专利名称：一种恒流led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED驱动电路，尤其是一种恒流LED驱动电路，属于LED显示技术领域。
背景技术：
LED最早诞生于20世纪60年代。早期LED以发出微弱红光光谱为主，发光亮度在 0. 001流明/瓦，后来才出现橙色绿色蓝色等。由于当时的技术和工艺条件显示，早期生产的发光二极管采用的是液体相位外延技术，该种工艺生产的二极管亮度始终未超过0. 1流明/瓦。二十世纪八十年代后，日本企业率先实现技术突破，发光亮度达到5-10流明/瓦。 二十世纪九十年代以后，随着新材料科学的发展，采取更为先进的低压金属有机物气相外延(LPM0VPE)和低压金属有机物化学气相淀积外延方法(LPM0CVD)开发出更高亮度的LED， 使得LED的应用领域更加广阔，LED显示应用就是其中的一种重要应用。近年来，随着国民经济的飞速发展，各行业对LED显示屏的需求也变得急剧扩大。 它已广泛地应用于电信、邮政、金融、交通、体育场馆等各个行业及政府工作部门。另外，随着计算机网络技术的发展，LED显示屏在网络环境下的使用情况越来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，智能化网络控制和互联网控制多屏技术也在实际中得到应用。而LED的应用需要专门的LED驱动控制芯片，它能使LED获得良好、均勻而且稳定的电流，从而使LED显示更加均勻，同时可以延长LED的使用寿命，满足各种场合的应用要求。从驱动原理上看，可以分为电荷泵型、开关电源型和线性调整型三种。线性调整型高亮度LED驱动芯片主要是应用于蓄电池供电的场合，采用多个LED串联恒流的驱动方式 (串联数目视输入电压而定)，这种驱动不会带来EMI干扰问题、纹波抑制比好，且电路结构相对简单。图1显示的是一种传统的线性调整型LED驱动电路，由运算放大器AMI^a和NMOS 管M3构成的电压跟随器将基准电压Vrefl跟随到电阻Rl的高电压端，由于基准电压Vrefl 稳定，不随工作温度和工作电源的变化而变化，因此电阻Rl的电流恒定，通过PMOS管Ml和 M2构成的电流镜，给LED提供较恒定的电流。但对于PMOS管Ml和M2构成的电流镜，由于漏极电压不相等，在电流复制时会存在一定的误差，导致电流复制不精确，当多路输出时时甚至会影响LED灯的亮度，导致不同串的LED灯亮度不统一。
发明内容
本发明提供了一种恒流LED驱动电路，其目的在于克服传统线性调整型LED驱动电路的缺陷，设计一种对电源电压变化敏感程度很小的高稳定性LED驱动电路，利用电路中已有基准电压Vrefl形成稳定的基准电流，通过限定电流复制管的漏极相等，获得精确的LED驱动电流。本发明的目的是这样实现的一种恒流LED驱动电路，其特征在于设有恒定电流产生电路、精确电流镜电路和LED输出驱动电路，恒定电流产生电路将输入基准电压转换成电流，产生一个偏置电压，精确电流镜电路将恒定电流产生电路产生的偏置电压经过精确电流镜电路转换，获得另一个偏置电压，LED输出驱动电路拷贝精确电流镜电路中的电流，产生稳定的LED驱动电流；其中恒定电流产生电路设有1个运算放大器AMPa、l个NMOS管M3和两个具有相反温度系数的电阻Rl和R2，运算放大器AMPa的正输入端接基准电压Vref 1，运算放大器AMPa 的负输入端与NMOS管M3的源极相连，运算放大器AMPa的输出端接NMOS管M3的栅极，电阻Rl和R2串联后接于NMOS管M3源极和公共地端之间，NMOS管M3的漏极输出偏置电压 Vbl ；精确电流镜电路设有2个运算放大器AMPb及AMPc、3个PMOS管Ml、M2及M4和1 个NMOS管M5，PMOS管Ml和M2的源极共同接于电源电压Vddl，PMOS管Ml和M2的栅极、 PMOS管Ml的漏极、恒定电流产生电路中的NMOS管M3的漏极以及运算放大器AMPb的正输入端连接在一起，运算放大器AMPb的负输入端与PMOS管M2的漏极和PMOS管M4源极连接在一起，运算放大器AMPb的输出端连接PMOS管M4的栅极，PMOS管M4的漏极与NMOS管M5的漏极以及运算放大器AMPc的正输入端连接在一起，AMPc的负输入端连接基准电压Vref2， 运算放大器AMPc的输出端与NMOS管M5的栅极连接并作为偏置电压Vb2的输出端，NMOS管 M5的源极连接公共地端；LED输出驱动电路设有i个运算放大器AMPl AMPi、i个NMOS管附1 Nil、i 个匪OS管N12 Ni2及i*j个LED灯，i和j都是正整数；i个运算放大器AMPl AMPi的各个正输入端均连接基准电压Vref2，i个运算放大器AMPl AMPi的各个负输入端分别对应连接i个NMOS管Nll Nil的各个源极以及NMOS管附2 Ni2的各个漏极，i个运算放大器AMPl AMPi的各个输出端分别对应连接i个NMOS管mi Nil的各个栅极，i个 NMOS管N12 Ni2的各个栅极均连接精确电流镜电路中NMOS管M5的栅极，i个NMOS管 N12 Ni2的各个源极均连接公共地端，i*j个LED灯包括i串，每串j个，分别为LEDll LEDlj、LED21 LED2j……LEDil LEDi j，各串LED灯串联后其首个LED灯的正极均连接电源电压Vdd2，各串LED灯串联后其末个LED灯的负极分别对应连接i个NMOS管Nll Nil的各个漏极。本发明的优点及显著效果与现有技术相比，本发明在很多方面优于目前常用的线性LED驱动电路。(1)本发明的LED驱动电路直接采用系统中存在的基准电压Vrefl，利用Vrefl的高精度和低温漂的特点，获得同样高精度和低温漂的LED驱动电流；(2)本发明的LED驱动电路克服了 MOS器件存在的沟长调制效应，形成精确的电流输出，避免了小尺寸MOS管带来的输出误差，适用于亚微米工艺，减小了芯片成本；(3)本发明的LED驱动电路可以同时并联驱动i串LED灯(i为正整数)，每串j 个LED灯(j为正整数)，驱动能力强，适用范围广；(4)本发明的LED驱动电路具有结构简单、功耗低的特点，有利于在各类LED应用场合推广。
图1是现有LED驱动电路图2是本发明LED驱动电路结构框图
图3是本发明LED驱动电路的具体电路图
具体实施例方式参看图2，本发明的一种恒流LED驱动电路设有恒定电流产生电路1、精确电流镜电路2和LED输出驱动电路3，恒定电流产生电路1将输入基准电压Vrefl转换成电流，产生一个偏置电压Vbl，精确电流镜电路21将恒定电流产生电路产生的偏置电压Vbl经过精确电流镜电路转换，获得另一个偏置电压Vb2 (通常Vbl > Vl^)，LED输出驱动电路拷贝精确电流镜电路中的电流，产生稳定的LED驱动电流。图3是图2的具体电路。恒定电流产生电路1通过运算放大器AMI^a将第一基准电压Vrefl跟随到NMOS管M3的源极，再由电阻Rl和R2形成电流II，Rl和R2分别采用相反温度系数的电阻((Rl和R2位置可以互换，Rl设计为正温度系数电阻，则R2设计成负温度系数电阻；相反，Rl负温度系数，则R2正温度系数)，通过电阻Rl和R2的温度补偿，获得低温漂的稳定电流11。精确电流镜电路2的运算放大器AMPb使得PMOS管Ml和M2具有相同的漏极电压，因此Ml和M2构成的电流镜能够克服够长调制效应，进行精确电流拷贝；运算放大器AMPc使得NMOS管M5的漏极电压与第二基准电压Vref2相等，LED输出驱动电路 3中运算放大器AMPl AMPi使得i串恒流LED驱动支路中NMOS管N12 Ni2的漏极电压也等于第二基准电压Vref2，因此对于精确电流镜电路2中NMOS管M5与LED输出驱动电路 3中NMOS管W2 Ni2具有相同的栅极电压和相同的漏极电压，可以形成精确的电流拷贝
支路，LEDll LEDlj、LED21 LED2j......LEDil LEDij 这 i 串(每串 j 个)恒流 LED 驱
动电路具有恒定电流输出Iol Ion。当接通电源Vddl和Vdd2(通常Vddl为3-5V，Vdd2根据串联LED灯的个数选择合适大小，个数少时Vdd2可选择较低电压，个数较多是选择较高电压)后，通过运算放大器AMPa将第一基准电压Vrefl跟随到NMOS管M3的源极，再由电阻Rl和R2形成电流II， PMOS管Ml和M2构成电流镜，由M2拷贝Ml的电流，为了确保电流拷贝的精度，运算放大器 AMPb使得PMOS管Ml和M2的漏极相等，因此很好的克服了够长调制效应，即漏源电压对电流拷贝精度的影响。精确电流镜电路2中的运算放大器AMPc使得NMOS管M5的漏极电压等于第二基准电压Vref2(0. 3V ( Vref2 ( IV)，LED输出驱动电路3中运算放大器AMPl AMPi (i为正整数)使得LED输出驱动电路3中NMOS管N12 Ni2的漏极电压也等于第二基准电压Vref 2，因此对于精确电流镜电路2中的匪OS管M5和LED输出驱动电路3中匪OS 管W2 Ni2具有相同的栅极电压、漏极电压、源极电压，因此形成i对精确电流镜，这些复制的电流Iol Ion分别提供给i串LED灯，形成恒流驱动，通过器件参数的设计，使得LED 灯的各路驱动电流达到设计要求。Vrefl是输入基准电压，具有随电源电压变化波动小、低温漂的特点，因此，对于恒定电流产生电路1中电阻两端的电流，即精确电流镜电路2中PMOS管Ml的电流Il有Il = ^fL(1)
RI + R2在设计中，取Rl和R2为相反温度系数的电阻，从而获得低温漂的总电阻R1+R2，电流Il便与温度无关。精确电流镜电路2中PMOS管Ml和M2构成电流镜电路，假设PMOS管Ml的宽长比
为kl，M2的宽长比为k2，考虑到沟长调制效应，于是有
权利要求
1. 一种恒流LED驱动电路，其特征在于设有恒定电流产生电路、精确电流镜电路和 LED输出驱动电路，恒定电流产生电路将输入基准电压转换成电流，产生一个偏置电压，精确电流镜电路将恒定电流产生电路产生的偏置电压经过精确电流镜电路转换，获得另一个偏置电压，LED输出驱动电路拷贝精确电流镜电路中的电流，产生稳定的LED驱动电流；其中恒定电流产生电路设有1个运算放大器AMPa、1个NMOS管M3和两个具有相反温度系数的电阻Rl和R2，运算放大器AMPa的正输入端接基准电压Vref 1，运算放大器AMPa的负输入端与NMOS管M3的源极相连，运算放大器AMPa的输出端接NMOS管M3的栅极，电阻Rl 和R2串联后接于NMOS管M3源极和公共地端之间，NMOS管M3的漏极输出偏置电压Vbl ；精确电流镜电路设有2个运算放大器AMPb及AMPc、3个PMOS管Ml、M2及M4和1个 NMOS管M5，PM0S管Ml和M2的源极共同接于电源电压Vddl，PM0S管Ml和M2的栅极、PMOS 管Ml的漏极、恒定电流产生电路中的NMOS管M3的漏极以及运算放大器AMPb的正输入端连接在一起，运算放大器AMPb的负输入端与PMOS管M2的漏极和PMOS管M4源极连接在一起，运算放大器AMPb的输出端连接PMOS管M4的栅极，PMOS管M4的漏极与NMOS管M5的漏极以及运算放大器AMPc的正输入端连接在一起，AMPc的负输入端连接基准电压Vref2，运算放大器AMPc的输出端与NMOS管M5的栅极连接并作为偏置电压Vb2的输出端，匪OS管 M5的源极连接公共地端；LED输出驱动电路设有i个运算放大器AMPf AMPi、i个匪OS管Nlf Nil、i个匪OS管 N12^Ni2及i*j个LED灯，i和j都是正整数；i个运算放大器AMPfAMPi的各个正输入端均连接基准电压Vref2，i个运算放大器AMPfAMPi的各个负输入端分别对应连接i个NMOS管 NlTNil的各个源极以及NMOS管N12 Ni2的各个漏极，i个运算放大器AMPfAMPi的各个输出端分别对应连接i个NMOS管NlfNil的各个栅极，i个NMOS管m2 Ni2的各个栅极均连接精确电流镜电路中NMOS管M5的栅极，i个NMOS管N12 Ni2的各个源极均连接公共地端，i*j个LED灯包括i串，每串j个，分别为LEDll LEDl j、LED21 LED2j......LEDil LEDi j，各串LED灯串联后其首个LED灯的正极均连接电源电压Vdd2，各串LED灯串联后其末个LED 灯的负极分别对应连接i个NMOS管NlfNil的各个漏极。
全文摘要
一种恒流LED驱动电路，其特征在于设有恒定电流产生电路、精确电流镜电路和LED输出驱动电路，恒定电流产生电路将输入基准电压转换成电流，产生一个偏置电压，精确电流镜电路将恒定电流产生电路产生的偏置电压经过精确电流镜电路转换，获得另一个偏置电压，LED输出驱动电路拷贝精确电流镜电路中的电流，产生稳定的LED驱动电流。
文档编号G09G3/32GK102542979SQ20111034957
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者夏晓娟, 张洪俞 申请人:南京微盟电子有限公司