电流调节器的制造方法
【专利摘要】本申请描述了一种用于从输入电压提供调节电流的电流调节器。该电流调节器包括电压调节器电路，该电压调节器电路可操作以提供调节电压，且该电压调节器电路包括多个并联连接的齐纳二极管。
【专利说明】电流调节器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电流调节装置。特别地，本发明涉及适于向装置提供驱动电流的电流调节器，所述装置例如为发光二极管(LED)，以及对电流波动敏感的其它设备。
【背景技术】
[0002]近年来，LED成本的降低和性能的持续提高使其应用增多了。LED广泛地用作例如背光应用中的照明元件，如液晶显示器(IXD)的背光中。这一类型的背光用于提供构成显示器的LCD元件阵列的均匀一致的照明。LED通常还用在其他应用中，例如照明组件、状态指示器内，并显示于各种设备上。在所有这些应用中，LED通常为串联设置，并由恒流驱动器电路来提供基本恒定的电流。因此，这种驱动器电路包括电流调节装置。
[0003]众所周知，供应给形成照明系统一部分的LED或LED链的驱动电流的变化可对系统的性能产生不利影响。例如，在大型照明或标牌应用中，驱动电流的不确定性会导致功耗的相应不确定性。在基于节能减排的照明技术中，这种不确定性通常是不想要的。除此之夕卜，在特定应用中，例如需要红-绿-蓝(RGB)颜色混合的应用中，电流变化会导致照明平台、如标志的色属性的变化。此外，LED的使用寿命或LED的串联链是与每个LED的结温相关的，而结温又与流经每个LED的电流部分相关。
[0004]因此，对LED电流的精确控制可改善对LED寿命的预测。已知地，LED驱动器供给的电流的变化可由于部件属性变化而产生，而部件属性变化的原因可以是制造变化或温度变化。照明系统的LED驱动器的其他性能要求涉及驱动器的可靠性。典型地，这是通过使用被称为平均无故障时间(Mean Time Between Failures, MTBF)的度量来表达的。对于给定的电子组件，只要操作期间作用在每个部件上的电应力和热应力是已知的，则采用行之有效的部件，可以很容易地计算出该度量。由于典型地用在传统的称为开关模式的LED驱动器中的部件混合(这些部件包括金属氧化半导体场效应晶体管(M0SFET)和电解电容器，二者已知地在长期可靠性方面具有限制)，这类驱动器的MTBF上有相应的限制。相反地，如前所述，使用电流调节的线性装置取代开关模式装置则通常受电流变化的影响。
[0005]因此，极其需求供应有大致恒定的驱动电流的LED或LED链。尤其需求通过使用高MTBF电子组件而产生的大致恒定的驱动电流，所述电子组件使用高可靠性部件，例如双极型晶体管，并避免或至少部分限制了对电解电容器的需求。对于开关模式的LED驱动器，其中电流调节功能是由对电路元件、例如电感器连续充放电的开关电压波形而提供的，利用通过LED链而发生的这种放电，可在LED链内产生基本恒定的电流。通过这种开关模式驱动器输送至LED链的电流取决于多种因素，包括开关电压在“0N”状态的时间比例，在此期间将电荷传输送至LED链(该比例被称为开关波形的占空比)。然而，该开关过程会导致产生电磁干扰(EMI)波形，需要使用EMI滤波结构，而这反过来又要使用电解电容器。因此，从寻求驱动器的平均无故障时间的最大化的角度，只要电流精度能得以维持，包括电流随温度的恒定性，在不使用任何开关模式元件的电流调节器电路的基础上，构建恒流LED驱动器是有利的。本发明的一般目的是从输入电压提供调节电流，以提供稳定的或基本恒定的驱动电流，供应给照明装置，如LED或其它设备，这些设备会受到电流波动的不利影响，或对电流波动是敏感的。本发明的优选实施例寻求优选地在电流调节器内不使用开关模式的电路而实现这一目的，以趋于提高调节器的长期可靠性，并降低或消除在基于调节器的LED驱动器中使用电解电容器的需求，从而进一步增加LED驱动器的长期可靠性。
[0006]相对于提供电压的装置或电路而言，寻求向LED或LED链提供经调节的、或大致恒定的电流的电流调节器装置或电路是已知的。所谓的“恒定电流调节器”可在任何两个端子或三个端子的拓扑结构中实现。图la示出了双端调节器的情形，图lb示出了三端电流调节器。
[0007]然而，即使使用电流调节器设备，仍可能由于多种原因而导致提供给LED链的驱动电流产生变化。制造偏差，即决定电流的电路元件的制造公差的变化，是LED驱动/电源电流产生变化的主要原因之一。变化也会因电流调节器电路的“温度系数”而产生，即，调节器性能对环境温度或结温的依赖性。
[0008]以下讨论涉及前述的恒定电流调节器，从中显然能看出许多与现有技术相关联的缺点。
[0009]图2为用于驱动LED链的典型的三端电流调节器的示意图(在Brieda等人的US2010/0277091中也有所引用)。根据图2的设计的电流调节器两端的最小“压降”约为1.3V，这等于两个基极-发射极电压(vbe)下降(晶体管Q1与Q2两端)。其中一个“vbe降”，即Q1的基极-发射极结的压降，发生在R1两端，其导致产生通过R1的电流vbel/Rl。假定Q2具有可忽略不计的基极电流，则通过LED的电流也等于vbel/Rl，其中vbel是晶体管Q1的基极-发射极电压。
[0010]因此，由于vbe固有的温度依赖性，LED电流的温度相关变化表示为标称LED电流的函数，由下式给出:
【权利要求】
1.用于从输入电压提供调节电流的电流调节器，包括:驱动器电路，包括电阻器和晶体管；以及电压调节器电路，其可操作以向所述驱动器电路提供调节电压，其中所述电压调节器电路包括多个并联连接的齐纳二极管。
2.根据权利要求1所述的电流调节器，其特征在于，所述驱动器电路和所述电压调节器电路形成第一电流调节器电路，且所述第一电流调节器电路交叉耦合至第二电流调节器电路。
3.根据权利要求2所述的电流调节器，其特征在于，所述第二电流调节器电路包括:第二驱动器电路，包括电阻器和晶体管；以及第二电压调节器电路，其可操作以向所述第二驱动器电路提供稳定的参考电压，其中所述电压调节器电路包括多个并联连接的齐纳二极管。
4.根据权利要求1所述的电流调节器，其特征在于，所述驱动器电路和所述电压调节器电路形成第一电流调节器电路，且所述第一电流调节器电路连接至电阻求和电路。
5.用于从输入电压提供调节电流的电流调节器，包括:第一电流调节器电路和第二电流调节器电路，其中所述第一电流调节器电路的输出交叉耦合至所述第二电流调节器电路，所述第一和第二电流调节器电路中的每一个包括:`驱动器电路，包括电阻器和晶体管；电压调节器电路，其可操作以向各驱动器电路提供调节电压，其中所述电压调节器电路包括多个并联连接的齐纳二极管。
6.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，电流调节器设备包括双端电路。
7.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，所述/每一电压调节器电路的齐纳二极管包括硅齐纳二极管。
8.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，所述/每一电压调节器电路的齐纳二极管呈现低于5.5V的齐纳电压。
9.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，所述/每一电压调节器电路的齐纳二极管呈现介于2.0V到3.0V之间的齐纳电压。
10.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，在所述/每一电压调节器电路的多个齐纳二极管中所包含的齐纳二极管的齐纳电压之间存在介于0.1V到0.3V之间的变化。
11.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，所述电路可操作以提供介于25mA到220mA之间的编程调节电流。
12.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，选择包含于所述/每一电流调节器电路的电压调节器电路中的齐纳二极管的齐纳电压，以使:Iz, opt = Ispec/2.N其中，I z，o p t是齐纳电压随温度的变化率大致等于电流调节器电路的晶体管的基极-发射极电压vbe的变化率时的电流，N是每一电压调节器电路中齐纳二极管的整数数目，1_。是温度系数大致为零时电流调节器的电流。
13.根据以上任一项权利要求所述的电流调节器，其特征在于，所述/每一驱动器电路包括娃双极型晶体管。
14.根据权利要求15所述的电流调节器，其特征在于，所述硅双极型晶体管是NPN型或PNP 型。
15.根据权利要求14所述的电流调节器，当从属于权利要求3或权利要求5时，其特征在于，所述第一或第二电流调节器电路的晶体管是PNP型，而其它电流调节器电路的晶体管是NPN型，从而这些晶体管形成互补对。
16.根据权利要求5到13中任一项所述的电流调节器，其特征在于，所述第一和/或第二驱动器电路的电阻是可操作而变化的，以用作电流编程电阻。
17.用于在电流调节器电路中使用的电压调节器电路，所述电压调节器电路包括多个并联连接的齐纳二极管。
18.照明装置，包括一个或多个LED和如以上任一项权利要求所述的电流调节器。
19.电流调节器，大致 如参照附图在上文所描述的。
【文档编号】G05F3/16GK103635866SQ201280033607
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年6月22日 优先权日:2011年7月4日
【发明者】戴夫·班尼斯特 申请人:艾酷里克有限公司