专利名称：用于驱动并联led的电流源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于驱动并联LED(发光二极管)的电流源电路。
背景技术：
白光LED目前在手持设备(手机、MP3、MP4等)中已得到广泛的应用。
LED驱动电路一般可分成二种，一种是串联驱动，采用电感型DC-DC升压转换原理，所有LED串联连接；另一种是并联驱动，采用电容型的电荷泵倍压原理，所有LED并联连接。
串联驱动的方式可以保证所有LED流过的电流完全一致，这样各通道LED能够保证亮度匹配度。对于一个较大的显示屏，它会需要多个白光LED来做为背光，串联驱动的方式可以提供相当好的LED电流匹配精度，从而达到均匀的显示亮度。
但是串联驱动的一个很大的问题就是EMI(电磁干扰)问题，由于串联型驱动电路的开关管工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程是一个干扰源，外接的电感会使得干扰的辐射现象相当严重，尤其在移动通信终端，会对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，那么它对外形成的EMI干扰就远远小于串联驱动电路。但是在并联驱动电路中，如何保证各个并联LED电流的匹配度是值得关注的问题。
在现有的驱动LED的电流源电路中，一般通过镜像一个小电流(uA级)来得到LED所需的大电流(mA级)。
如图1和图2所示，IB为其它电路所提供的电流基准，V1和V2可以为同一个或不同电压源。VDROP为电流源输出所需电压。
如图1所示，在构成电流镜的NMOS管M2和M1的漏端电压相等的情况下，M2与M1电流之比为
IM2/IM1＝(W2/L2)/(W1/L1) (1)W2、L2为M2的沟道长度和沟道宽度，W1和L1为M1的沟道长度和沟道宽度。
其设计缺陷在于因为LED正向导通压降不同，从而MOS管M2的源漏电压VDS2并不等于M1的源漏电压VDS1，这样由“沟道调制效应”引起的M2的电流变化会比较大。并且在VDS2很小的情况下，M2管进入线性区，输出电流会下降很多。这样很难达到LED之间的电流匹配精度的要求。在并联LED驱动电路中，通常，要求LED间的电流匹配精度在0.5％到3％之间。
如图2所示，在运算放大器A1没有失调电压的情况下，MOS管M1电流与基准电流之比为IM1/IB＝R1/R2(2)该电流源电路的缺陷是1、R2会承载压差，这样一部分功耗消耗在了电阻上，降低了效率。并且在大输出电流情况下，电阻R2上消耗的功耗会显著增加。对于输出级的效率Eff，可以计算为Eff＝(V2-VDROP)/V2(3)显然，VDROP增大，效率会降低。
2、电阻R1和R2需要高匹配度，在芯片内部实现会有困难。
3、上述1和2两点构成了矛盾，更增加了电路实现的困难。因为要实现高匹配度的电阻，在通常的工艺情况下，电阻值不可能太小。
4、由于运算放大器A1失调电压VOS直接叠加到小电阻R2上，降低了输出电流的精度。见公式4。
IR2＝(R1/R2)×IR+VOS/R2(4)发明内容本发明的目的在于提供一种用于驱动并联LED的电流源电路，其既可以保证驱动级的工作效率，同时又保证各通道LED间具有良好的电流匹配精度。
本发明所提供的一种用于驱动并联LED的电流源电路，包括构成电流镜的晶体管M1、M2和一与晶体管M1相连的基准电流源IB，以及一运算放大器A1，其特征在于所述晶体管M1的漏端电压被采样至运算放大器A1的正输入端，所述晶体管M2的漏端电压被采样至运算放大器A1的负输入端，运算放大器A1的输出端连接至构成电流镜的晶体管M1和晶体管M2的栅端。
在上述的用于驱动并联LED的电流源电路中，构成电流镜的晶体管是NMOS管。
在上述的用于驱动并联LED的电流源电路中，构成电流镜的晶体管是PMOS管。
在上述的用于驱动并联LED的电流源电路中，构成电流镜的晶体管是NPN管。
在上述的用于驱动并联LED的电流源电路中，构成电流镜的晶体管是PNP管。
在上述的用于驱动并联LED的电流源电路中，运算放大器A1的直流开环增益设置在40dB以上。
在上述的用于驱动并联LED的电流源电路中，晶体管M1和晶体管M2对应端电压相等。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明对现有(图1所示)用于驱动并联LED的电流源电路中的电流镜进行改进，引入运算放大器构成的控制环路，通过运放放大器的控制使得构成电流镜的两个晶体管M1、M2，如NMOS管，其源漏压差相等，从而消除了沟道调制效应，即便在不同的LED情况下，电流镜都可以保证所设计比例关系，并且在很低的源漏电压情况下，M1和M2进入到线性区，依然可以得到较好的比例关系。这样一个设计保证了电流镜比例几乎不随LED特性而变化，同时又允许较低的电流源输出电压VDROP，从而使得电路有比较高的转换效率。因此本发明用于驱动并联LED，既可以保证驱动级的工作效率，同时又保证各通道LED间具有良好的电流匹配精度。
图1是现有一种用于驱动并联LED的电流源电路的原理图；图2是现有另一种用于驱动并联LED的电流源电路的原理图；图3是本发明用于驱动并联LED的电流源电路的实施例的原理图；
图4是本发明电流源电路实际应用的原理图。
具体实施例方式
如图3所示，本发明用于驱动并联LED的电流源电路，包括构成电流镜的NMOS管M1、M2和一与NMOS管M1相连的基准电流源IB，以及一运算放大器A1。
NMOS管M1的漏端电压被采样至运算放大器A1的正输入端，输出电流NMOS管M2的漏端电压被采样至运算放大器A1的负输入端，运算放大器A1的输出接至构成电流镜的NMOS管M1和M2的栅端。由于运算放大器A1的直流开环增益在40dB以上，所以能够保证A1的正负输入端电压相等。NMOS管M1的栅端、漏端、源端、衬底电压与NMOS管M2的对应端电压相等，所以相互之间的电流比例等于其宽长比之比IM2/IM1＝(W2/L2)/(W1/L1) (5)W2、L2为M2的沟道长度和沟道宽度，W1和L1为M1的沟道长度和沟道宽度。因此电流镜比例关系不受LED特性或者其它器件特性的影响，即使在由于LED导通压降比较大所导致的M2管源漏电压VDS2很低的情况下，输出电流依然能够保证高的一致性。
本发明电流源电路制成芯片，用于驱动多通道白光LED，应用要求各通道LED电流保证高的匹配度。而实际应用中，不同LED在相同电流情况下的导通压降差别比较大，可能会达到200mV，甚至更多。
图4为实际的电路示意图。其中V1为输入电压；V2为芯片内部电路变换出来的驱动LED的电压，它是根据LED的导通压降以及电流源所需要的工作电压VDROP所决定的。IB1和IB2为其它模块所产生的基准电流源，其电流相等。
所有LED的阳极都接至同一个电位V2，由于D1、D2两个LED的导通压降并不相等，导致了MOS管M1与M2的漏端电压不相等。这样LED特性的差别在本电路中会得到补偿。
举例说明若D1的导通压降大于D2的导通压降，会导致VDROP2＜VDROP1’由于运算放大器的控制作用，MOS管M2的栅极电位会比M4的栅极电略高，因此M2的电流依然可以保证为IM2/IB1＝(W2/L2)/(W1/L1)(6)M4的电流为IM4/IB2＝(W4/L4)/(W3/L3)(7)由于IB2＝IB1，因此只要宽长比例相等IM2＝IM4(8)W和L分别为对应MOS管的沟道宽度和沟道长度。
相比图1和图2所示方案，在同样应用条件下(V1＝3.6V，驱动白光LED，电流输出为20mA，两通道LED输出)。若由于LED压降的不同，VDROP1＝200mV，VDROP1＝400mV。这种结构中D1和D2两个LED的电流匹配度在±0.5％以内。图1所示电流源的电流精度在±30％以内。图2所示的电流源的电流精度在±4％以内。
基于上述同样的应用条件，如果LED导通压降相等，对于本电流源电路，电流源上损失压降VDROP只需200mV，而图2所示方法需要400mV。
显然本发明电流源电路同时保证了高的电流精度和高的转换效率。
本发明的优点1、由于LED特性的变化导致输出NMOS管M2的源、漏端电压VDS2变化，在本发明所构造的电路中，可以通过引入运算放大器进行环路控制，调整构成电流镜的NMOS管M1、M2的栅极电压，来补偿LED特性的变化。在由于LED特性所导致的VDS2电压较低的情况下电流源管的栅极电压会被抬升，反之亦然，这样起到了补偿LED特性变化的作用。所以能够保证在各种LED情况下，输出NMOS管M2能够以恒定电流驱动LED。
2、即便NMOS管M2和M1进入线性区，只要提供的基准电流IB，M2与M1的电流比依然可以保持由式4所给出的比例关系，这样可以减小大电流输出对M2的尺寸要求，即允许使用相对较小尺寸的M2来驱动大电流。
3、综合上述1、2两点，由于这种电流镜比例关系不依赖于其它器件(如电阻等)，所以电流源上损失的电压即VDROP电压比图1和图2所示方案所要求的要小。
因此，本发明电流源结构不仅保证了输出电流的精度，还能够保证高的转换效率。
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
1.一种用于驱动并联LED的电流源电路，包括构成电流镜的两个晶体管(M1、M2)和一与晶体管(M1)相连的基准电流源(IB)，以及一运算放大器(A1)，其特征在于所述晶体管(M1)的漏端电压被采样至运算放大器(A1)的正输入端，所述晶体管(M2)的漏端电压被采样至运算放大器A1的负输入端，运算放大器(A1)的输出端连接至构成电流镜的晶体管(M1)和晶体管(M2)的栅端。
2.根据权利要求1所述的用于驱动并联LED的电流源电路，其特征在于所述的构成电流镜的晶体管是NMOS管。
3.根据权利要求1所述的用于驱动并联LED的电流源电路，其特征在于所述的构成电流镜的晶体管是PMOS管。
4.根据权利要求1所述的用于驱动并联LED的电流源电路，其特征在于所述的构成电流镜的晶体管是NPN管。
5.根据权利要求1所述的用于驱动并联LED的电流源电路，其特征在于所述的构成电流镜的晶体管是PNP管。
6.根据权利要求1所述的用于驱动并联LED的电流源电路，其特征在于所述运算放大器(A1)的直流开环增益设置在40dB以上。
7.根据权利要求1所述的用于驱动并联LED的电流源电路，其特征在于所述晶体管(M1)和晶体管(M2)对应端电压相等。
全文摘要
一种用于驱动并联LED的电流源电路，包括构成电流镜的NMOS管(M1、M2)和一与NMOS管(M1)相连的基准电流源(I
文档编号H05B33/08GK1802057SQ20061002333
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
发明者余兴智, 孙洪军 申请人:启攀微电子(上海)有限公司