一种发光二极管电流平衡电路的制作方法

文档序号:8150565
专利名称:一种发光二极管电流平衡电路的制作方法
技术领域
本实用新型属于电子领域,是关于一种多个发光装置的电流平衡电路,特别是有 关于一种多个发光二极管(Light-Emitting Diode,简称LED)灯串的电流平衡电路。
背景技术
LED由于省电、色彩饱和度高、反应速度快、耐震耐压和体积小等多项优点,目前 开始广泛应用于液晶显示器、液晶电视、扫描仪、广告灯箱和笔记本电脑等电子装置的背光 源。请参见图1,LED背光源通常由多个LED灯串11 18并联耦接组成,且每个LED灯串由 相同类型和数量的LED Dl Dn串联耦接组成,其中LED Dl的阳极端即LED灯串的第一端, LED Di的阴极端耦接LED D(i+1)的阳极端,LED Dn的阴极端即LED灯串的第二端,η为大于 1 的整数,i 为 1 (n-1)中任一整数。直流至直流(Direct-Current to Direct-Current, 简称DC/DC)转换器1接收直流电压Vin,并将直流电压Vin转换成直流电压Vout输出到 LED灯串11 18的第一端,以提供LED灯串11 18工作所需电压。为了让LED灯串11 18的亮度均等,通常需要在LED灯串11 18的第二端耦 接电流平衡电路2,以控制流经LED灯串11 18的电流相同。若电流平衡电路2采用4 通道(channel)的控制集成电路,则必须使用2个控制集成电路21和22才能够控制所有 LED灯串11 18。每个控制集成电路(如21)从设定端SET接收电流设定信号Vset,并 根据电流设定信号Vset设定通道端CHl CH4期望通过的电流大小,因而控制与通道端 CHl CH4耦接的LED灯串(如11 14)的电流相同。控制集成电路21和22需要从同步 端SYN接收时钟信号Vck,才能够同时控制LED灯串11 18。控制集成电路21和22还可 根据LED灯串11 18的电流111 118大小,从驱动端DRV输出脉宽调制(Pulse-Width Modulation,简称PWM)控制信号Vpwm调整直流电压Vout的大小。请参见图2,其为图1所示的电流平衡电路2的部分实施例的电路图。电流平衡 电路2的每个通道端耦接内部一电流平衡器以控制一相应的LED灯串的电流。以电流平衡 电路2的控制集成电路21的通道端CHl为例,其所耦接的电流平衡器211包含运算放大器 0P、晶体管Q和电阻器R。电阻器R检测流过LED灯串11的电流111大小并据以输出电流 检测信号Vdet。运算放大器OP比较电流检测信号Vdet和电流设定信号Vset的大小以控 制晶体管Q的导通程度,进而控制流过LED灯串11的电流111大小。另外,DC/DC转换器 1例如是升压转换器,其包含电感器L、功率开关SW、二极管D和电容器C,其中功率开关SW 根据控制信号Vpwm进行导通及截止的切换,进而可决定直流电压Vout的大小。因此,电流平衡电路2在LED灯串越多的时候需要采用越多的电流平衡器,既增加 成本还可能需要采用多个控制集成电路而增加如同步等控制上的复杂度。即使采用支持更 多通道的控制集成电路来减少控制集成电路的使用数量,其实际上的电流平衡器的使用数 量并未减少,反而这种支持更多通道的控制集成电路会因为封装较多的电流平衡器而需要 在布局和散热等设计上额外付出较高的成本。
实用新型内容本实用新型的目的就是提出一种发光二极管电流平衡电路,利用电流镜电路来减 少控制(集成)电路中电流平衡器的使用数量,可简化控制(集成)电路的设计。本实用新型提出一种发光二极管电流平衡电路,适用于多个灯串,每个灯串具有 一第一端和一第二端且包括多个发光二极管串联耦接,每个灯串的第一端耦接一直流电压 源提供的一直流电压。发光二极管电流平衡电路包括至少一电流镜电路和一控制电路。每 个电流镜电路包括一第一晶体管和至少一第二晶体管,其中第一晶体管和每个第二晶体管 各自具有一控制端、一第一端和一第二端。在每个电流镜电路中,第一晶体管和每个第二晶 体管的控制端耦接第一晶体管的第一端,第一晶体管和每个第二晶体管的第一端各自耦接 一相应的灯串的第二端。控制电路具有一设定端和至少一通道端,设定端接收一电流设定 信号,每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管和每个第二晶体管的第二端。控 制电路用于根据电流设定信号设定每个通道端期望通过的电流大小。在一实施例中,每个电流镜电路还包括一第三晶体管,第三晶体管具有一控制端、 一第一端和一第二端。在每个电流镜电路中,第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接 第三晶体管的第二端,第三晶体管的控制端和第一端耦接第一晶体管的第一端。在一实施例中,第一晶体管、每个第二晶体管和第三晶体管为双极结晶体管;在另 一实施例中,第一晶体管、每个第二晶体管和第三晶体管为场效应晶体管。在一实施例中,控制电路还具有一驱动端,驱动端耦接直流电压源。控制电路用于 检测每个通道端实际通过的电流大小并据以从驱动端输出一控制信号控制直流电压源调 整直流电压。在一实施例中,每个电流镜电路还包括多个电阻器,每个电阻器具有一第一端和 一第二端。在每个电流镜电路中,第一晶体管和每个第二晶体管的第二端各自耦接一相应 的电阻器的第一端且这个相应的电阻器的第二端耦接一相应于电流镜电路的通道端。本实用新型因采用控制(集成)电路控制流过每个电流镜电路的电流,而每个电 流镜电路各自会控制与其耦接的灯串的电流相同,因此可减少控制(集成)电路中电流平 衡器的使用数量,简化控制(集成)电路的设计而可降低成本。为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举优选实 施例,并配合所附图式,作详细说明如下。

图1为一种现有的多个LED灯串的电流平衡电路的电路方块图。图2为图1所示的电流平衡电路的部分实施例的电路图。图3为本实用新型LED电流平衡电路的第一实施例的电路图。图4至图6分别为图3所示的电流镜电路的数个实施例的电路图。图7为本实用新型LED电流平衡电路的第二实施例的电路图。1:DC/DC 转换器11 18: LED 灯串2、7:电流平衡电路21、22 控制(集成)电路[0023]211:电流平衡器3:电流平衡电路31、32、41、51、61、71、72 电流镜电路33、73 控制(集成)电路C 电容器D 二极管Dl Dn :LEDL 电感器0P:运算放大器Q:晶体管Q1、Q1,第一晶体管Q21 Q23、Q21, Q23,第二晶体管Q3 第三晶体管R、R1、R21 R23 电阻器Sff 功率开关CHl CH4 通道端DRV 驱动端SET 设定端SYN:同步端II、12:通道端电流111 118 :LED灯串的电流Vck:时钟信号Vdet 电流检测信号Vin、Vout、_Vout 直流电压Vpwm :P丽控制信号Vset 电流设定信号
具体实施方式
图3为本实用新型LED电流平衡电路的第一实施例的电路图。请参见图3,LED电 流平衡电路3适用于多个灯串,在本实用新型实施例中这些灯串采用如图1所示的LED灯 串11 18,每个灯串具有第一端和第二端且包括多个LED Dl Dn串联耦接。每个灯串的 第一端耦接直流电压源提供的直流电压,在本实用新型实施例中直流电压源采用如图1所 示的DC/DC转换器1,其根据PWM控制信号Vpwm将直流电压Vin转换成直流电压Vout输出 到LED灯串11 18的第一端,以提供LED灯串11 18工作所需电压。LED电流平衡电路3包括至少一电流镜电路,在本实用新型实施例中采用2个电 流镜电路31和32。每个电流镜电路包括第一晶体管Ql和至少一第二晶体管,在本实用新 型实施例中采用3个第二晶体管Q21 Q23,且第一晶体管Ql和第二晶体管Q21 Q23采 NPN双极结晶体管(Bipolar Junction Transistor,简称BJT),其中第一晶体管Ql和第二 晶体管Q21 Q23各自具有控制端(或基极端)、第一端(或集电极端)和第二端(或发射
5极端)。在每个电流镜电路中,第一晶体管Ql和第二晶体管Q21 Q23的控制端耦接第一 晶体管Ql的第一端,第一晶体管Ql和第二晶体管Q21 Q23的第一端各自耦接一相应的 灯串的第二端(例如,在电流镜电路31中,第一晶体管Ql的第一端耦接灯串11的第二端、 第二晶体管Q21的第一端耦接灯串12的第二端、第二晶体管Q22的第一端耦接灯串13的 第二端、第二晶体管Q23的第一端耦接灯串14的第二端)。LED电流平衡电路3还包括控制电路33,在本实用新型实施例中控制电路33采用 如图1所示的控制集成电路21。控制电路33具有设定端SET、驱动端DRV和至少一通道端, 这里通道端的数量只需要相应于电流镜电路31和32的数量即可,故控制电路33具有通道 端CHl和CH2。控制电路33的每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管Ql和第 二晶体管Q21 Q23的第二端(例如,通道端CHl耦接电流镜电路31的第一晶体管Ql和第 二晶体管Q21 Q23的第二端、通道端CH2耦接电流镜电路32的第一晶体管Ql和第二晶 体管Q21 Q23的第二端)。控制电路33用于从设定端SET接收电流设定信号Vset,并根 据电流设定信号Vset设定每个通道端(如CHl)期望通过的电流(如II)大小,即相当于 设定每个通道端(如CHl)相应的电流镜电路(如31)所耦接的灯串(如11 14)的电流 总和(如111 114总和)大小,且由于电流镜电路(如31)的均流功能,因此使灯串(如 11 14)的电流相同。控制电路33还可检测通道端CHl和CH2实际通过的电流Il和12 大小,并据以从驱动端DRV输出PWM控制信号Vpwm控制DC/DC转换器1调整直流电压Vout 的大小。图4至图6分别为图3所示的电流镜电路的数个实施例的电路图,以电流镜电路 31为例。请参见图4,相较于图3所示的电流镜电路31而言,电流镜电路41还包括多个 电阻器Rl和R21 R23,每个电阻器具有第一端和第二端,且第一晶体管Ql和第二晶体管 Q21 Q23的第二端各自耦接一相应的电阻器的第一端且这个相应的电阻器的第二端耦接 一相应于电流镜电路的通道端(例如,第一晶体管Ql的第二端耦接电阻器Rl的第一端且 电阻器Rl的第二端耦接通道端CH1、第二晶体管Q21的第二端耦接电阻器R21的第一端且 电阻器R21的第二端耦接通道端CH1、第二晶体管Q22的第二端耦接电阻器R22的第一端且 电阻器R22的第二端耦接通道端CH1、第二晶体管Q23的第二端耦接电阻器R23的第一端且 电阻器R23的第二端耦接通道端CHl)。电流镜电路41加入电阻器Rl和R21 R23可以降 低第一晶体管Ql和第二晶体管Q21 Q23的β值差异对电流镜电路41均流效果的影响。请参见图5,相较于图3所示的电流镜电路31而言,电流镜电路51还包括第三晶 体管Q3,第三晶体管Q3具有控制端、第一端和第二端,其采用与第一晶体管Ql和第二晶体 管Q21 Q23相同的NPN BJT,且第一晶体管Ql和第二晶体管Q21 Q23的控制端耦接第 三晶体管Q3的第二端,第三晶体管Q3的控制端和第一端耦接第一晶体管Ql的第一端。电 流镜电路51加入第三晶体管Q3可以降低第一晶体管Ql和第二晶体管Q21 Q23的β值 差异对电流镜电路51均流效果的影响。请参见图6,相对于图3所示的电流镜电路31而言,电流镜电路61还包括第三晶 体管Q3和多个电阻器Rl和R21 R23,其耦接方式和效果如图4和图5所述,不再赘述。图7为本实用新型LED电流平衡电路的第二实施例的电路图。请参见图7,LED电 流平衡电路7包括电流镜电路71和72和控制电路73。每个电流镜电路包括第一晶体管 Q1,和第二晶体管Q21, Q23,,在本实用新型实施例中采用PNP BJT,其中第一晶体管Q1,
6和第二晶体管Q21’ Q23’各自具有控制端(或基极端)、第一端(或集电极端)和第二端 (或发射极端)。在每个电流镜电路中,第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’ Q23’的控制 端耦接第一晶体管Q1’的第一端,第一晶体管Q1’和第二晶体管Q21’ Q23’的第一端各 自耦接一相应的灯串的第二端(例如,在电流镜电路71中,第一晶体管Q1’的第一端耦接 灯串11的第二端、第二晶体管Q21’的第一端耦接灯串12的第二端、第二晶体管Q22’的第 一端耦接灯串13的第二端、第二晶体管Q23’的第一端耦接灯串14的第二端)。控制电路73具有设定端SET、驱动端DRV和相应于电流镜电路71和72的通道端 CHl和CH2。控制电路73的每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管Q1’和第 二晶体管Q21’ Q23’的第二端(例如,通道端CHl耦接电流镜电路71的第一晶体管Q1’ 和第二晶体管Q21’ Q23’的第二端、通道端CH2耦接电流镜电路72的第一晶体管Q1’和 第二晶体管Q21’ Q23’的第二端)。控制电路73用于从设定端SET接收电流设定信号 Vset,并根据电流设定信号Vset设定每个通道端(如CHl)期望通过的电流(如II)大小, 且由于电流镜电路(如71)的均流功能,因此使灯串(如11 14)的电流相同。控制电路 73还可检测通道端CHl和CH2实际通过的电流11和12大小,并据以从驱动端DRV输出PWM 控制信号Vpwm控制DC/DC转换器1调整直流电压-Vout的大小,在本实用新型实施例中采 用负的直流电压-Vout提供到灯串11 18的第一端。综上所述,本实用新型因采用控制(集成)电路控制流过每个电流镜电路的电流, 而每个电流镜电路各自会控制与其耦接的灯串的电流相同,因此可减少控制(集成)电路 中电流平衡器的使用数量,简化控制(集成)电路的设计而可降低成本。虽然本实用新型对实施例进行如上说明,然并非用于限定本实用新型,本领域技 术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内,可以作少许修改与润饰,因此本实用新型的 保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求一种发光二极管电流平衡电路,适用于多个灯串,每个灯串具有一第一端和一第二端且包括多个发光二极管串联耦接,每个灯串的第一端耦接一直流电压源提供的一直流电压,其特征在于,该发光二极管电流平衡电路包括至少一电流镜电路,每个电流镜电路包括一第一晶体管,具有一控制端、一第一端和一第二端;以及至少一第二晶体管,每个第二晶体管具有一控制端、一第一端和一第二端,该第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接该第一晶体管的第一端,该第一晶体管和每个第二晶体管的第一端各自耦接一相应的灯串的第二端;以及一控制电路,具有一设定端和至少一通道端,该设定端接收一电流设定信号,每个通道端耦接一相应的电流镜电路的该第一晶体管和每个第二晶体管的第二端,该控制电路用于根据该电流设定信号设定每个通道端期望通过的电流大小。
2.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,该第一晶体管和每个 第二晶体管为双极结晶体管。
3.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,该第一晶体管和每个 第二晶体管为场效应晶体管。
4.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,该控制电路还具有一 驱动端,该驱动端耦接该直流电压源,该控制电路用于检测每个通道端实际通过的电流大 小并据以从该驱动端输出一控制信号控制该直流电压源调整该直流电压。
5.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,每个电流镜电路还包 括多个电阻器,每个电阻器具有一第一端和一第二端,每个电流镜电路的该第一晶体管和 每个第二晶体管的第二端各自耦接一相应的电阻器的第一端且该相应的电阻器的第二端 耦接一相应于电流镜电路的通道端。
6.如权利要求1所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,每个电流镜电路还包 括一第三晶体管,该第三晶体管具有一控制端、一第一端和一第二端,每个电流镜电路的该 第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接该第三晶体管的第二端,该第三晶体管的控制 端和第一端耦接该第一晶体管的第一端。
7.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,该第一晶体管、每个第 二晶体管和该第三晶体管为双极结晶体管。
8.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,该第一晶体管、每个第 二晶体管和该第三晶体管为场效应晶体管。
9.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,该控制电路还具有一 驱动端,该驱动端耦接该直流电压源,该控制电路用于检测每个通道端实际通过的电流大 小并据以从该驱动端输出一控制信号控制该直流电压源调整该直流电压。
10.如权利要求6所述的发光二极管电流平衡电路,其特征在于,每个电流镜电路还包 括多个电阻器,每个电阻器具有一第一端和一第二端,每个电流镜电路的该第一晶体管和 每个第二晶体管的第二端各自耦接一相应的电阻器的第一端且该相应的电阻器的第二端 耦接一相应于电流镜电路的通道端。
专利摘要本实用新型提供一种发光二极管电流平衡电路,属于电子领域。该发光二极管电流平衡电路适用于多个灯串,每个灯串的第一端耦接直流电压。发光二极管电流平衡电路包括至少一电流镜电路和控制电路,每个电流镜电路包括第一晶体管和至少一第二晶体管。在每个电流镜电路中,第一晶体管和每个第二晶体管的控制端耦接第一晶体管的第一端,第一晶体管和每个第二晶体管的第一端各自耦接相应的灯串的第二端。控制电路的每个通道端耦接一相应的电流镜电路的第一晶体管和第二晶体管的第二端。控制电路接收电流设定信号并据以设定每个通道端期望通过的电流大小。本实用新型利用电流镜电路来简化控制电路的设计。
文档编号H05B37/02GK201752155SQ20102026713
公开日2011年2月23日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者叶俊宏, 王舜弘, 谢庆星, 赖茂莹, 陈义雄, 黄金光 申请人:冠捷投资有限公司
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