专利名称：一种具有自适应模式切换的并联led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟集成电路，尤其指具有自适应模式切换的并联型驱动电路。
背景技术：
在手机、MP3等手持式设备的背光驱动电路中，通常，由一块锂电池为整个系统供电，锂电池电压一般在3.6V-4.2V之间。而不同类型白光LED(发光二极管)的阈值电压变化很大，同时随着温度和驱动电流的变化而改变，一般LED的正向导通压降VLED可能在2.5V-4.5V范围内。因此对于导通压降大的LED，需要将锂电池电压变换至更高的电压才能提供足够的驱动能力。
按电压变换方式，驱动电路一般可分成二种，一种是串联驱动，基于电感型DC-DC(直流-直流)升压转换原理，所有LED串联连接；另一种是并联驱动，基于电容型的电荷泵倍压原理，所有LED并联连接。
串联驱动的方式优点在于效率高，各LED的电流匹配度高。但是其开关工作方式存在EMI问题，会对手机等移动通信终端的接收灵敏度带来很大的影响。
而并联驱动电路，由于是采用电容的电荷泵升压原理，它对电源形成的干扰远小于串联驱动电路。但是电荷泵电路的效率问题又成为其应用中的一个制约，所以效率成为并联型LED驱动电路设计中的一个关键问题。
如图1所示，并联型驱动电路芯片包括电压变换电路1、电流控制模块2、电容Cout，电压变换电路一般会提供两种工作模式，即LDO(线性稳压器)模式和电荷泵(CHARGE PUMP)模式，在LDO模式下，VCONVERT电压即为VBATTERY，称为1×工作模式。在电荷泵模式下，VCONVERT升压至1.5倍VBATTERY电压，称为1.5×工作模式。
通常电路根据负载所要求的驱动能力，会在两种工作模式间切换。模式切换点VTH为VTH＝VDROP1+VDROP2+VLED(1)模式切换判据为VBATTERY＞＝VTH(2)其中VDROP1为芯片内部电流控制模块的压降，该电压一般在200mV左右。VDROP2为芯片工作在1×模式下，内部驱动晶体管所要求的最小压差，一般也需要200mV左右。VBATTERY为锂电池电压，VLED为LED正向导通压降，VDROP为VCONVERT与VOUT的压差。
因此，在满足式2的情况下，电压变换电路工作在1×工作模式。这种情况下效率可以计算为Eff1＝VLED/VBATTERY(3)随着锂电池电压的逐渐下降或其它条件的改变，式2不满足，电压变换电路工作在1.5×工作模式。这种情况下效率可以计算为Eff1.5＝VLED/(1.5×VBATTERY)(4)由式3和式4，对于同样的应用条件，工作在1.5×模式与1×模式的效率之比Eff1.5/Eff1＝2/3(5)显然，为了保证高的转换效率，电压变换电路应尽可能的工作在1×工作模式。因此根据负载即LED特性和工作点来选取合适的工作模式成为提高效率的关键。
如图2所示，一种常见的模式控制电路，包括电压变换电路1、模式切换判断电路3、电流控制模块2、运算放大器A1、分压电阻R1、R2、电容Cout。VOUT电压经过电阻分压后被反馈至运算放大器A1的负端，所以在A1的开环增益足够高(大于40dB)的情况下VOUT＝((R1+R2)/R2)×VREF(6)由式2给出的模式切换判据，这种控制方法只有满足式7的条件下才工作在1×工作模式。
VBATTERY＞＝VOUT+VDROP2(7)通常VOUT电压被设定在4V以上，由于VOUT电压被限定，因此模式切换点VTH没有考虑到LED的实际导通压降，会造成不同情况下的效率损失。例如，当VBATTERY＝4V，VLED＝3V的条件下，可以工作在1×模式而进入1.5×模式工作，效率的损失是很明显的。
发明内容
本发明旨在提供一种能够提高转换效率的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路。
本发明所提供的一种具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，包括电压变换电路、模式切换判断电路、电流控制模块、运算放大器A1、分压电阻R1、R2、电容Cout，其特征在于它还包括一反馈控制环路，该反馈控制环路连接在运算放大器A1与电压变换电路1之间，用于保证电压变换电路1所变换出的电压足够驱动LED。
在上述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路中，反馈控制环路包括一第二运算放大器A2和一与之相连的电流镜I1、I2，使电流控制模块上的电压VDROP1与参考电压VREF2的差值通过该第二运算放大器A2的放大来控制所述电流镜I2流过分压电阻R2的电流，电阻R2上的分压经过运算放大器A1的放大，最后反馈到第二运算放大器A2的负端，确保的电压VDROP1与参考电压VREF2值相等。
在上述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路中，运算放大器A1设有一软启动控制端SOFT，用于在电路启动后，提供了一个按设定斜率线性上升的电压信号，并由于该运算放大器的反馈控制作用，带动输出电压VOUT平稳上升。
在上述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路中，电流控制模块上的电压VDROP1设定在200-400mV之间。
在上述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路中，构成电流镜的电流I1、I2为单向电流源。
在上述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路中，运算放大器A1的开环增益大于或等于40dB。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明用作手机、MP3等手持设备中的背光驱动芯片，提供两种自适应切换的工作模式，来达到整个锂电池工作电压范围的高转换效率。本发明在保证了高转换效率的同时，也实现了软启动与过压保护，并具有很强的可实施性。
图1是现有一种并联LED驱动电路的原理示意图；图2是现有另一种并联LED驱动电路的原理示意图；图3是本发明具有自适应模式切换的并联LED驱动电路的原理示意图；图4是本发明具有自适应模式切换的并联LED驱动电路在特例情况下的电路示意图。
具体实施例方式
如图3所示，在本发明电路中，VDROP1电压设定为一个固定的、相对比较小的电压值，一般在200-400mV之间，因此VOUT电压不再是固定的电压值。根据式1，模式切换电压VTH也不再是固定电压，而会根据LED的正向导通压降而调整。
根据式2给出的模式切换判据，可以看出通过模式切换电压VTH根据负载LED特性的自适应变化，实现了模式切换的自适应控制。
如图3所示，本发明，即一种具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，包括电压变换电路1、模式切换判断电路3、电流控制模块2、运算放大器A1、分压电阻R1、R2、电容Cout，以及一反馈控制环路，该馈控制环路包括一第二运算放大器A2和一与之相连的电流镜I1、I2。
1.本发明提高了转换效率。如图3所示，VDROP1与VREF的差值通过运算放大器A2的放大来控制电流镜I2流过分压电阻R2的电流，电阻R2上的分压经过运算放大器A1的放大，最后反馈到A2的负端。通过这样一个反馈控制环路，可以保证VDROP1与VREF2设定的电压值相等，一般为200mV。VDROP2为芯片工作在1×模式下，内部驱动晶体管所要求的最小压差。当VDROP2＜150mV时，芯片电流驱动能力下降，进入1.5×模式工作。
因此根据式2，只要满足式8，芯片工作在1×模式下。
VLED＜VBATTERY-200mV-150mV (8)对于正向导通压降VLED在3.2V以内的LED，在锂电池整个工作电压范围内都工作在1×模式。即使对于导通压降比较大的LED，也能够保证LED在锂电池的相当一段工作电压范围内处于1×工作模式。显然，电压转换效率具有相当程度的提高。
2、本发明实现了软启动，减小了对电源的电流冲击。所谓软启动，即VOUT电压以一定斜率线性上升，LED电流从0mA升至设定电流的启动过程称为软启动。运算放大器A1的SOFT端为软启动控制端，它在芯片正常工作后，给运算放大器提供了一个按一定斜率从0V到VBATTERY线性上升的电压信号，由于运算放大器的反馈控制作用，带动VOUT平稳上升。由于本发明同时采样了LED阴极电压为运算放大器A2的反馈信号，考虑到LED的非线性，在软启动过程中，LED阴极电压并不能按显著的跟随VOUT上升而上升。但由于I1与I2为单向电流源(即只能按图示方向输出电流，不能反方向吸入电流)，所以电流镜I1与I2处于关断状态，因此A2的反馈控制环路在软启动过程中实际断开了。
所以在软启动过程中，实际的工作电路如图4所示，运算放大器A1作为主控制运放，使得VOUT电压可以根据SOFT端控制信号的上升斜率而上升。软启动过程并没有因为运算放大器A2的引入而受到影响。
当VOUT上升到足够高，可以驱动设定电流时，VDROP1也上升到200mV左右，此时由于A2的放大作用，A2所构成的控制环路起主要反馈作用。这样VDROP1被设定在200mV，结束软启动，进入正常工作状态。
3、本发明实现了过压保护。由于LED断路或者其它原因使得LED阴极电压VDROP1处于极低电位，如远小于200mV。因为电流镜I1和I2是单向电流输出，所以这种条件下的工作电路仍是如图4所示，由于运算放大器A1的反馈控制作用，VOUT电压稳定在VOUT＝((R 1+R2)/R2)×VREF1(9)这样，VOUT电压被限定，保护了LED管和芯片内部器件，实现了过压保护。
综上所述，本发明模式切换控制的主要目的在于提高锂电池工作电压范围内的总体转换效率，如前所述，1×工作模式的效率明显高于1.5×工作模式的效率。大部分的LED，工作电流在20mA时正向导通压降一般小于3.2V。同样应用条件下图2所示方案要求的VTH电压明显要高。由式2给出的模式切换判据，本发明的控制方法能够保证芯片工作在1×工作模式，而同样情况下图2的控制方法在锂电池的大部分工作电压范围内工作在1.5×模式。所以本发明的控制方法能够显著提高效率。另外，本发明在保证了高转换效率的同时，也实现了软启动与过压保护。因此，本发明既保证了高的性能，同时也具有很强的可实施性。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴之内，应由各权利要求限定。而纳入权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，包括电压变换电路(1)、模式切换判断电路(3)、电流控制模块(2)、运算放大器(A1)、分压电阻(R1、R2)、电容(Cout)，其特征在于它还包括一反馈控制环路，该反馈控制环路连接在运算放大器(A1)与电压变换电路(1)之间，用于保证电压变换电路(1)所变换出的电压足够驱动LED。
2.根据权利要求1所述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，其特征在于所述的反馈控制环路包括一第二运算放大器(A2)和一与之相连的电流镜(I1、I2)，使电流控制模块上的电压(VDROP1)与参考电压(VREF2)的差值通过该第二运算放大器(A2)的放大来控制所述电流镜(I2)流过分压电阻(R2)的电流，电阻(R2)上的分压经过运算放大器(A1)的放大，最后反馈到第二运算放大器(A2)的负端，确保的电压(VDROP1)与参考电压(VREF2)值相等。
3.根据权利要求2所述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，其特征在于所述的运算放大器(A1)设有一软启动控制端(SOFT)，用于在电路启动后，提供了一个按设定斜率线性上升的电压信号，并由于该运算放大器的反馈控制作用，带动输出电压(VOUT)平稳上升。
4.根据权利要求2所述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，其特征在于所述电流控制模块上的电压(VDROP1)设定在200-400mV之间。
5.根据权利要求2所述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，其特征在于所述构成电流镜的电流(I1、I2)为单向电流源。
6.根据权利要求1所述的具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，其特征在于所述运算放大器(A1)的开环增益大于或等于40dB。
全文摘要
一种具有自适应模式切换的并联LED驱动电路，电流控制模块、运算放大器(A1)、分压电阻(R1、R2)，其特点是，还包括一反馈控制环路，该反馈控制环路包括一第二运算放大器(A2)和一与之相连的电流镜(I1、I2)，使电流控制模块上的电压(V
文档编号H05B37/02GK1801300SQ20061002333
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月16日 优先权日2006年1月16日
发明者孙洪军, 余兴智 申请人:启攀微电子(上海)有限公司