专利名称：一种双端电流源及包含该双端电流源的led驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED驱动器，特别是涉及一种LED驱动器的双端电流源。
背景技术：
由于LED的简便及低成本，因而被广泛地使用在可携式的产品中，当使用一个以 上的LED当作电源时，须控制每一个LED的亮度一致，又LED的亮度正比于所通过的电流， 因此控制供应至每一 LED的电流大小，即控制每一个LED的亮度。一般来说，LED所搭配的 电流源须考虑其成本问题，影响成本的一个重要因素是外部部件的数量。现有的LED驱动器常用的有降压型和升压型两种，参见图1和图2。图1所示为 BUCK型LED驱动器，即降压型LED驱动器，图2所示为BOOST型LED驱动器，即升压型LED 驱动器。但这两种驱动器都具有若干外部部件，并且LED的数量受电源能够承受的电压限 定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双端电流源，该双端电流源外 部部件少，且LED的数量不受电源能够承受的电压限制。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种双端电流源，用于驱动发光二极管，包含恒流偏置单元，包含由栅极相互连 接的第一 NMOS管和第二 NMOS管构成的升压电流镜，和与该升压电流镜连接的电流参考电 路；内部电压产生单元，连接所述电流参考电路；和功能控制单元，包含亮度调节模块，该 亮度调节模块与所述电流参考电路连接。优选地，所述功能控制单元还包含与所述电流参考电路连接的保护模块，该保护 模块包含短路保护模块，该短路保护模块根据内部检测装置所检测到的两个端子之间的电 压，相应降低输出电流。优选地，所述保护模块还包含与所述电流参考电路连接的过温保护模块，该过温 保护模块根据内部温度检测器所检测到的结温，相应调节输出电流。优选地，所述内部电压产生单元，包含与稳压二极管连接的电阻和第三NMODS管， 该第三NMOS管的栅极与所述稳压二极管连接，该第三NMOS管的源极与所述电流参考电路 连接，该第三NMOS管的漏极与电源正端连接。优选地，所述恒流偏置单元还包含运算放大器，该运算放大器的同相输入端连接 第一 NMOS管的漏极，反相输入端连接第二 NMOS管的漏极，输出端连接第四NMOS管的栅极， 该第四NMOS管的源极连接第二 NMOS管的漏极。优选地，所述发光二极管驱动器的输入电压范围在85V到265V之间。优选地，本发明还提供一种发光二极管驱动器，其包含前述的双端电流源。优选地，本发明另外提供一种电子设备，其也包含前述的双端电流源。本发明所采用的技术方案的优点是
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(1)本发明双端电流源只与双端电压差有关，当与LED负载串联应用时，总的输入 电压减去LED负载两端的电压即为装置两端的电压差。本发明通过在驱动器内置内部电压 产生单元，当装置两端的电压差在最小电压差和击穿电压之间变化时，内部电压相对保持 不变，内部电流源稳定不变。当LED负载电压变化时只需保证装置两端的电压差在最小电 压差和击穿电压之间就能正常工作，所以装置所驱动的LED的数量在一定的范围内不受装 置所承受的总的输入电压的限制。(2)本发明双端电流源只与双端电压差有关，当装置两端的电压差在最小电压差 和击穿电压之间变化时，内部电压相对保持不变，内部电流源稳定不变，保证LED正常工 作。本发明省略了外部部件，这不但减小了材料清单成本，而且还降低了放置更多组件所需 的额外生产成本，并实现了解决方案尺寸的缩小。(3)本发明通过在驱动器内置内部电压产生单元，当双端电压差在最小输入电压 差和击穿电压之间变化时，内部电压相对保持不变，内部电流源稳定，可以通过改变LED的 数量使总的输入电压减去LED负载两端的电压保持在装置最小输入电压差和装置击穿电 压之间，该装置能在较宽的输入电压范围内为LED提供稳定的电流，本发明能够应用于大 多数LED，包括家用交流装置，其电压范围在85V到265V之间。(4)本发明内置短路保护模块，根据内部检测装置所检测到的两个端子之间的电 压，来相应降低输出电流，能有效降低总功耗，避免系统发生故障，例如发生短路。(5)本发明与LED负载串联应用时，恒定的电流流过装置和负载，装置的效率可以 仅通过调节LED负载与装置之间的电压降比值实现，其可以被设计为超过98%。下面结合附图对本发明的实施和优点作进一步解释。
图1是现有的一种降压型LED驱动器；图2是现有的一种升压型LED驱动器；图3显示LED的亮度与电流偏差值成正比；图4显示依据本发明的一种双端电流源；图5显示依据本发明的另一种双端电流源；图6显示本发明同相电压在很大范围内变化时，输出电流的模拟值保持不变。
具体实施例方式图3显示LED的亮度与电流偏差值成正比，提供恒定的电流偏差值地最简单和有 效的方式是直接由电源向LED提供。如图所示为结点温度为25°C时，相对流量和效能与前 向电流之间的关系，横坐标为前向电流，纵坐标为典型相对通量和典型相对效能。参考图4，本发明所提供的用于驱动发光二极管的双端电流源100，包含恒流偏 置单元10，其包含由栅极相互连接的第一 NMOS管101和第二 NMOS管102构成的升压电流 镜，和与该升压电流镜连接的电流参考电路103 ；内部电压产生单元20，连接所述电流参考 电路103 ；和功能控制单元30，包含亮度调节模块301，该亮度调节模块301与所述电流参 考电路103连接。所述恒流偏置单元10中，电流提供部件104和第一 NMOS管101组成偏置电流产
4生模块，作为内部精准电流参考电路103，用于产生偏置电流，经第二 NMOS管102镜像产生 放大电流，将电流升至期望值。 所述内部电压产生单元20，包含与稳压二极管201连接的电阻202和第三NMOS管 203，该第三NMOS管203的栅极与所述稳压二极管202连接，该第三NMOS管203的源极与 所述电流提供部件104连接，该第三NMOS管203的漏极与电源正端连接。
在本发明另一实施例中，所述功能控制单元20还包含与所述电流参考电路连接 的保护模块302，该保护模块可以包含短路保护模块，该短路保护模块根据内部检测装置两 端303和304之间的电压差，相应降低输出电流。这样，当一个LED被短路时，通过装置的 电压也被相同程度的扩大。当有更多LED被短路时，电压就可能超出装置的击穿电压。内 部比较器被用于检测输入电压。当输入电压超过一设定极限时，LED的电流值就被减小，比 如，从20mA减至10mA。在这种情况下，其有效的将系统的功耗减小了一半。作为警告，LED 的亮度也被降低。所述保护模块还可以包含与所述电流提供部件104连接的过温保护模块，该过温 保护模块根据内部温度检测器所检测到的结温，相应调节输出电流。如图4所示，本发明的LED驱动电路，内部电压Vinternal随输入电压的升高而升 高，其值为Vin-Vt。而当输入电压大于一阈值时，内部电压Vinternal不随输入电压变化 而保持稳定。内部参考电流电路在电压达到一阈值时开始工作。该参考电流之后通过电流 镜电路被扩大N倍，例如，若内部参考电流Iref = IOuA,比值η = 2000，则放大后的电流 Ipower = 20mA。由于第一 NMOS管101和第二 NMOS管102的漏极电压不能保证完全相等， 这就降低了共源共栅电流镜的电流复制精度，电流比值可能会不按期望的变化。为改善该 问题，本发明提供一个改进的技术方案，其实施例如图5所示。参考图5，本发明在恒流偏置单元10中进一步设置运算放大器105，该运算放大器 105的同相输入端连接第一 NMOS管101的漏极，反相输入端连接第二 NMOS管102的漏极， 输出端连接第四NMOS管104的栅极，该第四NMOS管104的源极连接第二 NMOS管102的漏 极。所述运算放大器105被用于使第一 NMOS管101的漏极电压和第二 NMOS管102的 漏极电压相同。这样，不管同相输入电压怎样变化，电流比值η都能保持不变。图6显示同相电压在很大范围内变化时，输出电流的模拟值都保持不变。既然流 过LED的电流与流过装置的电流相同，因此流过装置的电流的任何变化都会影响流过LED 的电流。该流过LED的电流，根据图4，为Iled = Id+Iref+Ipower+11+Idim其中的Iref、Ipower、Il和Idim都是由固定的内部电压Vinternal产生，电压 Vinternal能够通过提高电路的精度和容错性控制。Id是其中唯一随输入电压变化而变化 的电流，输入电压的变化因为二极管电流的变化而变化。获得较好稳定电流偏差值的一种 方式是采用具有固定闸电压的耗尽型NM0S。另一种方式是先采用一启动电路，然后利用启 动完毕之后的电压产生一恒流源代替启动电路中电流随输入电压变化的支路。然而如图4 所示，本发明内部电压产生单元中采用3兆的电阻202，串联齐纳二极管201，此时电流和电 压的变化范围分别为IuA到10uA，8V到35V。IOuA的电流仅仅是20mA的0. 5%，对大多数 实际应用来说，可以忽略。因此，该装置可以在较宽的输入电压范围内为LED提供稳定的电
5流，输入电压范围可以在85V到265V之间，能够应用于大多数LED。
当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除 上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方 案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
一种双端电流源，用于驱动发光二极管，包含恒流偏置单元，包含由栅极相互连接的第一NMOS管和第二NMOS管构成的升压电流镜，和与该升压电流镜连接的电流参考电路；内部电压产生单元，连接所述电流参考电路；以及功能控制单元，包含亮度调节模块，该亮度调节模块与所述电流参考电路连接。
2.根据权利要求1所述的双端电流源，其特征在于，所述功能控制单元还包含与所述 电流参考电路连接的保护模块，该保护模块包含短路保护模块，该短路保护模块根据内部 检测装置所检测到的两个端子之间的电压，相应降低输出电流。
3.根据权利要求2所述的双端电流源，其特征在于，所述保护模块还包含与所述电流 参考电路连接的过温保护模块，该过温保护模块根据内部温度检测器所检测到的结温，相 应调节输出电流。
4.根据权利要求1所述的双端电流源，其特征在于，所述内部电压产生单元，包含与稳 压二极管连接的电阻和第三NMOS管，该第三NMOS管的栅极与所述稳压二极管连接，该第三 NMOS管的源极与所述电流参考电路连接，该第三NMOS管的漏极与电源正端连接。
5.根据权利要求1所述的双端电流源，其特征在于，所述恒流偏置单元还包含运算放 大器，该运算放大器的同相输入端连接第一 NMOS管的漏极，反相输入端连接第二 NMOS管的 漏极，输出端连接第四NMOS管的栅极，该第四NMOS管的源极连接第二 NMOS管的漏极。
6.根据权利要求1所述的双端电流源，其特征在于，所述发光二极管驱动器的输入电 压范围在85V到265V之间。
7. 一种发光二极管驱动器，包含如权利要求1-6中任一项所述的双端电流源。
8. 一种电子设备，包含如权利要求1-6中任一项所述的双端电流源。
全文摘要
一种双端电流源及包含该双端电流源的LED驱动器，所述双端电流源用于驱动发光二极管，包含恒流偏置单元，包含由栅极相互连接的第一NMOS管和第二NMOS管构成的升压电流镜，和与该升压电流镜连接的电流参考电路；内部电压产生单元，连接所述电流参考电路；和功能控制单元，包含亮度调节模块，该亮度调节模块与所述电流参考电路连接。本发明能实现更多的成本节约和更小的芯片尺寸。
文档编号H05B37/02GK101896028SQ20101022909
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者代国定, 方展忠, 胡波, 陈跃 申请人:昌芯(西安)集成电路科技有限责任公司;深圳市泰德工业产品设计有限公司