專利名稱：Led驅(qū)動電路的輸出電流補償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED驅(qū)動電路領(lǐng)域，尤其涉及滯環(huán)控制模式下的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，在LED驅(qū)動電路，特別是大功率LED驅(qū)動電路中廣泛采用滯環(huán)控制模式的LED驅(qū)動電路，其控制環(huán)路簡單、無須斜坡補償和頻率補償、所需外圍元器件少、方便客戶使用。
圖1為目前采用的滯環(huán)控制模式的LED驅(qū)動電路的部分結(jié)構(gòu)圖，包括閾值設(shè)定模塊(IO)、比較模塊(ll)、驅(qū)動模塊(12)和開關(guān)模塊(13)，其中
所述的閾值設(shè)定模塊(10)包括由運算放大器A1和NMOS管M3構(gòu)成的電壓跟隨模塊以及若干電阻，A1的正輸入端接LED驅(qū)動電路內(nèi)部基準電壓VREF， A1的負輸入端接M3的源極,Al的輸出端接M3的柵極，所述的若干電阻包括電阻R1、 R2和R4， R1—端接M3的漏極，另一端作為LED驅(qū)動電路的Vin端口， R2連接M3的源極，另一端串聯(lián)R4， R4接地；
所述的比較模塊(11)包含比較器A2， A2的負輸入端接M3的漏極，A2的正輸入端作為LED驅(qū)動電路的CS端口；
所述的驅(qū)動模塊(12)包含驅(qū)動器A3， A3的輸入端接A2的輸出端；
所述的開關(guān)模塊(13)包括畫0S管M1和M2， M1和M2的柵極均連接A3的輸出端，M1和M2的源極均接地，M2的漏極連接在R2與R4之間，M1的漏極作為LED驅(qū)動電路的SW端口；
上述滯環(huán)控制模式的LED驅(qū)動電路缺點為由于內(nèi)部邏輯延時、比較器上升延時和下降延時的影響，當LED驅(qū)動電路驅(qū)動LED負載時，其輸入電壓Vin或/和外接LED輸出電壓Vout發(fā)生變化時，LED負載的平均電流Iavg大小將發(fā)生變化，使LED驅(qū)動電路的穩(wěn)流特性較差。采用圖l所示滯環(huán)控制模式的LED驅(qū)動電路， 一般在6 30V輸入電壓變化時，輸出電流有5% 15%的變化， 一方面使LED負載的電流不易控制，影響發(fā)光的穩(wěn)定性；另一方面，輸入電壓Vin和輸出電壓Vout變化時LED驅(qū)動電路的輸出電流將變大，當超過LED負載的額定電流時會嚴重影響LED負載的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是滯環(huán)控制模式下的LED驅(qū)動電路存在的不足，提供滯環(huán)控制模式下的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路。200
LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，特征在于包括閾值設(shè)定模塊、比較模塊、驅(qū)動模塊、開關(guān)模塊以及補償模塊
所述的閾值設(shè)定模塊通過LED驅(qū)動電路的Vin端口接入LED驅(qū)動電路的外部輸入電壓Vin，同時閾值設(shè)定模塊接地，使閾值設(shè)定模塊在LED驅(qū)動電路上電后持續(xù)導通，所述閾值設(shè)定模塊包括電壓跟隨模塊，所述電壓跟隨模塊接入LED驅(qū)動電路的內(nèi)部基準電壓VREF且電壓跟隨模塊的輸出電壓始終保持等于內(nèi)部基準電壓VREF;
所述的比較模塊比較閾值設(shè)定模塊設(shè)定的閾值電壓與LED驅(qū)動電路的采樣電壓的大小，LED驅(qū)動電路的采樣電壓通過CS端口輸入比較模塊，采樣電壓為Vin與CS端口的壓差，閾值電壓為Vin與閾值設(shè)定模塊輸出電壓的壓差。當LED驅(qū)動電路的采樣電壓小于闞值電壓時，比較模塊的輸出電壓通過驅(qū)動模塊進行信號增強后啟動開關(guān)模塊，當LED驅(qū)動電路的采樣電壓大于閾值電壓時，比較模塊的輸出電壓通過驅(qū)動模塊進行信號增強后關(guān)斷開關(guān)模塊；
所述的開關(guān)模塊通過LED驅(qū)動電路的SW端口控制LED驅(qū)動電路的外接LED電路的通斷，同時通過開關(guān)模塊的導通或關(guān)斷調(diào)節(jié)閾值設(shè)定模塊的電流，從而調(diào)節(jié)閾值設(shè)定模塊設(shè)定的閾值電壓。
所述的一種補償模塊連接到LED驅(qū)動電路的Vin端口 ，當LED驅(qū)動電路接入外部輸入電壓Vin時，補償模塊調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電路的閾值設(shè)定模塊輸出的閾值電壓，補償外部輸入電壓Vin的變化對外接LED輸出電流的影響。
所述的另外一種補償模塊連接到LED驅(qū)動電路的CS端口以及SNS端口 ，當LED驅(qū)動電路CS端口以及SNS端口連接至ljLED驅(qū)動電路的外接LED電路中的LED兩端時(gPLED輸出電壓)，補償模塊調(diào)整LED驅(qū)動電路的閾值設(shè)定模塊輸出的閾值電壓，補償LED驅(qū)動電路所驅(qū)動的外接LED的輸出電壓的變化對LED輸出電流的影響。
其中，所述的閾值設(shè)定模塊包括電壓跟隨模塊以及若干電阻所述電壓跟隨模塊由運算放大器A1和M0S管M3構(gòu)成，A1的正輸入端接LED驅(qū)動電路內(nèi)部基準電壓VREF， Al的負輸入端接M0S管M3的源極,A1的輸出端接M3的柵極；所述的若干電阻包括電阻R1、 R2和R4， R1—端接M0S管M3的漏極，另一端作為LED驅(qū)動電路的Vin端口， R2連接M3的源極，另一端串聯(lián)R4， R4接地；
其中，所述的比較模塊包含比較器A2， A2的負輸入端接M3的漏極，A2的正輸入端作為LED驅(qū)動電路的CS端口；
其中，所述的驅(qū)動模塊包含驅(qū)動器A3， A3的輸入端接A2的輸出端；
其中，所述的開關(guān)模塊包括M0S管M1和M2， M1和M2的柵極均連接A3的輸出端，M1和M2的源極均接地，M2的漏極連接在R2與R4之間，M1的漏極作為LED驅(qū)動電路的SW端口；
6其中，所述的M0S管M1、 M2和M3可以為N溝道增強型M0S管；也可以將所述的M0S管M1、 M2 和M3替換為NPN型三極管。
對于第一種補償模塊可以采用補償電阻；
其中，所述的補償電阻的連接方式為補償電阻R3跨接所述的LED驅(qū)動電路的Vin端口和 M0S管M3的源極。
其中，所述的補償電阻的連接方式還可以為從所述的M0S管M3的源極引出一端口作為帶 輸出電流補償?shù)腖ED驅(qū)動電路的輸出端口，補償電阻R3在LED驅(qū)動電路的外部跨接該輸出端口 和LED驅(qū)動電路的Vin端口。
對于第一種補償模塊還可以采用電流鏡像模塊；
其中，所述的電流鏡像模塊包括電流鏡像電路l、電流鏡像電路2和電阻R5;
其中，所述的電流鏡像電路l由兩個共射極、共基極的三極管Q3和Q4構(gòu)成，兩管的發(fā)射極 均與電源VCC相連，三極管Q3的基極與自身的集電極相連，三極管Q4的集電極與所述的LED驅(qū) 動電路中M0S管M3的源極相連；
其中，所述的電流鏡像電路2由兩個共射極、共基極的三極管Q1和Q2構(gòu)成，兩管的發(fā)射極 均接地，三極管Q1的基極與自身的集電極相連，三極管Q2的集電極與所述的電流鏡像電路1 中三極管Q3的集電極相連；
其中，所述的電阻R5跨接輸入電壓Vin和所述的電流鏡像模塊中電流鏡像電路l的三極管 Ql的集電極。
其中，所述的三極管Q3和Q4為PNP型三極管，三極管Q1和Q2為NPN型三極管； 其中，所述的三極管Q3和Q4也可以替換為P溝道M0S管，其對應(yīng)連接方式同理； 其中，所述的三極管Q1和Q2也可以替換為N溝道M0S管，其對應(yīng)連接方式同理。 對于第二種補償模塊可以采用采樣鏡像模塊；
其中，所述的采樣鏡像模塊包含輸出電壓采樣電路和電流鏡像電路3;
其中，所述的輸出電壓采樣電路由共射極、共基極的三極管Q5和Q6，以及三極管Q7和電 阻R6組成；Q5和Q6相連的射極連接至LED驅(qū)動電路的CS端，Q6的集電極與自身的基極相連，使 Q5和Q6組成電流鏡；三極管Q7的發(fā)射極與Q5的集電極相連，Q7的基極作為所述的LED驅(qū)動電路 的SNS端口連接到LED負載的負極；電阻R6跨接Q7的基極和Q6的集電極；
其中，所述的電流鏡像電路3由共柵極、共源極連接的M0S管M4和M5構(gòu)成，M4和M5相連的 源極接地;M5的漏極與自身的柵極相連，且與所述的輸出電壓采樣電路中M0S管Q7的漏極相連; M5的漏極與所述的LED驅(qū)動電路中MOS管M3的源極相連。
7其中，所述的三極管Q5、 Q6、 Q7為PNP型三極管，所述的M0S管M4、 M5為N溝道M0S管； 其中，所述的三極管Q5、 Q6、 Q7可以替換為P溝道M0S管，其對應(yīng)連接方式同理； 其中，所述的M0S管M4、 M5可以替換為NPN型三極管，其對應(yīng)連接方式同理。 本發(fā)明還可以將補償電阻、電流鏡像模塊、采樣鏡像模塊三種補償模塊組合，如將補償 電阻同采樣鏡像模塊進行組合，或者將電流鏡像模塊同采樣鏡像模塊進行組合，實現(xiàn)LED驅(qū)動 電路的輸出電流補償電路補償外部輸入電壓Vin變化對LED驅(qū)動電路所驅(qū)動的外接LED電路中 LED輸出電流的影響或/和補償LED驅(qū)動電路所驅(qū)動的外接LED輸出電壓的變化對LED輸出電流 的影響。
本發(fā)明有益效果是通過對LED驅(qū)動電路所驅(qū)動的LED輸出電流進行補償，極大改善了LED 驅(qū)動電路的輸出電流的恒流特性，使補償后LED負載的輸出電流對于LED驅(qū)動電路的外部輸入 電壓Vin或/和外接LED的輸出電壓Vout的變化不再敏感，從而使LED負載可以工作在較寬的LED 負載輸入電壓或/和LED負載輸出電壓下。


圖1為目前滯環(huán)控制模式的LED驅(qū)動電路部分結(jié)構(gòu)圖。
圖2為目前滯環(huán)控制模式LED驅(qū)動電路的部分電路同外接LED電路相連的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3為滯環(huán)控制模式LED驅(qū)動電路在理想情況下流過外接LED電路電感的電流波形圖。
圖4為滯環(huán)控制模式LED驅(qū)動電路流過外接LED電路電感的實際電流波形圖。
圖5為采用第一種補償方式的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路結(jié)構(gòu)圖。
圖6為采用第二種補償方式的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路結(jié)構(gòu)圖。
圖7為釆用補償電阻的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路結(jié)構(gòu)圖。
圖8為采用電流鏡像模塊的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路結(jié)構(gòu)圖。
圖9為采用電流鏡像模塊的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路結(jié)構(gòu)圖。
圖10為采用補償電阻或電流鏡像模塊補償前后LED驅(qū)動電路的輸出電流對輸入電壓Vin的
變化曲線圖。
圖11為采用采樣鏡像模塊的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路結(jié)構(gòu)圖。 圖12為采用采樣鏡像模塊的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路結(jié)構(gòu)圖。 圖13為采用采樣鏡像模塊補償前后LED驅(qū)動電路的輸出電流對輸出電壓的變化曲線圖 圖14為幾種LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路組合結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容進一步說明。
如附圖1所示的LED驅(qū)動電路(部分電路結(jié)構(gòu))在驅(qū)動LED負載時，LED驅(qū)動電路同外接LED 電路相連構(gòu)成LED驅(qū)動電路系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示所述的外接LED電路包括串接的采樣 電阻Rsense、 LED負載、電感和肖特基二極管D1;所述的采樣電阻Rsense跨接LED驅(qū)動電路的 Vin端口和CS端口；所述的LED負載的正極接LED驅(qū)動電路的CS端口，負極接所述電感的一端， 所述電感的另一端接LED驅(qū)動電路的SW端口 ；所述肖特基二極管D1跨接所述LED驅(qū)動電路的Vin 端口與SW端口，其PN結(jié)正向為從SW端口到Vin端口；
圖2所示的LED驅(qū)動電路系統(tǒng)工作原理為系統(tǒng)初始上電時，建立LED驅(qū)動電路系統(tǒng)輸入電 壓Vin和LED驅(qū)動電路內(nèi)部基準電壓VREF， A1輸出高電壓至M3的柵極，同時Vin經(jīng)Rl在M3的漏極 施加正向電壓，使M3導通，A1與M3共同形成一個電壓跟隨器，使M3的源極電壓V1—直保持與 基準電壓VREF大小相等。同時，Vin與Rl、 M3、 R2、 R4到地的支路導通，由于12 = 11，此時R1
上的壓降為VREFxR1 ，故比較器A2的負輸入端電壓為vin-VKEF"1 ，比較器A2的正輸入 R2+R4 R2+R4
端電壓為Vin。根據(jù)比較器A2的工作原理當比較器的正輸入端電壓與負輸入端電壓之差大于 0時，比較器輸出高電平；當比較器的正輸入端電壓與負輸入端電壓之差小于O時，比較器輸
出低電平。因此，初始上電后比較器A2的正輸入和負輸入端壓差為X^iH,數(shù)值大于零，
R2+R4
比較器A2輸出高電平，經(jīng)過驅(qū)動器A3，使M1和M2同時導通。
Ml導通后，Vin經(jīng)過Rsense， LED， Ll， Ml到地的支路導通，該支路有電流L出現(xiàn)，由于 電感L1為儲能元件，L為一從小到大逐漸增加的電流，此時A2正輸入端的電壓為
Vin-Rsensexl,;同時M2導通使R4被短路，Rl上的壓降升高為VREFx R1 ，故A2的負輸入端電
R2
壓為Vin-VREFxR、此時，A2正輸入端和負輸入端的電壓差值為VREFx R1 -Rsensex L ，根 R2 R2
據(jù)比較器工作原理，當VREFxRlRsensexL大于o時，A2保持高電平輸出；當
R2
VREFxRl—RsensexL小于o時，A2將輸出低電平。 R2
隨著電感Ll上電流I,的升高，VREFx R1 -Rsensex II的值逐漸減小，當小于0時，比較器
R2
A2輸出低電平，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，通過驅(qū)動器A3，使M1和M2同時截止。
Ml截止后，電感L1儲存的電能通過肖特基二極管D1續(xù)流，仍然有逐漸減小的電流U1過 Ll、 Dl、 Rsense和LED組成的回路，此時A2的正端輸入電壓為Vin-RsensexL;同時M2的截止
9使R4重新加入R1,M1，R2的導電通路，A2的負端輸入電壓降低為Vin-^^lH; A2的正負輸
R2+R4
入端壓差為VREF x R丄Rsens^L ，隨著L1儲能的消耗和放電電流L的逐漸減小，此壓差將大 R2+R4
于0，比較器A2輸出高電平，再次實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，導通M1和M2。 LED驅(qū)動電路系統(tǒng)自動循環(huán)上述過 程，實現(xiàn)對負載LED的滯環(huán)驅(qū)動。
上述滯環(huán)控制模式的LED驅(qū)動電路，其不足之處在于由于內(nèi)部邏輯延時、比較器上升延 時和下降延時的影響，在系統(tǒng)輸入電壓Vin和輸出電壓Vout (g卩LED負載兩端的壓降)發(fā)生變 化時，輸出的到LED負載的平均電流Iavg大小會發(fā)生變化，使LED驅(qū)動電路的穩(wěn)流特性較差。 具體分析如下
根據(jù)上述的電路的工作原理，可知電感電流L大小被箝位在兩個閾值電流最大值Imax
和最小值Imin之間，其大小為
T VH VREF Rl … Imax=——55~=-x- (U
RsENSE^ RsENSE
,. VREF Rl 。、 Imin=-^~ =-x-~ 、"
RsENSE R2+R4 RsENSE
其中，VH為比較器A2的閾值電壓最高值，V,為比較器A2的閾值電壓最低值； 理想狀態(tài)下，電感電流的平均電流Iavg即流過LED的輸出電流，其波形如圖3所示，平均 電流大小為
Iavg=丄(Imax+Imin)
2、 (3) 實際工作中，由于比較器以及整個系統(tǒng)的延時引起平均電流的變化，如圖4所示。圖4中 Tdlyl表示電流上升延時時間，Tdly2表示電流下降延時時間，Idlyl表示上升延時電流增加值， Idly2表示下降延時電流增加值，可以看到上升延時與下降延時都引起了峰值電流的變化。 上限電流Imax由于延時的影響變成Imax'，下限電流Irain由于延時的影響變成Imin'時，其
值為
"."' (4)
T , T 丄Vin-Vout , Imax'=Imax+-^-x Tdly 1
Imin'=Imin- ，Ut x Tdly2
Iavg="^(Imax'+Imin')=會
Imax+Imin+ ， x Tdly 1 - x (Tdlyl +Tdly2) L L
(5)
(6)
可以得到，由于延時引起的輸出電流變化為:
10AIavg= ， x Tdly 1 -x (Tdly 1十Tdly2) ( 7 )
2 L 2L
由公式(7)可以推導出Vin變化以及Vout變化時，平均電流的變化量
輸入電壓變化AViii時，輸出平均電流變化
△Iavgl = ^^xTdlyl (8) 輸出電壓變化AVout時，輸出平均電流變化
AIavg2=- AVout x (Tdlyl+Tdly2) (9) 2L
由公式(8) (9)可知，輸入電壓和輸出電壓變化都會對輸出平均電流的大小有一定的影 響，使LED驅(qū)動電路的穩(wěn)流特性變差。
實際測試的結(jié)果也證實了此缺點目前采用滯環(huán)控制方法的LED驅(qū)動電路， 一般在6 30V 輸入電壓變化時輸出電流有5% 15%的變化。輸出電流的變化對LED電路具有不利的影響 一方面使LED負載的電流不易控制，影響發(fā)光的穩(wěn)定性；另一方面，輸入和輸出電壓變化時輸 出電流如果變大，超過LED的額定電流時會嚴重影響LED的壽命。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路第一種補償方式的電路 結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括閾值設(shè)定模塊(IO)、比較模塊(ll)、驅(qū)動模塊(12)、開關(guān)模塊(13)以及 補償模塊其中
所述的閾值設(shè)定模塊(10)通過LED驅(qū)動電路的Vin端口接入LED驅(qū)動電路的外部輸入電壓 Vin，同時閾值設(shè)定模塊(10)接地，使閾值設(shè)定模塊(10)在LED驅(qū)動電路上電后持續(xù)導通，所 述閾值設(shè)定模塊(10)包括電壓跟隨模塊(101)，所述電壓跟隨模塊(101)接入LED驅(qū)動電路 的內(nèi)部基準電壓VREF且電壓跟隨模塊(101)的輸出電壓始終保持等于內(nèi)部基準電壓VREF;
所述比較模塊(11)比較閾值設(shè)定模塊(10)設(shè)定的閾值電壓與LED驅(qū)動電路的采樣電壓的 大小，LED驅(qū)動電路的采樣電壓通過CS端口輸入比較模塊，采樣電壓為VIN與CS端口的壓差， 閾值電壓為VIN與閾值設(shè)定模塊的輸出電壓的壓差。當LED驅(qū)動電路的采樣電壓小于閾值電壓 時，比較模塊(11)的輸出電壓通過驅(qū)動模塊(12)進行信號增強后啟動開關(guān)模塊(13)，當LED 驅(qū)動電路的采樣電壓大于閾值電壓時，比較模塊(11)的輸出電壓通過驅(qū)動模塊(12)進行信號 增強后關(guān)斷開關(guān)模塊(13);
所述的開關(guān)模塊(13)通過LED驅(qū)動電路的SW端口控制LED驅(qū)動電路的外接LED電路的通斷， 同時通過開關(guān)模塊(13)的導通或關(guān)斷調(diào)節(jié)閾值設(shè)定模塊(10)的電流，從而調(diào)節(jié)閾值設(shè)定模塊 設(shè)定的閾值電壓。。
所述補償模塊(14-1)連接到LED驅(qū)動電路的Vin端口 ，當LED驅(qū)動電路接入外部輸入電壓
11Vin時，補償模塊(14-1)調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電路的閾值設(shè)定模塊(10)設(shè)定的閾值電壓，補償外部輸 入電壓Vin變化對外接LED輸出電流的影響。
另外一種補償方式的電路結(jié)構(gòu)如圖6所示，所述補償模塊(14-2)連接到LED驅(qū)動電路的CS 端口以及SNS端口 ，當LED驅(qū)動電路CS端口以及SNS端口連接到LED驅(qū)動電路驅(qū)動的LED兩端時
(即LED輸出電壓)，補償模塊調(diào)整LED驅(qū)動電路的閾值設(shè)定模塊(10)設(shè)定的閾值電壓，補償 LED驅(qū)動電路所驅(qū)動的外接LED輸出電壓變化對LED輸出電流的影響。
其中，所述的閾值設(shè)定模塊(10)包括電壓跟隨模塊(101)以及若干電阻所述電壓跟隨模 塊(101)由運算放大器A1和M0S管M3構(gòu)成，A1的正輸入端接LED驅(qū)動電路內(nèi)部基準電壓VREF， A1的負輸入端接M0S管M3的源極,A1的輸出端接M3的柵極；所述的若干電阻包括電阻R1、 R2和 R4， R1—端接M0S管M3的漏極，另一端作為LED驅(qū)動電路的Vin端口 ， R2連接M3的源極，另一端 串聯(lián)R4， R4接地;
其中，所述的比較模塊(11)包含比較器A2， A2的負輸入端接M3的漏極，A2的正輸入端 作為LED驅(qū)動電路的CS端口；
其中，所述的驅(qū)動模塊(12)包含驅(qū)動器A3， A3的輸入端接A2的輸出端；
其中，所述的開關(guān)模塊(13)包括M0S管M1和M2， M1和M2的柵極均連接A3的輸出端，Ml 和M2的源極均接地，M2的漏極連接在R2與R4之間，M1的漏極作為LED驅(qū)動電路的SW端口 ；
其中，所述的M0S管M1、 M2和M3可以為N溝道增強型M0S管，也可以將所述的M0S管M1、 M2 和M3替換為NPN型三極管；
由于所述LED驅(qū)動電路的閾值設(shè)定模塊(10)將所述M0S管M3的源極電壓V1大小鉗制為恒 等于LED驅(qū)動電路內(nèi)部基準電壓VREF，故在M2開關(guān)狀態(tài)一定時，流過電阻R2的電流I2為定值。
對于第一種補償模塊(14-1)可以采用補償電阻(14-1)，如圖7所示，補償電阻(14-1)的連 接方式為補償電阻R3跨接所述的LED驅(qū)動電路的Vin端口和M0S管M3的源極。
所述的補償電阻(14-1)的連接方式還可以為從所述的MOS管M3的源極引出一端口，補償 電阻R3在LED驅(qū)動電路的外部跨接該端口和LED驅(qū)動電路的Vin端口。
如圖7所示的電路，其增加補償電阻(14-1)的補償原理如下
由于圖7中，Il為Rl上流過的電流，12為R2上流過的電流，13為R3上流過的電流，跟隨器 輸出電壓V1等于VREF。增加R3電阻以后，當Vin電壓升高時，由于VREF不變，R3兩端的壓差增 大，流過R3的電流I3增大，由于I2在M2開關(guān)狀態(tài)一定時電流不變，并且11 = 12 — 13,流過R1 的電流Il減小，使電流閾值Imax和Imin減小。當由于Imax和Imim減小引起的平均電流減小的 值與Vin增大引起的平均電流增大的值相等時，輸出電流隨Vin改變而變化的值趨近于零，此
12時選擇合適大小的R3電阻即可得到很好的補償特性。R3電阻值大小計算如下 丌關(guān)M2導通狀態(tài)時，
I1=I2 I3—VR￡F Vin-V諸 —_ 一~^ii ，
這樣，上限電流Imax由(1)式變?yōu)镮max3，
T ， ，VREF Vin-VREF、 Rl "n、
Imax3=(---)x-
、R2 R3 ' Rsense
同理可得，開關(guān)M2關(guān)斷時，Imin由(2)式相應(yīng)變?yōu)镮min3:
T . ， ， VREF Vin陽VREF、 Rl m、
Imin3=(---)x- (丄丄)
、R2+R4R3 Rsense
當Vin變化AVin時，13， II， Imax3和Imin3的變化量為
△ Vin
AI3 =
All;
R3 (12) AVin
■ " (13)
,T ,AVin Rl M/n
△Imax3=--x- (14)
RJ Rsense
△Imin3=—，x_ii_ (15) Rsense
Vin變化時，R3補償引起的電流變化為
AIavg3= —(AImax3+AImin3)=--x- (16)
2 R3 Rsense
由(8)式可得，Vin變化時，Tdlyl引起的電流變化為
^avg卜丄竺xTcUyl (17) 2 L
如果AIavg3 = -A Iavgl (18) Vin變化引起的平均電流變化可以調(diào)節(jié)到零。 將(16)和(17)代入(18)式，可得 AVin Rl 1 AVin
-x -
Tdlyl (19)
R3Rsense 2 L 因此，可得到R3和R1的關(guān)系
R3=——^——xRl (20) Rsense x Tdlyl
這樣，在電路中加入電阻值與R1成比例的R3電阻，可以很好的補償Vin變化引起的平均電 流的變化。例如假設(shè)系統(tǒng)中L為47uH， Rsense為O. 5歐姆，Tdlyl為100ns， R3的值可設(shè)置為1880 XR1。
當采樣電阻Rsense不同時，如果R3電阻大小一定，相應(yīng)調(diào)整電感L的大小，即可對各種輸 出電流下Vin的變化進行補償。
其中，當采用從所述的M0S管M3的源極引出一端口作為帶輸出電流補償?shù)腖ED驅(qū)動電路的 輸出端口，補償電阻R3在LED驅(qū)動電路的外部跨接該輸出端口和LED驅(qū)動電路的Vin端口的連接 方式時，電阻R3可以根據(jù)外圍環(huán)境進行調(diào)節(jié)。
其中，當采用如圖7所示補償電阻R3跨接所述的LED驅(qū)動電路的Vin端口和M0S管M3的源極 的連接方式時，電阻R3與R1成幾千倍的比例，在線路設(shè)計中R1—般為幾千歐姆，故R3的值約 為幾十兆歐姆，若采用集成電路，R3占據(jù)LED驅(qū)動電路的面積很大，不利于節(jié)省成本。
對于第一種補償模塊(14-1)還可以采用電流鏡像模塊(14-1)，如圖8所示，其特征在于 所述電流鏡像模塊(14-l)包括電流鏡像電路l、電流鏡像電路2和電阻R5;
其中，所述的電流鏡像電路l由兩個共射極、共基極的三極管Q3和Q4構(gòu)成，兩管的發(fā)射極 均與電源VCC相連，三極管Q3的基極與自身的集電極相連，三極管Q4的集電極與所述的LED驅(qū) 動電路中M0S管M3的源極相連；
其中，所述的電流鏡像電路2由兩個共射極、共基極的三極管Q1和Q2構(gòu)成，兩管的發(fā)射極 均接地，三極管Q1的基極與自身的集電極相連，三極管Q2的集電極與所述的電流鏡像電路1 中三極管Q3的集電極相連；
其中，所述的電阻R5跨接輸入電壓Vin和所述的電流鏡像模塊中電流鏡像電路l的三極管 Ql的集電極；
其中，所述的三極管Q3和Q4為PNP型三極管，三極管Q1和Q2為NPN型三極管； 圖8所示的電流鏡像電路模塊(14-1)的補償原理為通過Q1， Q2組成鏡像電流，以及Q3，
Q4組成鏡像電流，逐級減小電流，以增大流過I5的電流I5，使R5電阻減小，從而減小LED驅(qū)動
電路的電阻面積。
調(diào)整Q1， Q2以及Q3， Q4的面積大小比例，令SQ1: SQ2=K1， SQ3: SQ4-K2，并且K1XK2 =K3， SQ1, SQ2， SQ3， SQ4為Q1， Q2， Q3， Q4的面積。
這樣，電流14=旦，艮P:
K3xR5
Vin變化AVin時，由于Vbe (Ql的基極一射極電壓差)變化不大，可以忽略，14電流變化
為脅AVin (22) K3xR5
公式(22)與式(12)相比，多了一個系數(shù)K3，經(jīng)過與第一種補償方法相同的推導，可 以得到R5與R1的關(guān)系
R5=-^-xRl (23)
Rsense x Tdly 1 x K3
這樣，設(shè)定K3值為10或者20可以將電阻R5減小為原來R3的1/10或者1/20 。 其中，所述的三極管Q3和Q4也可以替換為P溝道M0S管M8和M9，對應(yīng)連接如圖9所示，其補 償原理同圖8。
如圖7、圖8、圖9所示的LED驅(qū)動電路的電流補償電路，在LED驅(qū)動電路內(nèi)部延時、采樣電 阻和電感確定的情況下，當LED驅(qū)動電路輸入電壓變化時，可以通過調(diào)節(jié)比較器A2的閾值電壓， 對LED驅(qū)動電路的外接LED電路中LED負載的閾值電流進行補償，從而對輸出電流進行補償。如 果采樣電阻發(fā)生變化，可以調(diào)整電感大小，使得補償程度一樣。
圖10為采用本發(fā)明圖7、圖8、圖9所示的電流鏡像電路補償前后，輸出電流對輸入電壓變 化的仿真波形圖，圖10中，Iavg為輸出電流，在6 30V范圍內(nèi)，電流變化25mA。 Iavg3為補 償以后的電流平均值，可以看到，補償以后，輸出電流隨輸入電壓變化很小，約lmA左右。
對于圖6中的第二種補償模塊(14-2)可以采用采樣鏡像模塊(14-2)，如圖11所示，其 特征在于所述的采樣鏡像模塊(14-2)包含輸出電壓采樣電路和電流鏡像電路3;
其中，所述的輸出電壓采樣電路由共射極、共基極的三極管Q5和Q6，以及三極管Q7和電 阻R6組成；Q5和Q6相連的射極連接至LED驅(qū)動電路的CS端，Q6的集電極與自身的基極相連，使 Q5和Q6組成電流鏡；三極管Q7的發(fā)射極與Q5的集電極相連，Q7的基極作為所述的LED驅(qū)動電路 的SNS端口連接到LED負載的負極；電阻R6跨接Q7的基極和Q6的集電極；
其中，所述的電流鏡像電路3由共柵極、共源極連接的M0S管M4和M5構(gòu)成，M4和M5相連的 源極接地;M5的漏極與自身的柵極相連，且與所述的輸出電壓釆樣電路中M0S管Q7的漏極相連； M5的漏極與所述的LED驅(qū)動電路中M0S管M3的源極相連；
其中，所述的三極管Q5、 Q6、 Q7為PNP型三極管，所述的M0S管M4、 M5為N溝道M0S管。
如圖ll所示的電流鏡像電路模塊(14-2)的補償原理為
由于所述的輸出電壓采樣電路可采集負載LED兩端的輸出電壓Vout的大小，并以電流的形 式反映在流經(jīng)電阻R6的電流I6上，轉(zhuǎn)換成電流通過Q5鏡像輸出。M4和M5組成電流鏡像電路。 M5上的電流I8與I6成比例，從而改變輸出電流的閾值，具體分析如下T, Vout-Vbe 16=-
R6 (24)
16
18=
K4 (25) K為Q6與Q5， M4與M5的面積比例系數(shù)的乘積。
11=12+18 (26) Vout變化引起的I8， Il以及閾值電流Imax以及Imin的變化值為
△18= AVout (27) K4x R6
△" _^L (28) K4xR6
△Imax6=_^Lx_^i_ (29) K4 x R6 Rsense
△Imin6-^X￡HLX^L_ (30)
K4xR6 Rsense AIm 和A Im &6為加入補償以后的閾值電流變化值。
Vout變化A V叫t時，R6補償引起的電流變化大小為
AIavg6=i(AImax6+AImin6)=厶Vout x__ (31) 2 R6 Rsense
由(9)式得到，Vout變化AVout時,延時Tdlyl， Tdly2引起的電流變化大小為: △lavg2=-:Ut x(Tdlyl+Tdly2) (32)
令Mavg6^AIavg2,這樣，延時引起的輸出電流的變化被完全補償。 將(31)和(32)式代入得到
R6=_-xR1 (33)
(Tdlyl+Tdly2)x Rsensex K4
因此，如圖11所示的LED驅(qū)動電路的電流補償電路，在LED驅(qū)動電路內(nèi)部延時、采樣電阻 和電感確定的情況下，當LED驅(qū)動電路外接LED輸出電壓變化時，通過調(diào)節(jié)比較器A2的閾值電 壓，對LED驅(qū)動電路外接LED負載的閾值電流進行補償，從而對LED輸出電流進行補償。如果采 樣電阻發(fā)生變化，可以調(diào)整電感大小，使補償程度相同。
其中，所述的三極管Q5、 Q6、 Q7可以替換為P溝道M0S管，其對應(yīng)連接方式同理； 其中，所述的M0S管M4、 M5可以替換為NPN型三極管，對應(yīng)連接方式如圖12,其補償原理同 圖ll。
在圖ll、圖12所示實施例中，假定外接LED電路中L為47uH， Rsense為O. 5歐姆，Tdlyl，
16Tdly2近似為100ns， K4設(shè)置為10，可通過公式(33)計算后得到R6的值。按照R6的計算結(jié)構(gòu) 進行仿真，仿真波形如圖13所示，圖13中Iavg為補償以前輸出電流隨輸出電壓變化的波形， Iavg6為補償以后輸出電流的波形，可以看到，補償后的結(jié)果很好地消除了輸出電壓變化時輸 出電流的變化。
本發(fā)明還可以將補償電阻、電流鏡像模塊、采樣鏡像模塊三種補償模塊組合，如將補償 電阻同采樣鏡像模塊進行組合，或者將電流鏡像模塊同采樣鏡像模塊進行組合，如圖14所示。 如圖14所示的組合補償電路，在輸入電壓變化時，補償原理同圖8;在輸出電壓變化時，補償 原理同圖11，實現(xiàn)LED驅(qū)動電路的電流補償電路補償外部輸入電壓Vin變化對LED驅(qū)動電路所驅(qū) 動的LED輸出電流的影響或/和補償LED驅(qū)動電路所驅(qū)動的外接LED輸出電壓變化對LED輸出電 流的影響。
如本發(fā)明所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，實際應(yīng)用中需要知道LED驅(qū)動電路的 輸出電流補償電路的延遲時間，根據(jù)LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路外接的電感和采樣電阻 的大小決定補償電路元件的參數(shù)大小。如果補償一定，當采樣電阻變化時，可以調(diào)節(jié)外接電 感，從而對電路進行更好的補償。
本發(fā)明公開了滯環(huán)控制模式下LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，并且參照附圖描述了本 發(fā)明的具體實施方式
和效果。應(yīng)該理解到的是上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對 本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，包括但不限于對采樣電路和 鏡像的組成方式的修改、對電路的局部構(gòu)造的變更(如利用本領(lǐng)域技術(shù)人員所能想到的技術(shù) 方法替換本發(fā)明中的比較模塊，對M1和M2的連接進行替換等)、對元器件的類型或型號的替換 (如將M1、 M2、 M3分別替換為NPN型三極管等)，以及其他非實質(zhì)性的替換或修改，均落入本 發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于包括閾值設(shè)定模塊、比較模塊、驅(qū)動模塊、開關(guān)模塊以及補償模塊，其中所述的閾值設(shè)定模塊通過LED驅(qū)動電路的Vin端口接入LED驅(qū)動電路的外部輸入電壓Vin，同時閾值設(shè)定模塊接地，使閾值設(shè)定模塊在LED驅(qū)動電路上電后持續(xù)導通，所述閾值設(shè)定模塊包括電壓跟隨模塊，所述電壓跟隨模塊接入LED驅(qū)動電路的內(nèi)部基準電壓VREF且電壓跟隨模塊的輸出電壓始終保持等于內(nèi)部基準電壓VREF；所述的比較模塊比較閾值設(shè)定模塊設(shè)定的閾值電壓與LED驅(qū)動電路的采樣電壓的大小，LED驅(qū)動電路的采樣電壓通過CS端口輸入比較模塊，采樣電壓為Vin與CS端口的壓差，閾值電壓為Vin與閾值設(shè)定模塊輸出電壓的壓差，當LED驅(qū)動電路的采樣電壓小于閾值電壓時，比較模塊的輸出電壓通過驅(qū)動模塊進行信號增強后啟動開關(guān)模塊，當LED驅(qū)動電路的采樣電壓大于閾值電壓時，比較模塊的輸出電壓通過驅(qū)動模塊進行信號增強后關(guān)斷開關(guān)模塊；所述的開關(guān)模塊通過LED驅(qū)動電路的SW端口控制LED驅(qū)動電路的外接LED電路的通斷，同時通過開關(guān)模塊的導通或關(guān)斷調(diào)節(jié)閾值設(shè)定模塊的電流，從而調(diào)節(jié)閾值設(shè)定模塊設(shè)定的閾值電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的補償模塊連 接到LED驅(qū)動電路的Vin端口，當LED驅(qū)動電路接入外部輸入電壓Vin時，補償模塊調(diào) 節(jié)LED驅(qū)動電路的閾值設(shè)定模塊的閾值電壓，補償外部輸入電壓Vin的變化對LED驅(qū)動 電路所驅(qū)動的外接LED電路中LED輸出電流的影響。
3. 如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的補償模塊連 接到LED驅(qū)動電路的CS端口以及SNS端口，當LED驅(qū)動電路CS端口以及SNS端口連接 到LED驅(qū)動電路的外接LED電路中的LED兩端時(即LED輸出電壓)，補償模塊調(diào)整LED 驅(qū)動電路的閾值設(shè)定模塊的閾值電壓，補償LED驅(qū)動電路所驅(qū)動的外接LED輸出電壓的 變化對外接LED輸出電流的影響。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的閾值設(shè)定模塊包括電壓跟隨模塊以及若干電阻所述電壓跟隨模塊由運算放 大器A1和M0S管M3構(gòu)成，Al的正輸入端接LED驅(qū)動電路內(nèi)部基準電壓VREF， Al的負 輸入端接M0S管M3的源極，A1的輸出端接M3的柵極；所述的若干電阻包括電阻Rl、 R2 和R4， Rl—端接MOS管M3的漏極，另一端作為LED驅(qū)動電路的Vin端口， R2跨接M3 的源極與M2的漏極，R4跨接M2的漏極和源極；所述的比較模塊包含比較器A2， A2的負輸入端接M3的漏極，A2的正輸入端作為LED驅(qū)動電路的CS端口；所述的驅(qū)動模塊包含驅(qū)動器A3， A3的輸入端接A2的輸出端；所述的開關(guān)模塊包括M0S管Ml和M2， Ml和M2的柵極均連接A3的輸出端，Ml和M2的源極均接地，Ml的漏極作為LED驅(qū)動電路的SW端口 ；所述的M0S管Ml、 M2和M3可以為N溝道增強型M0S管。
5. 如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的補償模塊可以采用補償電阻。
6. 如權(quán)利要求4和5所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的補償電阻的連接方式為補償電阻R3跨接所述的LED驅(qū)動電路的Vin端口和M0S管M3的源極。
7. 如權(quán)利要求4和5所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的補償電阻的連接方式為從所述的M0S管M3的源極引出一端口作為帶輸出電流補償?shù)腖ED驅(qū)動電路的輸出端口，補償電阻R3在LED驅(qū)動電路的外部跨接該輸出端口和LED驅(qū)動電路的Vin端口。
8. 如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的補償模塊可以采用電流鏡像模塊。
9. 如權(quán)利要求4和8所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的電流鏡像模塊包括電流鏡像電路l、電流鏡像電路2和電阻R5;其中所述的電流鏡像電路l由兩個共射極、共基極的三極管Q3和Q4構(gòu)成，兩管的發(fā)射極均與電源VCC相連，三極管Q3的基極與自身的集電極相連，三極管Q4的集電極與所述的LED驅(qū)動電路中M0S管M3的源極相連；所述的電流鏡像電路2由兩個共射極、共基極的三極管Ql和Q2構(gòu)成，兩管的發(fā)射極均接地，三極管Q1的基極與自身的集電極相連，三極管Q2的集電極與所述的電流鏡像電路1中三極管Q3的集電極相連；所述的電阻R5跨接輸入電壓Vin和所述的電流鏡像模塊中電流鏡像電路1的三極管Q1的集電極。
10. 如權(quán)利要求9所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的三極管Q3和Q4為PNP型三極管，三極管Ql和Q2為NPN型三極管。
11. 如權(quán)利要求9所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的三極管Q3和Q4也可以替換為P溝道M0S管，其對應(yīng)連接方式同理。
12. 如權(quán)利要求9所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的的三極管Ql和Q2也可以替換為N溝道M0S管，其對應(yīng)連接方式同理。
13. 如權(quán)利要求4所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的補償模塊可以采用采樣鏡像模塊。
14. 如權(quán)利要求4和13所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的采樣鏡像模塊包含輸出電壓采樣電路和電流鏡像電路3;所述的輸出電壓采樣電路由共射極、共基極的三極管Q5和Q6，以及三極管Q7和電阻R6組成；Q5和Q6相連的射極連接至LED驅(qū)動電路的CS端，Q6的集電極與自身的基極相連，使Q5和Q6組成電流鏡；三極管Q7的發(fā)射極與Q5的集電極相連，Q7的基極作為所述的LED驅(qū)動電路的SNS端口連接到LED負載的負極；電阻R6跨接Q7的基極和Q6的集電極；所述的電流鏡像電路3由共柵極、共源極連接的MOS管M4和M5構(gòu)成，M4和M5相連的源極接地；M5的漏極與自身的柵極相連，且與所述的輸出電壓采樣電路中MOS管Q7的漏極相連；M5的漏極與所述的LED驅(qū)動電路中MOS管M3的源極相連。
15. 如權(quán)利要求14所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的三極管Q5、Q6、 Q7為PNP型三極管，所述的M0S管M4、 M5為N溝道M0S管。
16. 如權(quán)利要求15所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的三極管Q5、Q6、 Q7可以替換為P溝道M0S管，其對應(yīng)連接方式同理。
17. 如權(quán)利要求15所述的LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，其特征在于所述的MOS管M4、M5可以替換為NPN型三極管，其對應(yīng)連接方式同理。
全文摘要
本發(fā)明公開了LED驅(qū)動電路的輸出電流補償電路，包括閾值設(shè)定模塊、比較模塊、驅(qū)動模塊、開關(guān)模塊和補償模塊所述閾值設(shè)定模塊設(shè)定閾值電壓；所述比較模塊比較閾值設(shè)定模塊設(shè)定的閾值電壓與LED驅(qū)動電路的采樣電壓的大小，比較模塊的輸出電壓通過驅(qū)動模塊進行信號增強并控制開關(guān)模塊的啟動與關(guān)斷，從而調(diào)節(jié)閾值設(shè)定模塊設(shè)定的閾值電壓；所述補償模塊調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電路的閾值電壓，補償外部輸入電壓Vin和/或外接LED輸出電壓的變化對LED的輸出電流的影響。
文檔編號H05B37/02GK101500358SQ20081005951
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者吳建興, 棟 王, 謝小高 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司