用于驱动一串发光二极管的使用双极性结型晶体管的共源共栅型调光开关的制作方法
【专利摘要】本发明包括一种与一串发光二极管(LED)一起使用的调光开关。所述调光开关包括以共源共栅方案驱动的双极性结型晶体管(BJT)。所述调光开关还包括电路，以当调光输入信号高时使驱动所述BJT的基极的电流偏移，从而向所述LED提供受控量的电流。
【专利说明】用于驱动一串发光二极管的使用双极性结型晶体管的共源共栅型调光开关
[0001]相关专利申请的交叉引用
本申请要求2013年11月22日提交的并且题为“Cascode-Type Dimming Switch UsingBJT”(使用BJT的共源共栅型调光开关)的美国临时申请N0.61/907,819的优先权，该临时申请全文以弓I用方式并入本文。
技术领域
[0002]本发明包括一种与一串发光二极管(LED)—起使用的调光开关。该调光开关包括双极性结型晶体管(BJT)。该调光开关还包括控制电路，以当调光输入信号高时使驱动BJT的基极的电流偏移，从而向LED提供受控量的电流。本发明可用于许多应用，包括LCD面板背光照明。
【背景技术】
[0003]现有技术包括LED的调光开关的一些解决方案。这些解决方案通常利用场效应晶体管(FET)来控制被驱动通过LED的电流。BJT因两个缺点而尚未用于这种环境。首先，与FET相比，BJT的开关速度慢。其次，由于通过BJT的基极的电流被添加到通过BJT的发射极的电流，因此通过LED(其将连接到BJT的集电极)的电流无法被正确地加以感测和控制。然而，高压BJT比FET更便宜且更容易制造，并且调光开关的总体成本可通过使用BJT代替FET而改塞口 ο
[0004]利用处于共源共栅配置的FET和BJT的LED调光开关可结合FET的快开关速度和BJT的低成本的有益效果。然而，处于共源共栅配置的低压FET的源极电流将不是通过连接到B JT集电极的LED的电流的准确表现，因为FET的源极电流将因高压B JT的基极电流而偏移。因此，与FET源极串联设置的电流感测电阻器将产生错误的感测电压。需要用于驱动BJT-FET共源共栅体系同时消除电流感测电阻器中BJT基极电流作用的控制电路。
【发明内容】
[0005]本发明包括一种与一串LED—起使用的调光开关。该调光开关包括处于共源共栅配置的BJT和FET。该调光开关还包括电路，以当调光输入信号高时使驱动BJT的基极的电流偏移，从而向LED提供受控量的电流。
【附图说明】
[0006]图1示出了用于LED的调光开关的一个实施方案。
[0007]图2示出了图1实施方案中的不同节点的某些电流特性。
【具体实施方式】
[0008]图1示出了照明系统10，该系统包括LED串100和调光开关20。本示例中的调光开关20为脉冲宽度调制(PffM)调光开关。
[0009]调光开关20包括FET 104和高压BJT 110,FET 104充当由输入调光信号DM (其为PWM信号)控制的发射极驱动器开关。调光开关20与LED串100串联连接。通过LED串100的电流幅值由电流反馈放大器105控制，该电流反馈放大器从电阻器106接收电流感测信号并将电流感测信号调节到参考电压REF。
[0010]基极电流ib通过电流镜电路101提供给BJT110，该电流与电流参考网络，例如电阻器-电容器(Re)网络107编程的参考电流1^*^成比例。当收到调光信号DM时，控制开关103启用参考电流ki*ib。在本示例中，控制开关103包括处于图1所示配置的反相器116、晶体管117和晶体管118。本领域的普通技术人员将认识到，可以使用其他类型的逻辑门来代替反相器116。
[0011]由电流镜电路1I生成的第二比例电流k2*ib使参考电压REF偏移，以消除通过LED串100的电流iLED中的基极电流ib的作用。通过使电流k2*ib通过电阻器108而在电阻器108处产生参考电压REF的偏移。
[0012]二极管102有利于BJT 110的快速关闭。
[0013]图1中所示的调光开关20可被表征为响应于调光输入信号而驱动电流通过LED串100的装置。
[0014]现在将参照图1和图2描述照明系统10的操作。在图2中，示出了输入信号D頂的示例性脉冲。在照明系统10中，通过脉冲宽度调制输入信号D頂来实现调光。如果输入信号DM的脉冲宽度减小或如果输入信号DIM中的脉冲频率降低，则将从LED串100发出较弱的光。
[0015]当输入信号DM低时，反相器116的输出高。因此，晶体管117被关闭，而晶体管118被开启。储存在电容器112上的任何电荷通过电阻器111以及通过晶体管118接地而移除。FET 104被关闭，无电流流过BJT 110的发射极。LED串100中的任何剩余电流流过BJT 110的基极并流过二极管102。
[0016]当输入信号DM诸如在时间t变高时，反相器116的输出变低。因此，晶体管117被开启，而晶体管118被关闭。FET 104被开启，并且通过B JT 110的发射极汲取电流i e。电流h*ib通过晶体管113和117被汲取并为电容器112充电。如图2中所示，电流ib最初在电容器开始充电时形成尖峰，并且一旦在电容器充满电且电流ki*ib流过电阻器111后最终形成高原。电流镜101生成通过电阻器108的电流k2*ib和进入BJT 110基极的电流ib。在这里，kdPk2基于晶体管113、114和115的相对匹配特性。可以选择任意的!^和匕值。理想的是，kjPk2 ? I，以实现低电流消耗。在该实施方案中，基极电流ib的取消假设R1Q6=k2*R108。
[0017]在BJT 110中，通过发射极的电流ie将等于通过LED串100的iLED(其为通过BJT 110的集电极的电流)与ib(其为通过BJT 110的基极的电流)之和。如图2中所示，iLED的幅值理想地将不受基极电流ib的影响并将具有对输入信号D頂的快速响应。电流反馈放大器105将k2*ib*R1Q8的偏移添加到参考REF路径中，并且开启过程通过电容器112加速，而关闭过程通过二极管102以及FET 104和BJT 110的共源共栅连接加速。
[0018]电流反馈放大器105将力图维持反相节点处的电压为REF+k2*ib*R1Q8，该电压将在电阻器106处产生。通过电阻器106的电流因此将为ieWREF+k^idRK^/R1fHREF/R1fO +ib。因此，LED电流iLED=ie -1b=REF/R16，不受基极电流ib的影响。通过发射极的电流ie也在图2中示出。可以看出的是，调光开关20校正了流入BJT 110的基极的电流ib。
[0019]因此，该实施方案包括一种使用BJT 110和源极驱动器MOSFET 104的共源共栅连接的调光开关，其中通过LED串100的电流不受驱动B JT的基极的电流影响。
【主权项】
1.一种与一串发光二极管一起使用的调光开关，包括: 以共源共栅配置耦接的双极性结型晶体管和场效应晶体管，所述场效应晶体管的栅极接收调光输入信号，并且所述双极性结型晶体管的集电极能够驱动一串发光二极管；以及控制电路，所述控制电路耦接到所述双极性结型晶体管和所述场效应晶体管，其中通过所述集电极的电流不受通过所述双极性结型晶体管的基极的电流影响。2.根据权利要求1所述的开关，还包括:连接到所述双极性结型晶体管的所述基极的电流镜。3.根据权利要求2所述的开关，其中所述控制电路包括:包括反相输入和非反相输入的电流反馈放大器，所述非反相输入连接到所述电流镜和参考电阻器的一个末端，而所述反相输入连接到发射极驱动器开关的漏极并连接到感测电阻器和连接到参考电压的所述参考电阻器的另一末端，其中当所述调光输入信号高时，所述电流反馈放大器调节所述反相输入处的电压使其等于所述参考电压。4.根据权利要求3所述的开关，其中所述控制电路还包括: 控制开关，所述控制开关用于接收所述调光输入信号并用于将所述电流镜连接到电流参考网络，其中所述电流参考网络从所述电流镜汲取电流，并且所述电流镜向所述参考电阻器提供比例电流并向所述基极提供比例电流;并且其中当所述调光输入信号高时，通过所述集电极的电流取决于所述参考电压和感测电阻器。5.根据权利要求4所述的调光开关，其中所述电流镜包括: 三个场效应晶体管，每一个包括源极、栅极和漏极， 其中所述三个场效应晶体管中的每一个的源极耦接到电压源并且所述三个场效应晶体管中的每一个的栅极耦接到一起。6.根据权利要求5所述的调光开关，还包括二极管，所述二极管包括第一端子和第二端子，所述第一端子连接到所述基极并且所述第二端子连接到所述电压源。7.根据权利要求4所述的调光开关，其中所述控制开关包括: 逻辑门，所述逻辑门用于接收所述调光输入信号； 第一晶体管，所述第一晶体管串联到第二晶体管，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极接收反相器的输出;并且 所述第一晶体管连接到所述电流镜并且所述第二晶体管接地； 其中所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的节点连接到所述电流参考网络。8.根据权利要求4所述的调光开关，其中所述电流参考网络包括至少一个电阻器和至少一个电容器。9.根据权利要求1所述的调光开关，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。10.根据权利要求4所述的调光开关，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。11.根据权利要求6所述的调光开关，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。12.一种响应于调光输入信号的照明系统，包括: 以共源共栅配置耦接的双极性结型晶体管和场效应晶体管，所述场效应晶体管的栅极接收调光输入信号； 连接到所述双极性结型晶体管的集电极的一串发光二极管；以及 控制电路，所述控制电路耦接到所述双极性结型晶体管和所述场效应晶体管，其中通过所述集电极的电流不受通过所述双极性结型晶体管的基极的电流影响。13.根据权利要求12所述的系统，还包括连接到所述双极性结型晶体管的所述基极的电流镜。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制电路包括:包括反相输入和非反相输入的电流反馈放大器，所述非反相输入连接到所述电流镜和参考电阻器的一个末端，而所述反相输入连接到发射极驱动器开关的漏极并连接到感测电阻器和连接到参考电压的所述参考电阻器的另一末端，其中当所述调光输入信号高时，所述电流反馈放大器调节所述反相输入处的电压使其等于所述参考电压。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制电路还包括: 控制开关，所述控制开关用于接收所述调光输入信号并用于将所述电流镜连接到电流参考网络，其中所述电流参考网络从所述电流镜汲取电流，并且所述电流镜向所述参考电阻器提供比例电流并向所述基极提供比例电流;并且其中当所述调光输入信号高时，通过所述集电极的电流取决于所述参考电压和感测电阻器。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述电流镜包括: 三个场效应晶体管，每一个包括源极、栅极和漏极， 其中所述三个场效应晶体管中的每一个的源极耦接到电压源并且所述三个场效应晶体管中的每一个的栅极耦接到一起。17.根据权利要求16所述的系统，还包括二极管，所述二极管包括第一端子和第二端子，所述第一端子连接到所述基极并且所述第二端子连接到所述电压源。18.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制开关包括: 逻辑门，所述逻辑门用于接收所述调光输入信号； 第一晶体管，所述第一晶体管串联到第二晶体管，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极接收反相器的输出;并且 所述第一晶体管连接到所述电流镜并且所述第二晶体管接地； 其中所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的节点连接到所述电流参考网络。19.根据权利要求15所述的系统，其中所述电流参考网络包括至少一个电阻器和至少一个电容器。20.根据权利要求12所述的系统，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。21.根据权利要求15所述的系统，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。22.根据权利要求17所述的系统，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。23.一种与一串发光二极管一起使用的调光开关，包括: 响应于调光输入信号而驱动电流通过所述一串发光二极管的装置。24.根据权利要求23所述的开关，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。25.—种照明系统，包括: 一串发光二极管； 响应于调光输入信号而驱动电流通过所述一串发光二极管的装置。26.根据权利要求25所述的系统，其中所述调光输入信号为脉冲宽度调制信号。
【文档编号】H05B33/08GK105935004SQ201480063545
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年11月21日
【发明人】A.梅尼克
【申请人】微芯片科技公司