED控制系统的示意图。

元件标号说明

1 LED两端恒流驱动芯片

11 电流采样模块

12 稳压电源模块

13 基准电压模块

14 运放模块

15 温度补偿模块

151 第一温度检测单元

152 电压补偿单元

16 高温保护模块

161 第二温度检测单元

17 微调模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本实用新型提供一种LED两端恒流驱动芯片1，所述LED两端恒流驱动芯片1包括：

功率管M1、电流采样模块11、稳压电源模块12、基准电压模块13、运放模块14、温度补偿模块15、高温保护模块16以及微调模块17。

如图2所示，所述功率管M1的漏端作为第一外接端口连接外部LED灯串，栅端连接所述运放模块14的输出端，通过所述运放模块14的自适应调整流经外部LED灯串的电流，进而实现恒流控制。

具体地，如图2所示，所述功率管M1为NMOS器件，其漏端作为第一外接端口，在本实施例中，所述第一外接端口为所述LED两端恒流驱动芯片1的驱动输出脚DRAIN，连接外部LED灯串的负端，同时为所述LED两端恒流驱动芯片1供电。所述功率管M1受所述运放模块14输出的电压控制，通过调整所述功率管M1的门电压来控制流经所述功率管M1的电流，进而实现对外部LED灯串的恒流控制。

如图2所示，所述电流采样模块11的一端连接所述功率管M1的源端，另一端通过第二外接端口接地，所述电流采样模块11对流过所述功率管M1的电流进行采样，并转化为电流采样电压Vcs。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述电流采样模块11为一电阻，通过流经所述功率管M1的电流在电阻上的压降反映流经所述功率管M1的电流，进而以电流采样电压Vcs的形式反馈流经外部LED灯串的电流的大小。在本实施例中，所述第二外接端口为所述LED两端恒流驱动芯片1的系统接地脚GND，提供参考地。

如图2所示，所述稳压电源模块12连接于所述第一外接端口，从所述第一外接端口获取电能并产生所述LED两端恒流驱动芯片1的电源电压Vdd。

具体地，如图2所示，所述稳压电源模块12从所述LED两端恒流驱动芯片1的驱动输出脚DRAIN获取电能，进而产生所述LED两端恒流驱动芯片1的电源电压Vdd，为所述LED两端恒流驱动芯片1中的各模块提供工作电压，无需芯片外部储能元件。在本实施例中，所述稳压电源模块12采用低压差线性稳压器(LDO，low dropout regulator)实现，在实际使用中，所述稳压电源模块12可采用任意结构的稳压电路以产生电源电压Vdd，不以本实施例为限。

如图2所示，所述基准电压模块13连接于所述稳压电源模块12，用于产生参考电压Vref。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述基准电压模块13采用带隙基准电路(Bandgap)产生相应的参考电压，在实际使用中，任意现有技术中的参考电压生成电路结构均适用于本实用新型的基准电压模块13，不以本实施例为限。

如图2所示，所述温度补偿模块15连接于所述电流采样模块11的输出端，通过对所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度进行检测得到补偿电压，并将所述补偿电压加载到所述采样点压上，以调整流经外部LED灯串的电流。

具体地，如图3所示，所述温度补偿模块15包括第一温度检测单元151及电压补偿单元152。所述第一温度检测单元151对所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度进行检测，将所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度与温度检测器件的结温进行比较以得到温度变化量，在本实施例中，温度变化量以电流形式输出。所述温度检测器件为热敏感器件，包括但不限于热敏二极管、热敏电阻、热敏三极管等。所述电压补偿单元152将所述温度变化量转化为相应的电压信号，得到所述补偿电压Vcomp。所述补偿电压Vcomp被加载到所述电流采样电压Vcs上并输出。在本实施例中，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度高于所述温度检测器件的结温时，所述温度补偿模块15输出补偿电压Vcomp，所述补偿电压Vcomp与所述电流采样电压Vcs以设定关系相加，使得所述电流采样电压Vcs增大。

如图2所示，所述运放模块14的输入端分别连接所述基准电压模块13及所述温度补偿模块15，输出端连接所述功率管M1的栅端，产生控制所述功率管M1的驱动信号。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述运放模块14采用运算放大器实现，任意其他能实现“虚短”功能的电路结构均适用于本实用新型的运放模块14，不以本实施例为限。在本实施例中，所述运算放大器的反相输入端连接所述温度补偿模块15、正相输入端连接所述基准电压模块13，输出端连接所述率开关管M1的栅端，通过自适应调整实现反相输入端与正相输入端接收到的电压值相等，在本实施例中，即所述参考电压Vref等于所述补偿电压Vcomp与所述采样电压Vcs的和。所述运算放大器的反相端、正相端与各信号的连接关系，以及输出电平的逻辑关系可根据实际电路做调整，本领域的技术人员在理解本实用新型的基础上可作出相应的调整，不以本实施例为限。

如图2所示，所述高温保护模块16连接于所述功率管M1的栅端，实时检测所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度影响各半导体器件的正常工作状态时，所述高温保护模块16直接关断所述功率管M1，对各器件进行高温保护。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述高温保护模块16包括第二温度检测单元161及下拉管M2。所述第二温度检测单元161对所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度进行检测，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度高于设定温度时，输出一保护信号。所述下拉管M2连接于所述第二温度检测单元161的输出端，接收所述保护信号，当所述保护信号起效时将所述功率管M1的栅端电压拉低，进而关断所述功率管M1。在本实施例中，所述下拉管M2采用NMOS器件，其栅端连接所述第二温度检测单元161、漏端连接所述功率管M1的栅端、源端接地，当所述保护信号为高电平时起效，所述下拉管M2导通，所述功率管M1的栅端电压直接被下拉至参考地。所述下拉管M2也可以采用PMOS器件实现，仅需要对所述保护信号的逻辑电平进行修改，不以本实施例的电路结构及逻辑电平为限。

如图2所示，所述微调模块17连接于所述基准电压模块13的输入端，通过对所述参考电压Vref的调整实现对所述LED两端恒流驱动芯片1输出电流的微调，以弥补各种工艺误差导致的输出电流的偏差，使得输出电流接近于设定的恒流输出值。

具体地，在本实施例中，所述微调模块17包括多个并联的微调单元，各微调单元包括串联的电阻与熔断丝，各微调单元中的电阻阻值呈比例关系。通过对不同熔断丝的烧断实现不同电阻值的输出。

所述LED两端恒流驱动芯片1采用TO-252封装或COB封装，可大大减小生产成本。

本实用新型的LED两端恒流驱动芯片1内部集成了电源、恒流控制、温度补偿、高温保护、微调等功能模块，功能齐全，性能稳定。其中，本实用新型的LED两端恒流驱动芯片1的电源系统结构简单，无需外围器件就可以实现优秀的恒流特性，具有工作电压低，工作电流小，功耗少、体积小、成本低等优点；同时，本实用新型的LED两端恒流驱动芯片通过集成的温度补偿模块，对与该芯片一起封装的其他芯片进行温度保护，进而改善系统整体的温度特性。此外，由于只有两个PIN脚，且无需外围器件，因此适用于TO-252封装、COB封装或者作为两端器件和LED芯片一起做多芯片封装。

实施例二

如图4所示，本实用新型提供一种LED两端恒流驱动芯片1，所述LED两端恒流驱动芯片1包括：功率管M1、电流采样模块11、稳压电源模块12、基准电压模块13、运放模块14温度补偿模块15、高温保护模块16以及微调模块17。

本实施例的LED两端恒流驱动芯片与实施例一中的LED两端恒流驱动芯片不同之处在于，所述温度补偿模块15连接于所述基准电压模块13的输入端，通过对所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度进行检测得到补偿电压Vcomp，并将所述补偿电压Vcomp加载到所述参考电压上，以调整流经外部LED灯串的电流。

具体地，如图4所示，所述电流采样模块11直接连接于所述运放模块14。所述温度补偿模块15连接于所述基准电压模块13的输入端。具体地，如图3所示，所述温度补偿模块15的电路结构参见图3，在此不一一赘述。在本实施例中，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度高于所述温度检测器件的结温时，所述温度补偿模块15输出补偿电压Vcomp，所述补偿电压Vcomp与所述参考电压Vref以设定关系相减，使得所述参考电压Vref减小。所述运算放大器的反相端连接所述电流采样模块11、正相输入端连接所述基准电压模块13，输出端连接所述率开关管M1的栅端，通过自适应调整实现反相输入端与正相输入端接收到的电压值相等，在本实施例中，即所述参考电压Vref与所述补偿电压Vcomp的差等于所述采样电压Vcs。所述运算放大器的反相端、正相端与各信号的连接关系，以及输出电平的逻辑关系可根据实际电路做调整，本领域的技术人员在理解本实用新型的基础上可作出相应的调整，不以本实施例为限。

上述LED两端恒流驱动芯片1的恒流驱动方法如下：

如图5所示，220V交流电压通过整流桥后输入到LED灯串的正端，所述LED灯串的负端连接所述LED两端恒流驱动芯片1的驱动输出脚DRAIN，所述LED两端恒流驱动芯片1的系统接地脚GND连接参考地。

如图2～图5所示，所述恒流驱动方法至少包括：

初始状态，所述功率管M1处于导通状态，随着输入电压的升高，所述第一外接端口的电压升高，所述LED两端恒流驱动芯片1进入工作状态。

具体地，随着所述输入电压的升高，所述LED灯串开始导通，电流流过所述LED灯串，并通过所述LED两端恒流驱动芯片1的第一外接端口为所述LED两端恒流驱动芯片1提供电能。当所述稳压电源模块12产生电源电压Vdd时，所述LED两端恒流驱动芯片1中各模块开始工作。

所述电流采样模块11对流过所述功率管M1的电流进行采样，并将电流采样电压Vcs输入到运放模块14的第一输入端。所述基准电压模块13产生参考电压Vref，并将所述参考电压Vref输入Vref到所述运放模块14的第二输入端。

具体地，在本实施例中，所述运放模块14的第一输入端为反相输入端，第二输入端为正相输入端。所述运放模块14实现“虚短”功能，通过自适应调整实现反相输入端与正相输入端接收到的电压值相等。

具体地，所述运放模块14的反相端、正相端与各信号的连接关系，以及输出电平的逻辑关系可根据实际电路做调整，本领域的技术人员在理解本实用新型的基础上可作出相应的调整，不以本实施例为限。

同时，所述温度补偿模块15检测所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度大于设定温度时，减小流经所述功率管M1的电流，进而实现温度补偿。所述设定温度可由本领域技术人员根据实际需要进行设定，在此不一一限定。

具体地，所述第一温度检测单元151对所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度进行检测，将所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度与温度检测器件的结温进行比较以得到温度变化量，并以电流形式输出；所述电压补偿单元152将所述温度变化量转化为相应的电压信号，得到所述补偿电压Vcomp。

在本实施例中，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度高于135℃时，所述补偿电压Vcomp与所述电流采样电压Vcs以设定关系相加，使得所述电流采样电压Vcs增大，使得所述运放模块14的输出结果发生变化，进而使流经所述LED灯串的电流按照设定曲线减小。或者，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度高于135℃时，所述补偿电压Vcomp与所述电流采样电压Vcs以设定关系相减，使得所述参考电压Vref减小，使得所述运放模块14的输出结果发生变化，进而使流经所述LED灯串的电流按照设定曲线减小。同理，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度接近155℃时，使流经所述LED灯串的电流快速下降到0，通过该温度补偿功能可以避免LED因为环境温度高，造成的温度频繁保护引起的闪烁现象。

进一步，所述高温保护模块16实时检测所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度，当所述LED两端恒流驱动芯片1所处环境的温度影响各半导体器件的正常工作状态时，所述高温保护模块16直接关断所述功率管M1，对各器件进行高温保护。

进一步，根据流经所述功率管M1的实际电流，熔断所述微调模块17中不同的熔断丝，实现对流经所述功率管M1的电流的微调。

综上所述，本实用新型提供一种LED两端恒流驱动芯片，包括功率管；得到电流采样电压的电流采样模块；提供电源电压的稳压电源模块；产生参考电压的基准电压模块；对电流采样电压及参考电压进行比较以控制输出电流的运放模块；以及当环境温度高于设定温度时进行保护的温度补偿模块。初始状态，功率管处于导通状态，电流采样模块对流过所述功率管的电流进行采样，得到电流采样电压；基准电压模块产生参考电压；运放模块通过自适应调整流过所述功率管的电流实现所述基准电压与所述电流采样电压相等，进而实现恒流输出；同时，检测环境温度，当环境温度大于设定温度时，减小流经功率管的电流，进而实现温度补偿。本实用新型的LED两端恒流驱动芯片的电源系统结构简单，无需外围器件就可以实现优秀的恒流特性，具有工作电压低，工作电流小，功耗少、体积小、成本低等优点。此外，由于只有两个PIN脚，且无需外围器件，因此适用于TO-252封装、COB封装或者作为两端器件和LED芯片一起做多芯片封装。同时本实用新型的LED两端恒流驱动芯片还集成了温度补偿功能，能对与该芯片一起封装的其他芯片进行温度保护，进而改善系统整体的温度特性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。