一种LED驱动芯片的制作方法

本发明涉及一种集成电路芯片，尤其涉及一种led驱动芯片。

背景技术：

随着led驱动技术的日益成熟，在保证性能的前提下，降低成本成为了业界追逐的目标；对于系统来说，降低芯片成本或者减少外围器件，都可以降低系统成本，所以越来越少的外围元器件成了led驱动的发展方向。

图1示出了现有技术中的一种buck型led驱动电路，其包括：由二极管d1-d4构成的整流桥、输入电容cin、续流二极管d5、输出电容cout输出假负载r1、led负载、电感l、功率mos管q1、采样电阻rcs、稳压电容cvcc和驱动芯片10(即，控制器)，其中，驱动芯片10具有5个引脚：引脚gate、hv、cs、gnd和vcc。

如图2所示，上述驱动芯片10具体包括：高压供电模块101、cs峰值检测比较器cmp、退磁检测模块102、逻辑模块103和驱动模块104，其中，高压供电模块101用于将输入线电压的高压hv降为芯片内部器件可以直接处理的供电电压vcc，同时考虑到供电电压vcc往往也是一个比较高的电压，不能被低压器件直接使用，因此，往往会再经过降压到一个内部低压器件可以直接使用的工作电压vdda，即，高压供电模块101通过高压hv产生供电电压vcc和工作电压vdda，以供芯片正常工作使用；cs峰值检测比较器cmp用于在电压vcs达到基准电压阈值vref时产生功率管关断信号；退磁检测模块102在电感退磁结束时产生功率管开启信号；逻辑模块103用于将功率管开启信号与功率管关断信号整合产生功率管开关控制信号；驱动模块104用于增加对功率mos管q1的驱动能力。

如图3所述，在上述高压供电模块101中，场效应管jfet的漏极接收高压hv，并将其降低到场效应管jfet的夹断电压，然后该电压经过开关管m1输出到引脚vcc，且产生的供电电压vcc在经过降压处理后得到工作电压vdda；开关管m2的栅极为用于控制开关管m1是否开启的充电控制信号chgctr。如图4所示，上述的驱动模块104由供电电压vcc直接供电，其包括：两个串联的反向器n1、n2，以用于逐级增大其驱动能力。从图3、图4可以看出，在功率mos管q1开启的瞬间，驱动模块104的最后一级pmos管pm1开启，由此从供电端(vcc)拉电流给功率mos管q1的栅极电容充电，从而将供电电压vcc下拉；此时，如果引脚vcc无外接电容，那么供电电压vcc将被拉到一个很低的电压，低于工作电压vdda，这就导致工作电压vdda同样被拉低，从而导致芯片内部电路工作不正常。

鉴于上述情况，为了使供电电压vcc在功率mos管的开关瞬间保持在一个比较小的范围内波动，从而避免芯片内部的电路或者逻辑出现异常状态，往往在引脚vcc外加一个比较大的稳压电容，即图1中的稳压电容cvcc。然而，所需的引脚vcc引脚会增加芯片自身的成本，同时与引脚vcc相连的大的稳压电容也会增加印制电路板的成本。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种led驱动芯片，以在节省引脚vcc与引脚vcc外围的稳压电容的前提下保证led驱动芯片的正常工作，从而降低芯片及系统成本。

本发明所述的一种led驱动芯片，其具有引脚hv和引脚gate，并包括：高压供电模块、逻辑模块和驱动模块，其中，

所述高压供电模块包括：场效应管，其漏极连接至所述引脚hv，其栅极通过一低压差线性稳压单元与地连接，其源极向所述驱动模块输出一供电电压，并且与所述低压差线性稳压单元连接；以及第五开关管，其漏极与所述场效应管的源极连接，其栅极通过一第二级稳压通路与地连接，其源极输出一工作电压；

所述驱动模块包括：依次串联至地的第六开关管、第八开关管和第四电阻、依次串联至地的第七开关管、第四稳压管、第五稳压管和第九开关管、相互串联至地的第十三开关管和第十五开关管、与所述第十三开关管并联且依次串联的第十二开关管、第七稳压管和第十一开关管、与所述第十三开关管并联且相互串联的第五电阻和第十开关管、与所述第十一开关管并联的第六稳压管，以及与相互连接的所述第十一开关管和第十五开关管并联的第十四开关管，其中，所述第六开关管与第七开关管连接，所述第十二开关管与第十三开关管连接，所述第八开关管和第十开关管的栅极接收所述逻辑模块输出的功率管开关控制信号，所述第十四开关管与第十五开关管的栅极相连并接收所述功率管开关控制信号的反向信号；所述第十三开关管的漏极连接至所述引脚gate。

在上述的led驱动芯片中，所述低压差线性稳压单元包括：连接在所述场效应管的源极与地之间的第一级稳压通路以及与所述第一级稳压通路并联且相互串联的第二电阻和第二开关管。

在上述的led驱动芯片中，所述第一级稳压通路包括：依次连接的第一电阻、第一稳压管、第二稳压管以及第一开关管

在上述的led驱动芯片中，所述第一电阻的一端与所述场效应管的源极连接，其另一端与所述第一稳压管的负极连接；所述第一稳压管的正极与所述第二稳压管的负极连接；所述第一开关管的漏极与其栅极相连至所述第二稳压管的正极，其源极接地，其栅极与所述第二开关管的栅极连接；所述第二电阻的一端与所述第一电阻的一端相连至所述场效应管的源极，其另一端分别与所述第二开关管的漏极以及所述场效应管的栅极连接，所述第二开关管的源极接地。

在上述的led驱动芯片中，所述第二级稳压通路包括：依次连接的第四开关管、第三电阻、第三稳压管以及第三开关管。

在上述的led驱动芯片中，所述第四开关管的漏极与所述场效应管的源极连接，其栅极与所述第一电阻的另一端连接，其源极与所述第三电阻的一端连接；所述第三电阻的另一端分别与所述第三稳压管的负极以及所述第五开关管的栅极连接；所述第三开关管的漏极与其栅极相连至所述第三稳压管的正极；所述第三开关管的源极接地。

在上述的led驱动芯片中，所述第六开关管的源极接收所述供电电压、其栅极与其漏极相连至所述第八开关管的漏极；所述第八开关管的源极与所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端接地。

在上述的led驱动芯片中，所述第七开关管的源极接收所述供电电压，其栅极与所述第六开关管的栅极连接，其漏极与所述第四稳压管的负极连接；所述第四稳压管的正极与所述第五稳压管的负极连接；所述第九开关管的漏极与栅极相连至所述第五稳压管的正极，其源极接地。

在上述的led驱动芯片中，所述第十三开关管的源极接收所述供电电压；所述第十五开关管的漏极与所述第十三开关管的漏极连接，其源极接地；所述第五电阻的一端接收所述供电电压，其另一端与所述第十开关管的漏极连接；所述第十开关管m10的源极与所述第十五开关管的漏极连接。

在上述的led驱动芯片中，所述第十二开关管的源极接收供电电压，其栅极与其漏极相连至所述第十三开关管的栅极；所述第七稳压管的负极与所述第十二开关管的漏极连接，其正极与所述第十一开关管的漏极连接；所述第十一开关管的漏极与所述第十五开关管的漏极连接，其栅极与所述第七开关管的漏极连接；所述第六稳压管的负极与所述第十一开关管的栅极连接，其正极与所述第十五开关管的漏极连接；所述第十四开关管的漏极与第十一开关管的栅极连接，其源极接地。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过对芯片内部的对高压供电与驱动模块进行改进，并使两者协同作用，从而在芯片外部的功率mos管开启时，芯片内部产生的供电电压vcc不会被拉到很低压，且其内部的工作电压vdda还能保持稳定，由此在现有led驱动方案的基础上减少芯片引脚vcc，同时省去外部的稳压电容，从而有效降低芯片及印制电路板的成本。

附图说明

图1是现有技术中一种buck型led驱动电路的结构示意图；

图2示出了图1中驱动芯片的内部结构示意图；

图3是图2中高压供电模块的电路图；

图4是图2中驱动模块的电路图；

图5是采用本发明一种led驱动芯片实现的buck型led驱动电路的结构示意图；

图6是本发明一种led驱动芯片中高压供电模块的电路图；

图7是本发明一种led驱动芯片中驱动模块的电路图；

图8示出了外部功率mos管的开关状态对本发明一种led驱动芯片的供电电压vcc以及工作电压vdda的影响。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

图5示出了采用本发明，即一种led驱动芯片实现的buck型led驱动电路的结构示意图，其中，led驱动芯片的外围电路结构基本与图1所示的现有技术中一种buck型led驱动电路相同，区别在于，图5中的电路相较于图1省去了连接在led驱动芯片的引脚vcc和gnd之间的稳压电容cvcc。具体来说，本发明的一种led驱动芯片，其省去了引脚vcc，而仅具有引脚hv、gate、cs和gnd；与现有的led驱动芯片一样，如图2所示，该芯片内部包括：高压供电模块101、退磁检测模块102、逻辑模块103、驱动模块104和cs峰值检测比较器cmp，其中，退磁检测模块102、逻辑模块103和cs峰值检测比较器cmp的功能均与图1、2所示的现有的led驱动芯片中的作用原理相同，故此处不再赘述；然而，与现有的led驱动芯片不同的是，其中：

如图6所示，高压供电模块101具体包括：

场效应管jfet，其漏极连接至引脚hv，以接收外部输入的高压hv，其栅极通过低压差线性稳压单元1与地连接，其源极输出供电电压vcc，并且与低压差线性稳压单元1连接；以及

第五开关管m5，其漏极与场效应管jfet的源极连接，其栅极通过第二级稳压通路3与地连接，其源极输出工作电压vdda；

在高压供电模块101中，低压差线性稳压单元1包括：连接在场效应管jfet的源极与地之间的第一级稳压通路2以及与第一级稳压通路2并联且相互串联的第二电阻r2和第二开关管m2，其中，第一级稳压通路2包括：依次连接的第一电阻r1、第一稳压管dz1、第二稳压管dz2以及第一开关管m1；具体来说：第一电阻r1的一端与场效应管jfet的源极连接，其另一端与第一稳压管dz1的负极连接；第一稳压管dz1的正极与第二稳压管dz2的负极连接；第一开关管m1的漏极与其栅极相连至第二稳压管dz2的正极，其源极接地，其栅极与第二开关管m2的栅极连接；第二电阻r2的一端与第一电阻r1的一端相连至场效应管jfet的源极，其另一端分别与第二开关管m2的漏极以及场效应管jfet的栅极连接，第二开关管m2的源极接地；

高压供电模块101中的第二级稳压通路3包括：依次连接的第四开关管m4、第三电阻r3、第三稳压管dz3以及第三开关管m3，其中，第四开关管m4的漏极与场效应管jfet的源极连接，其栅极与第一电阻r1的另一端连接，其源极与第三电阻r3的一端连接；第三电阻r3的另一端分别与第三稳压管dz3的负极以及第五开关管m5的栅极连接；第三开关管m3的漏极与其栅极相连至第三稳压管dz3的正极；第三开关管m3的源极接地。

如图7所示，驱动模块104由高压供电模块101输出的供电电压vcc供电，其具体包括：依次串联的第六开关管m6、第八开关管m8和第四电阻r4、依次串联的第七开关管m7、第四稳压管dz4、第五稳压管dz5和第九开关管m9、相互串联的第十三开关管m13和第十五开关管m15、与第十三开关管m13并联且依次串联的第十二开关管m12、第七稳压管dz7和第十一开关管m11、与第十三开关管m13并联且相互串联的第五电阻r5和第十开关管m10、与第十一开关管m11并联的第六稳压管dz6，以及与相互连接的第十一开关管m11和第十五开关管m15并联的第十四开关管m14，其中：

第六开关管m6的源极接收供电电压vcc、其栅极与其漏极相连至第八开关管m8的漏极；第八开关管m8的栅极接收逻辑模块103输出的功率管开关控制信号swon，其源极与第四电阻r4的一端连接；第四电阻r4的另一端接地；

第七开关管m7的源极接收供电电压vcc，其栅极与第六开关管m6的栅极连接(事实上，第六开关管m6与第七开关管m7组成第一电流镜，流过两者的电流比例为1：a)，其漏极与第四稳压管dz4的负极连接；第四稳压管dz4的正极与第五稳压管dz5的负极连接；第九开关管m9的漏极与栅极相连至第五稳压管dz5的正极，其源极接地；

第十三开关管m13的源极接收供电电压vcc，其漏极与引脚gate连接，以向外部的功率mos管q1的栅极输出驱动电压；第十五开关管m15的漏极与第十三开关管m13的漏极连接，其栅极接收逻辑模块103输出的功率管开关控制信号swon的反向信号swoff，其源极接地；

第十二开关管m12的源极接收供电电压vcc，其栅极与其漏极相连至第十三开关管m13的栅极(事实上，第十二开关管m12与第十三开关管m13组成第二电流镜，流过两者的电流比例为1：b)；第七稳压管dz7的负极与第十二开关管m12的漏极连接，其正极与第十一开关管m11的漏极连接；第十一开关管m11的漏极与第十五开关管m15的漏极连接，其栅极与第七开关管m7的漏极连接；

第五电阻r5的一端接收供电电压vcc，其另一端与第十开关管m10的漏极连接；第十开关管m10的栅极接收逻辑模块103输出的功率管开关控制信号swon，其源极与第十五开关管m15的漏极连接；

第六稳压管dz6的负极与第十一开关管m11的栅极连接，其正极与第十五开关管m15的漏极连接；

第十四开关管m14的漏极与第十一开关管m11的栅极连接，其栅极与第十五开关管m15的栅极连接，其源极接地。

下面结合图8对上述电路的工作原理进行详细说明。

在高压供电模块101中，场效应管jfet用于将高压hv降压为供电电压vcc，以对驱动模块104供电；低压差线性稳压单元1用于使场效应管jfet的供电能力大于场效应管jfet的栅极接地时的电流能力。

对于第一级稳压通路2而言，当供电电压vcc高于vgs_m1+2*bv时，第四开关管m4的栅极电压为vgate_m4＝vgs_m1+2*bv，其中，vgs_m1为第一开关管m1的栅源电压，bv为第一、第二稳压管dz1、dz2的反向击穿电压，bv约为6v，此时，流过第一级稳压通路2的电流为ib1＝(vcc-vgs_m1-2*bv)/r1；当供电电压vcc小于vgs_m1+2*bv时，该第一级稳压通路2不导通，此时，第四开关管m4的栅极电压为vgate_m4＝vcc。

对于第二级稳压通路3而言，当第四开关管m4的栅极电压vgate_m4大于vgs_m4+bv+vgs_m3时，流经第二级稳压通路3的电流为ib2＝(vgate_m4-vgs_m4-bv-vgs_m3)/r3，其中，vgs_m4为第四开关管m4的栅源电压，vgs_m3为第三开关管m3的栅源电压，bv为第三稳压管dz3的反向击穿电压(其与第一、第二稳压管dz1、dz2的反向击穿电压相同)，此时，第五开关管m5的栅极电压vgate_m5为vgate_m5＝bv+vgs_m3；当第四开关管m4的栅极电压vgate_m4小于vgs_m4+bv+vgs_m3时，该第二级稳压通路3不导通，此时，第五开关管m5的栅极电压为vgate_m5＝vgate_m4＝vcc；

第五开关管m5的源极输出的工作电压vdda为led驱动芯片内部模块工作所采用的电源，该工作电压vdda＝vgate_m5-vgs_m5，其中，vgate_m5为第五开关管m5的栅极电压，vgs_m5为第五开关管m5的栅源电压；高压供电模块101正常工作时，工作电压vdda＝vgate_m5-vgs_m5＝bv+vgs_m3-vgs_m5≈bv。

对于驱动模块104而言，当其正常工作时，在外部的功率mos管q1从关断状态切换到导通时，逻辑模块103输出的功率管开关控制信号swon＝1，其反向信号swoff＝0，其中，信号swon与swoff为数字逻辑信号，高电平为vdda，低电平为0；此时，第八开关管m8导通，流经第六开关管m6的电流ib3＝(vdda-vgs_m8)/r4，流过第七开关管m7的电流ib4＝a*ib3，其中，vgs_m8为第八开关管m8的栅源电压，a为流经第七开关管m7与第六开关管m6的电流比值；由于有第六稳压管dz6的存在，此时第十一开关管m11的栅极电压被第六稳压管dz6钳位，因此第十一开关管m11的栅极电压vgate_m11＝bv+vgate，其中，bv为第六稳压管dz6的反向击穿电压，vgate为引脚gate处产生的电压，即，第十三开关管m13的漏极向外部的功率mos管q1的栅极的驱动电压；此时，第四、第五稳压管dz4与dz5不导通，流经第七开关管m7的电流都流经第六稳压管dz6；此时，第十一开关管m11导通，第十二开关管m12的栅源电压vgs_m12＝vcc-bv-vds_m11-vgate，其中，vds_m11为第十一开关管m11的漏源电压，流经第十二开关管m12的电流约为ib5＝1/2*ucox*w/l(vgs_m12-vth_m12)²，其中，u为载流子迁移率，cox为栅氧单位面积电容量，w为沟道宽度，l为沟道长度，vth_m12为第十二开关管m12的阈值电压，流经第十三开关管m13的电流为ib6＝b*ib5，其中b为流经第十三开关管m12与第十二开关管m12的电流比值；另外，功率管开关控制信号swon同时会开启第十开关管m10，使得流经第五电阻r5的电流为ib7＝(vcc-vds_m10-vgate)/r5，其中，vds_m10为第十开关管m10的漏源电压。

在外部的功率mos管q1从关断状态切换到导通的瞬间，上述电流ib4、ib5、ib6、ib7都流往引脚gate，该引脚gate由于外接功率mos管q1，等效为一个电容，这四路电流会使得电压vgate从0开始变大；随着电压vgate逐渐变大，电流ib5、ib6、ib7逐渐变小直到0；流经第六稳压管dz6的电流在电压vgate达到bv+vgs_m9时也变为0，第四、第五稳压管dz4与dz5导通，其中vgs_m9为第九开关管的栅源电压。

在功率mos管q1的开启瞬间(即，功率管开关控制信号swon的上升沿)，电流ib6、ib7为主要的驱动电流，该电流比较大，会将高压供电模块101产生的供电电压vcc瞬间拉低，但是在供电电压vcc低于vgs_m12+bv时，电流ib6已经降为0，此时驱动电流将仅由电流ib4、ib5提供，这就大大降低了驱动电流，使得供电电压vcc不会继续往下降，从而使供电电压vcc的最小值为vgs_m12+bv。

当供电电压vcc在最小值vcc＝vgs_m12+bv时，高压供电模块101中的第一级稳压通路2不导通，第二级稳压通路3处于临界导通，此时的工作电压vdda电压仍旧有vdda＝bv。

当功率mos管q1从导通状态切换到关断状态时，功率管开关控制信号swon＝0，其反向信号swoff＝1，第十四开关管m14将第十一开关管m11的栅极拉为低电压，第十一开关管m11关断，第十二、第十三开关管m12、m13关断；此时，第十五开关管m15将电压vgate也拉为0，该动作并不会对供电电压vcc有大的影响，因此，工作电压vdda保持不变(如图8所示)。

由此，保证了在驱动模块104正常工作的时候并不会对工作电压vdda有比较大的影响，从而保证了驱动芯片的其他模块的正常工作。

综上所述，本发明在传统的led驱动基础上对高压供电与驱动模块进行改进，并使两者协同作用，从而实现了省去芯片引脚vcc与外接稳压电容的目的，由此简化了外围应用，减小了芯片及系统的成本。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。