一种LED驱动电路及多路LED发光系统的制作方法

本实用新型涉及LED(Light Emitting Diode，发光二极管)驱动技术领域，更为具体的说，涉及一种LED驱动电路及多路LED发光系统。

背景技术：

LED具有耗电量少、寿命长、无污染、色彩丰富、可控性强等特点，是光产业的一次革命。随着LED的发展，越来越多的LED产品涌入市场，如LED应用的照明产品和显示装置等。其中，LED的电子驱动电路是LED产品中一个不可缺少的组成部分。

LED应用于显示装置中时主要设置于显示装置的背光结构中，在红色LED、黄色LED和蓝色LED的混色应用中，需要LED驱动电路能够给出精度足够高的驱动电流传输至LED，进而红色LED、黄色LED和蓝色LED能够通过精准的发光亮度混合出准确的颜色，但是，现有的LED驱动电路由于受LED接入电源的影响和LED本身导通压降的影响，其生成的驱动电流精度较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种LED驱动电路及多路LED发光系统，LED驱动电路通过镜像驱动模块的负载端为LED的阴极提供的驱动电流精度高，且不受LED的阳极连接的阳极电源端和LED本身导通压降的影响。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种LED驱动电路，包括：

第一电流源、N型传输晶体管、N型镜像晶体管、第一运算放大器、镜像驱动模块和钳位模块；

所述第一电流源输出端与所述N型传输晶体管的漏极和所述N型镜像晶体管的栅极均相连，所述N型传输晶体管的栅极与所述第一运算放大器的输出端相连，所述N型传输晶体管的源极与所述N型镜像晶体管的漏极和所述第一运算放大器的负相端均相连，所述N型镜像晶体管的源极连接接地端；

所述镜像驱动模块用于镜像所述N型镜像晶体管的电流至预设倍数后，通过所述镜像驱动模块的负载端传输至LED的阴极，所述LED的阳极连接阳极电源端，所述镜像驱动模块的负载端与所述第一运算放大器的同相端相连；

以及，所述钳位模块用于将所述镜像驱动模块的负载端的电压钳位至预设电压，且所述预设电压不大于所述N型镜像晶体管的漏极处的上限电压。

可选的，所述钳位模块包括：

第二电流源、第二运算放大器、N型钳位晶体管和限流元件；

所述第二电流源的输出端与所述第二运算放大器的同相端和所述限流元件的输入端均相连，所述第二运算放大器的输出端与其负相端和所述N型钳位晶体管的栅极均相连，所述限流元件的输出端连接接地端；

以及，所述N型钳位晶体管的漏极连接所述LED的阴极，所述N型钳位晶体管的源极连接所述镜像驱动模块的负载端。

可选的，所述限流元件为二极管、呈二极管连接方式的N型晶体管或电阻。

可选的，所述第一电流源包括：

电流基准源和第一镜像源，所述第一镜像源用于镜像所述电流基准源输出的基准电流至一定倍数后输出；

所述第一镜像源的输出端与所述N型传输晶体管的漏极相连。

可选的，所述第二电流源为第二镜像源，所述第二镜像源用于镜像所述电流基准源输出的基准电流至一定倍数后输出。

可选的，所述电流基准源包括：第一P型晶体管和第二P型晶体管，所述第一镜像源包括：第三P晶体管和第四P型晶体管；

所述第一P型晶体管的源极和所述第三P型晶体管的源极均连接供电电源端；

所述第一P型晶体管的栅极和所述第三P型晶体管的栅极相连，且所述第一P型晶体管的栅极与所述第二P型晶体管的漏极相连；

所述第一P型晶体管的漏极与所述第二P型晶体管的源极相连，所述第二P型晶体管的漏极连接接地端，所述第二P型晶体管的栅极与所述第四P型晶体管的栅极相连；

以及，所述第三P型晶体管的漏极与所述第四P型晶体管的源极相连，所述第四P型晶体管的漏极连接所述N型传输晶体管的漏极。

可选的，所述第二镜像源包括：第五P型晶体管和第六P型晶体管；

所述第五P型晶体管的源极连接所述供电电源端，所述第五P型晶体管的栅极连接所述第一P型晶体管的栅极，所述第五P型晶体管的漏极连接所述第六P型晶体管的源极，所述第六P型晶体管的漏极与所述第二运算放大器的同相端和所述限流元件的输入端均相连，所述第六P型晶体管的栅极与所述第二P型晶体管的栅极相连。

可选的，所述阳极电源端与所述供电电源端为相互独立的电源端；

或者，所述阳极电源端与所述供电电源端为同一电源端。

可选的，所述镜像驱动模块包括：

多个镜像子模块，每一镜像子模块包括：

N型驱动晶体管和连接控制单元，所有所述镜像子模块的N型驱动晶体管的漏极均相连为所述镜像驱动模块的负载端，所述N型驱动晶体管的源极连接接地端，所述N型驱动晶体管的栅极连接所述连接控制单元；

其中，所述连接控制单元用于控制所述N型驱动晶体管的栅极连接所述N型镜像晶体管的栅极或连接接地端，且在所述N型驱动晶体管的栅极连接所述N型镜像晶体管的栅极时，所述N型驱动晶体管用于镜像所述N型镜像晶体管的电流至一定倍数。

相应的，本实用新型提供了一种多路LED发光系统，包括：

多路LED及与每路LED一一对应的驱动电路，其中，所述驱动电路为上述的LED驱动电路。

相较于现有技术，本实用新型提供的技术方案至少具有以下优点：

本实用新型提供了一种LED驱动电路及多路LED发光系统，包括：第一电流源、N型传输晶体管、N型镜像晶体管、第一运算放大器、镜像驱动模块和钳位模块；所述第一电流源输出端与所述N型传输晶体管的漏极和所述N型镜像晶体管的栅极均相连，所述N型传输晶体管的栅极与所述第一运算放大器的输出端相连，所述N型传输晶体管的源极与所述N型镜像晶体管的漏极和所述第一运算放大器的负相端均相连，所述N型镜像晶体管的源极连接接地端；所述镜像驱动模块用于镜像所述N型镜像晶体管的电流至预设倍数后，通过所述镜像驱动模块的负载端传输至LED的阴极，所述LED的阳极连接阳极电源端，所述镜像驱动模块的负载端与所述第一运算放大器的同相端相连；以及，所述钳位模块用于将所述镜像驱动模块的负载端的电压钳位至预设电压，且所述预设电压不大于所述N型镜像晶体管的漏极处的上限电压。

由上述内容可知，本实用新型提供的技术方案，通过镜像驱动模块镜像N型镜像晶体管的电流至预设倍数，而得到驱动电流后通过镜像驱动模块的负载端传输至LED的阴极，以对LED进行驱动发光。其中，由于钳位模块将镜像驱动模块的负载端的电压钳位至预设电压，且预设电压不大于N型镜像晶体管的漏极处的上限电压，使得镜像驱动模块的负载端的电压与阳极电源端和LED本身导通压降的电压均无关系，因此，无论阳极电源端和LED本身导通压降如何变化，均能通过第一运算放大器组成的负反馈环路保证N型镜像晶体管的漏极处电压与镜像驱动模块的负载端的电压相同，以使得N型镜像晶体管和镜像驱动模块的工作电压条件相同，进而保证镜像驱动模块更加精准的镜像N型镜像晶体管的电流，使得镜像驱动模块的负载端为LED的阴极提供的驱动电流精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种LED驱动电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种LED驱动电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种多路LED发光系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

正如背景技术所述，LED应用于显示装置中时主要设置于显示装置的背光结构中，在红色LED、黄色LED和蓝色LED的混色应用中，需要LED驱动电路能够给出精度足够高的驱动电流传输至LED，进而红色LED、黄色LED和蓝色LED能够通过精准的发光亮度混合出准确的颜色，但是，现有的LED驱动电路由于受LED接入电源的影响和LED本身导通压降的影响，其生成的驱动电流精度较低。

基于此，本申请实施例提供了一种LED驱动电路及多路LED发光系统，LED驱动电路通过镜像驱动模块的负载端为LED的阴极提供的驱动电流精度高，且不受LED的阳极连接的阳极电源端和LED本身导通压降的影响。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图3对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种LED驱动电路的结构示意图，其中，LED驱动电路包括：

第一电流源100、N型传输晶体管NL、N型镜像晶体管N0、第一运算放大器AMP1、镜像驱动模块200和钳位模块300；

所述第一电流源100输出端与所述N型传输晶体管NL的漏极和所述N型镜像晶体管N0的栅极均相连，所述N型传输晶体管NL的栅极与所述第一运算放大器AMP1的输出端相连，所述N型传输晶体管NL的源极与所述N型镜像晶体管N0的漏极和所述第一运算放大器AMP1的负相端均相连，所述N型镜像晶体管N0的源极连接接地端Gnd；

所述镜像驱动模块200用于镜像所述N型镜像晶体管N0的电流至预设倍数后，通过所述镜像驱动模块200的负载端B传输至LED的阴极，所述LED的阳极连接阳极电源端VDD_LED，所述镜像驱动模块200的负载端与所述第一运算放大器AMP1的同相端相连；

以及，所述钳位模块300用于将所述镜像驱动模块200的负载端B的电压钳位至预设电压，且所述预设电压不大于所述N型镜像晶体管N0的漏极处的上限电压。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过镜像驱动模块镜像N型镜像晶体管的电流至预设倍数，而得到驱动电流后通过镜像驱动模块的负载端传输至LED的阴极，以对LED进行驱动发光。其中，由于钳位模块将镜像驱动模块的负载端的电压钳位至预设电压，且预设电压不大于N型镜像晶体管的漏极处的上限电压，使得镜像驱动模块的负载端的电压与阳极电源端和LED本身导通压降的电压均无关系，因此，无论阳极电源端和LED本身导通压降如何变化，均能通过第一运算放大器组成的负反馈环路保证N型镜像晶体管的漏极处电压与镜像驱动模块的负载端的电压相同，以使得N型镜像晶体管和镜像驱动模块的工作电压条件相同，进而保证镜像驱动模块的负载端为LED的阴极提供的驱动电流精度高。

下面结合图2对本申请实施例提供的一具体LED驱动电路组成结构进行详细说明，参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种LED驱动电路的结构示意图，其中，本申请实施例提供的所述钳位模块300包括：

第二电流源310、第二运算放大器AMP2、N型钳位晶体管NC和限流元件320；

所述第二电流源310的输出端与所述第二运算放大器AMP2的同相端和所述限流元件320的输入端均相连，所述第二运算放大器AMP2的输出端与其负相端和所述N型钳位晶体管NC的栅极均相连，所述限流元件320的输出端连接接地端Gnd；

以及，所述N型钳位晶体管NC的漏极连接所述LED的阴极，所述N型钳位晶体管NC的源极连接所述镜像驱动模块200的负载端B。

本申请实施例提供的钳位模块300，第二电流源310的电流流过限流元件320得到一个电压VE，而后通过第二运算放大器AMP2连接而成的缓冲放大器使得其输出VF＝VE，进而使得第二运算放大器AMP2的输出具有更强的驱动能力，以对N型钳位晶体管NC进行控制。在本申请一实施例中，本申请提供的N型钳位晶体管NC具有较大的尺寸，以使其具有较小的导通阻抗，对其尺寸具体参数本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体设计。

N型钳位晶体管NC用于对镜像驱动模块200的负载端B的电压进行钳位，即当驱动电流流过N型钳位晶体管NC时，N型钳位晶体管NC的栅源电压差VGS会是一个确定的值(如0.9V～1.5V，包括端点值)，亦即镜像驱动模块200的负载端B的电压VB会低于VF一定压值，且该压值与驱动电流有正向关系，通过对N型镜像晶体管N0的漏极处的电压VA变化进行分析，以根据分析结果优化设计VE＝VF的电压值，可以设计得到镜像驱动模块200的负载端B的电压VB＝VF-VGS为预设电压，且该预设电压不大于N型镜像晶体管N0的漏极处的电压VA的上限电压。

因此，无论阳极电源端VDD_LED和LED本身导通压降的电压如何变化，镜像驱动模块200的负载端B的电压VB都会被N型钳位晶体管NC钳位在预设电压，且预设电压不大于N型镜像晶体管N0的漏极处的电压VA的上限电压，第一运算放大器AMP1连接的负反馈环路均能够保证N型镜像晶体管N0的漏极处电压VA与镜像驱动模块200的负载端B的电压VB相同，以使得N型镜像晶体管N0和镜像驱动模块200的工作电压条件相同，进而保证镜像驱动模块200的负载端B为LED的阴极提供的驱动电流精度高。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述限流元件320可以为二极管、呈二极管连接方式的N型晶体管或电阻。优选的，本申请实施例提供的限流元件320为呈二极管连接方式的N型晶体管ND，限流元件320与N型镜像晶体管N0和后续描述的N型驱动晶体管NX同属于N型晶体管，因此在绘图时会绘制于相互接近的位置，故而在半导体制造过程中，这些N型晶体管的导通阈值等参数都是相同变化的，相对之间的失配很小，能够改善制造时出现的工艺偏差对LED驱动电路带来的影响。

参考图2所示，本申请实施例提供的所述第一电流源100包括：

电流基准源110和第一镜像源120，所述第一镜像源120用于镜像所述电流基准源110输出的基准电流Ib至一定倍数后输出；

所述第一镜像源120的输出端与所述N型传输晶体管NL的漏极相连。

以及，本申请实施例提供的所述第二电流源310可以为第二镜像源，所述第二镜像源310用于镜像所述电流基准源110输出的基准电流Ib至一定倍数后输出。

在本申请实施例中，本申请提供的电流源都可以为casecode电流源，即本申请实施例提供的所述电流基准源110包括：第一P型晶体管P1和第二P型晶体管P2，所述第一镜像源包括：第三P晶体管和第四P型晶体管P4；

所述第一P型晶体管P1的源极和所述第三P型晶体管P3的源极均连接供电电源端VDD；

所述第一P型晶体管P1的栅极和所述第三P型晶体管P3的栅极相连，且所述第一P型晶体管P1的栅极与所述第二P型晶体管P2的漏极相连；

所述第一P型晶体管P1的漏极与所述第二P型晶体管P2的源极相连，所述第二P型晶体管P2的漏极连接接地端Gnd，所述第二P型晶体管P2的栅极与所述第四P型晶体管P4的栅极相连，且第二P型晶体管P2的栅极外接控制端Vdp；

以及，所述第三P型晶体管P3的漏极与所述第四P型晶体管P4的源极相连，所述第四P型晶体管P4的漏极连接所述N型传输晶体管NL的漏极。

以及，本申请实施例提供的所述第二镜像源310包括：第五P型晶体管P5和第六P型晶体管P6；

所述第五P型晶体管P5的源极连接所述供电电源端VDD，所述第五P型晶体管P5的栅极连接所述第一P型晶体管P1的栅极，所述第五P型晶体管P5的漏极连接所述第六P型晶体管P6的源极，所述第六P型晶体管P6的漏极与所述第二运算放大器AMP1的同相端和所述限流元件320的输入端均相连，所述第六P型晶体管P6的栅极与所述第二P型晶体管P2的栅极相连。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述阳极电源端VDD_LED与所述供电电源端VDD可以为相互独立的电源端；

或者，本申请提供的所述阳极电源端VDD_LED与所述供电电源端VDD还可以为同一电源端。

参考图2所示，本申请实施例提供的所述镜像驱动模块200包括：

多个镜像子模块210，每一镜像子模块210包括：

N型驱动晶体管NX和连接控制单元211，所有所述镜像子模块210的N型驱动晶体管NX的漏极均相连为所述镜像驱动模块200的负载端B，所述N型驱动晶体管NX的源极连接接地端Gnd，所述N型驱动晶体管NX的栅极连接所述连接控制单元211；

其中，所述连接控制单元211用于控制所述N型驱动晶体管NX的栅极连接所述N型镜像晶体管N0的栅极或连接接地端Gnd，且在所述N型驱动晶体管NX的栅极连接所述N型镜像晶体管N0的栅极时，所述N型驱动晶体管NX用于镜像所述N型镜像晶体管NX的电流至一定倍数。

可以理解的，在N型驱动晶体管NX的栅极连接N型镜像晶体管N0的栅极时，N型驱动晶体管NX用于镜像N型镜像晶体管N0的电流至一定倍数，其中，所有N型驱动晶体管NX的镜像倍数可以相同，也可以不相同，对此不做具体限制。由于所有N型驱动晶体管NX均并联在镜像驱动模块200的负载端B，故而，在镜像驱动模块200工作时，镜像驱动模块200的负载端B输出的驱动电流即为栅极与N型镜像晶体管N0的栅极连通的所有N型驱动晶体管NX的电流之和，因此，通过控制预设数量N型驱动晶体管NX的栅极连接N型镜像晶体管N0的栅极，以得到镜像N型镜像晶体管N0的电流至所需要倍数的驱动电流。

在本申请一实施例中，本申请提供的连接控制单元211可以包括一反相器INV和两个导通类型相同的晶体管M1和晶体管M2(如晶体管M1和晶体管M2均为N型晶体管)，其中，晶体管M1的栅极和反相器INV的输入端相连，且晶体管M1连接至N型驱动晶体管NX的栅极与N型镜像晶体管N0的栅极之间，以及，晶体管M2的栅极和反相器INV的输出端相连，且晶体管M 2连接至N型驱动晶体管NX的栅极与接地端Gnd之间；在需要控制N型驱动晶体管NX的栅极与N型镜像晶体管N0的栅极相连时，晶体管M1的栅极和反相器INV的输入端接入的控制信号，控制晶体管M1导通，而控制N型驱动晶体管NX的栅极与N型镜像晶体管N0的栅极相连，以及，由于反相器INV对控制信号的反相，反相的控制信号则控制晶体管M2截止，避免N型驱动晶体管NX的栅极与接地端Gnd相连通；此外，在需要断开N型驱动晶体管NX的栅极与N型镜像晶体管N0的栅极之间的连接时，晶体管M1的栅极和反相器INV的输入端接入的控制信号，控制晶体管M1关断，而控制N型驱动晶体管NX的栅极与N型镜像晶体管N0的栅极之间的连接断开，以及，由于反相器INV对控制信号的反相，反相的控制信号则控制晶体管M2导通，控制N型驱动晶体管NX的栅极与接地端Gnd相连，进而迅速关断N型驱动晶体管NX。

相应的，本申请实施例提供了一种多路LED发光系统，包括：

多路LED及与每路LED一一对应的驱动电路，其中，所述驱动电路为上述任意一实施例提供的LED驱动电路。

参考图3所示，为本申请实施例提供的一种多路LED发光系统的结构示意图，其中，多路LED发光系统包括：

红光发光二极管LR、绿光发光二极管LG和蓝光发光二极管LB，以及，包括用于驱动红光发光二极管LR的驱动电路410、用于驱动绿光发光二极管LG的驱动电路420和用于驱动绿光发光二极管LB的驱动电路430，其中，驱动电路410、驱动电路420和驱动电路430均为上述任意一实施例提供的LED驱动电路。

可以理解的，本申请实施例提供的多路LED发光系统，由于红光发光二极管LR、绿光发光二极管LG和蓝光发光二极管LB各自相应的导通压降不同，其中，绿光发光二极管LG和蓝光发光二极管LB的导通压降基本相同，而红光发光二极管LR的导通压降小于绿光发光二极管LG和蓝光发光二极管LB的导通压降，因此，在红光发光二极管LR、绿光发光二极管LG和蓝光发光二极管LB的阳极均连接相同阳极电源端VDD_LED时，如果驱动电路中未设置钳位模块，则红光发光二极管LR、绿光发光二极管LG和蓝光发光二极管LB对各自对应驱动电路中镜像驱动模块的负载端的电压造成影响；而由于本申请实施例提供的驱动电路410、驱动电路420和驱动电路430均设置于钳位模块，因而无论红光发光二极管LR、绿光发光二极管LG和蓝光发光二极管LB的导通压降如何变化，均不会对镜像驱动模块的负载端的电压造成影响，镜像驱动模块的负载端的电压钳位在预设电压，进而通过第一运算放大器组成的负反馈环路保证N型镜像晶体管的漏极处电压与镜像驱动模块的负载端的电压相同，以使得N型镜像晶体管和镜像驱动模块的工作电压条件相同，进而保证镜像驱动模块更加精准的镜像N型镜像晶体管的电流，使得镜像驱动模块的负载端为LED的阴极提供的驱动电流精度高，最终保证多路LED发光系统的混光效果高。

在本申请一实施例中，本申请提供的多路LED发光系统可以应用于显示装置中，还可以应用于照明器件中，或者应用于其他发光结构中，对此本申请不做具体限制。

本申请实施例提供了一种LED驱动电路及多路LED发光系统，包括：第一电流源、N型传输晶体管、N型镜像晶体管、第一运算放大器、镜像驱动模块和钳位模块；所述第一电流源输出端与所述N型传输晶体管的漏极和所述N型镜像晶体管的栅极均相连，所述N型传输晶体管的栅极与所述第一运算放大器的输出端相连，所述N型传输晶体管的源极与所述N型镜像晶体管的漏极和所述第一运算放大器的负相端均相连，所述N型镜像晶体管的源极连接接地端；所述镜像驱动模块用于镜像所述N型镜像晶体管的电流至预设倍数后，通过所述镜像驱动模块的负载端传输至LED的阴极，所述LED的阳极连接阳极电源端，所述镜像驱动模块的负载端与所述第一运算放大器的同相端相连；以及，所述钳位模块用于将所述镜像驱动模块的负载端的电压钳位至预设电压，且所述预设电压不大于所述N型镜像晶体管的漏极处的上限电压。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过镜像驱动模块镜像N型镜像晶体管的电流至预设倍数，而得到驱动电流后通过镜像驱动模块的负载端传输至LED的阴极，以对LED进行驱动发光。其中，由于钳位模块将镜像驱动模块的负载端的电压钳位至预设电压，且预设电压不大于N型镜像晶体管的漏极处的上限电压，使得镜像驱动模块的负载端的电压与阳极电源端和LED本身导通压降的电压均无关系，因此，无论阳极电源端和LED本身导通压降如何变化，均能通过第一运算放大器组成的负反馈环路保证N型镜像晶体管的漏极处电压与镜像驱动模块的负载端的电压相同，以使得N型镜像晶体管和镜像驱动模块的工作电压条件相同，进而保证镜像驱动模块的负载端为LED的阴极提供的驱动电流精度高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。