專利名稱：用于發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)例如發(fā)光二極管(LED)等發(fā)光元件的電路。
背景技術(shù)：
LED是亮度與其正向電流成比例的電流驅(qū)動(dòng)型裝置?？梢杂酶鞣N方式來控制正向電流。舉例來說，一種技術(shù)是使用LED電流-電壓(1-V)曲線來確定需要將多少電壓施加給LED才能產(chǎn)生所要的正向電流。另一種調(diào)節(jié)LED電流的技術(shù)是用恒定電流源驅(qū)動(dòng)LED。恒定電流源可以幫助消除電流因正向電壓變化而導(dǎo)致的改變，此舉產(chǎn)生恒定的LED亮度。在這種技術(shù)中，輸入電源是調(diào)節(jié)電流感測(cè)電阻器上的電壓，而非調(diào)節(jié)輸出電壓。電源參考電壓和電流感測(cè)電阻器的值決定LED電流。一些LED驅(qū)動(dòng)器電路中出現(xiàn)的一個(gè)問題是功率消耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所描述的標(biāo)的物涉及LED驅(qū)動(dòng)器電路，在一些實(shí)施方案中，所述LED驅(qū)動(dòng)器電路可幫助減少功率消耗。舉例來說，在一個(gè)方面中，一種用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件的電路包含:第一晶體管，其具有通過第一電阻性元件耦合到接地的源極；以及第二晶體管，其具有電耦合到第一晶體管的柵極的柵極、電耦合到接地的源極和用于電連接到第一群組發(fā)光元件的漏極。所述電路還包含用以在第一晶體管的源極處提供預(yù)定電壓的電路、用以補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙w管的相應(yīng)柵極-源極電壓的差異的電路，以及用以補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙w管的相應(yīng)漏極-源極電壓的差異的電路。在第二方面中，一種用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管串的電路包含第一晶體管，所述第一晶體管具有柵極、通過第一電阻性元件耦合到接地的源極，以及漏極。包含用以向第一晶體管的源極提供具有預(yù)定值的電壓的電路。第二晶體管具有柵極、電耦合到接地的源極，以及用于電連接到所述發(fā)光二極管串的漏極。第二電阻性元件具有電耦合到第一晶體管的柵極的第一端和電耦合到第二晶體管的柵極的第二端。第一電流源電耦合在第二電阻性元件的第二端與接地之間。第三電阻性元件具有電耦合到第一晶體管的漏極的一端和電耦合到第二晶體管的漏極的第二端?？砂鲵?qū)動(dòng)電路的各種設(shè)備以及操作方法在下文中進(jìn)行描述。一些實(shí)施方案包含以下優(yōu)點(diǎn)中的一者或一者以上。舉例來說，如上所述，在一些實(shí)施方案中，所述電路可實(shí)現(xiàn)相對(duì)低的功率消耗。第二晶體管產(chǎn)生相對(duì)可控且穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，在一些實(shí)施方案中，所述驅(qū)動(dòng)電流即使發(fā)生變化也只會(huì)隨著LED串的電壓變化發(fā)生很少變化。從以下的詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求書中將容易明白其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是說明多個(gè)LED串的驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)化圖。圖2說明用于驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED串的實(shí)例電路的細(xì)節(jié)。圖3是驅(qū)動(dòng)電路的操作方法的流程圖。圖4說明用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED串的實(shí)例電路的細(xì)節(jié)。圖5說明用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED串的電路的另一實(shí)例。圖6說明具有保護(hù)電路的LED驅(qū)動(dòng)器電路的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式如圖1中 所說明，來自LED驅(qū)動(dòng)器電路10的輸出分別耦合到LED串11。在圖1的實(shí)例中，存在六個(gè)并聯(lián)連接的LED串11，其中每一者包含十個(gè)串聯(lián)連接的LED IlA0然而，在一些實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)器電路10可以驅(qū)動(dòng)不同數(shù)目個(gè)LED串(例如，八個(gè)或十六個(gè))，而且，在一些情況下，可以僅驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED串。此外，在一些實(shí)施方案中，每一串11中的LED的數(shù)目可以不同于十。LED串的數(shù)目以及每一串中的LED的數(shù)目可取決于裝置和應(yīng)用的特定類型。舉例來說，本文所描述的LED驅(qū)動(dòng)器技術(shù)可以(例如)用在背光照明和固態(tài)照明應(yīng)用中。此些應(yīng)用的實(shí)例包含IXD TV、PC監(jiān)視器、專業(yè)面板(例如，在工業(yè)、軍事、醫(yī)療或航空電子應(yīng)用中)和用于商業(yè)、住宅、工業(yè)和政府應(yīng)用的一般照明。本文所描述的LED驅(qū)動(dòng)器技術(shù)也可以用在其它應(yīng)用中，包含用于各種手持式裝置的背光照明。驅(qū)動(dòng)器電路10可實(shí)施為(例如)在硅或其它半導(dǎo)體襯底上制作的集成電路。如圖1所說明，驅(qū)動(dòng)器電路10包含到電源電壓(VCC)和到接地的連接。LED串11耦合到LED電源電壓(VP_.)。如圖2的實(shí)例中所說明，驅(qū)動(dòng)器電路10包含若干個(gè)電流源12、14、16、運(yùn)算放大器18、電阻器町、1 2、1 3、1 4和晶體管肌^2。參考電流源12產(chǎn)生流經(jīng)電阻器Rl的電流。此電流在運(yùn)算放大器18的非反相輸入(in+)處產(chǎn)生參考電壓VI。大體上相同的電壓(Vl)出現(xiàn)在運(yùn)算放大器18的反相輸入(in-)處，且此電壓出現(xiàn)在電阻器R2上，電阻器R2耦合在晶體管Ml的源極與接地之間。因此，運(yùn)算放大器18通過使反相輸入(in-)處的電壓與非反相輸入(in+)處出現(xiàn)的電壓維持在同一電平來調(diào)節(jié)晶體管Ml的源極處出現(xiàn)的電壓。如圖2中進(jìn)一步所示，運(yùn)算放大器18的輸出耦合到晶體管Ml的柵極以及(通過電阻器R3)耦合到晶體管M2的柵極。晶體管Ml、M2可(例如)實(shí)施為MOS晶體管。在所說明的實(shí)例中，晶體管M2的大小(S卩，面積)比晶體管Ml的大小大了 X倍，晶體管M2為耦合到晶體管M2的漏極的LED串提供電流。X的值可以取決于特定電路設(shè)計(jì)而在大范圍內(nèi)變化。在一些實(shí)施方案中，晶體管的大小的比Ml:M2是約1:1000左右?？梢允褂镁w管Ml、M2的相對(duì)大小來為L(zhǎng)ED串產(chǎn)生較大的電流。舉例來說，假如晶體管M1、M2的柵極-源極電壓(Vgs)大體上相同，那么晶體管M2將提供可控的、大體上穩(wěn)定的電流，所述電流大約與通過晶體管Ml的電流的X倍一樣大。然而，在實(shí)際的實(shí)施方案中，晶體管上的柵極-源極電壓彼此不同，這是因?yàn)榫w管M2的源極是直接連接到接地而晶體管Ml的源極是通過電阻器R2連接到接地的事實(shí)。在沒有例如下文所描述的那些電路組件(例如，電阻器R3、R4和電流源16)等額外電路組件的情況下，由晶體管M2產(chǎn)生的電流由于柵極-源極電壓的差異而將通常取決于LED串的電壓。因此，在缺少額外電路組件(例如，電阻器R3、R4和電流源16)的情況下，由晶體管M2為L(zhǎng)ED串產(chǎn)生的電流將發(fā)生變化，而且因此不是良好受控或穩(wěn)定的。為了幫助確保由第二晶體管M2產(chǎn)生的電流保持處于所要電平，提供額外電路組件(例如，電阻器R3、R4和電流源16)以補(bǔ)償晶體管M1、M2的柵極-源極電壓的差異以及補(bǔ)償其漏極-源極電壓的差異。為了補(bǔ)償 晶體管M1、M2的柵極-源極電壓的差異，將電阻器R3耦合在晶體管Ml、M2的柵極之間。另外，將電流源16耦合在晶體管M2的柵極與接地之間。應(yīng)對(duì)電阻器R3和電流源16的值進(jìn)行選擇，使得電阻器R2上的電壓Vl大體上等于電阻器R3的值乘以由電流源16產(chǎn)生的電流I3(即，Vl=I3XR3)。通過流經(jīng)電阻器R3的電流I3(來自源16)產(chǎn)生的電壓補(bǔ)償了晶體管Ml、M2的柵極-源極電壓的差異。此外，為了補(bǔ)償晶體管Ml、M2的漏極-源極電壓(Vds)的差異，將電阻器R4耦合在晶體管的相應(yīng)漏極之間。如由圖3所指示，在操作中，電路10在第一晶體管Ml的源極處提供預(yù)定電壓
(102)，補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙w管Ml、M2的相應(yīng)柵極-源極電壓的差異(104)，以及補(bǔ)償?shù)谝缓偷诙w管M1、M2的相應(yīng)漏極-源極電壓的差異(106)。作為說明性實(shí)例，假定電阻器R2、R3和R4的值相同。在這種情況下，來自電流源14的一半電流流經(jīng)晶體管Ml和電阻器R2，且相同量的電流流經(jīng)電阻器R4。因此，在這個(gè)實(shí)例中，電流12/2流經(jīng)晶體管Ml (和電阻器R2)。同樣地，當(dāng)LED串的電壓低于電源電壓(VCC)時(shí)，電流12/2也流經(jīng)電阻器R4以補(bǔ)償晶體管Ml與M2之間的漏極-源極電壓的差異。繼續(xù)前述實(shí)例，晶體管Ml的源極處的電壓Vl等于電阻R2與流經(jīng)所述電阻器的電流的乘積(即，V1=I2/2XR2)。電壓Vl也等于來自電流源12的電流與電阻Rl的乘積(即，Vl=I1XRl^可以使用前述信息來選擇電流源12、14和電阻器R1、R2的值。如上文所解釋，電阻器R3和第三電流源16的值經(jīng)選擇以使得V1=I3XR3。使用R3=R2這個(gè)前述實(shí)例，電流源的值將設(shè)定成等于12/2，以便補(bǔ)償晶體管Ml和M2的柵極-源極電壓的差異。在一些實(shí)施方案中，電阻器和電流源的值可以不同于前述實(shí)例。通過使用圖2的驅(qū)動(dòng)器電路10，由晶體管M2產(chǎn)生的電流可大體上獨(dú)立于LED串的電壓。因此，電路10可提供更可控的驅(qū)動(dòng)電流。通過考慮不具有晶體管M2、電流源14、16和電阻器1 3、1 4但晶體管肌的漏極耦合到LED串的驅(qū)動(dòng)器電路，可以了解在一些實(shí)施方案中可實(shí)現(xiàn)的省電程度。假如Vl是250mV且晶體管Ml所需的電流是60mA，那么功率消耗將是0.015瓦特左右。如果裝置中有八個(gè)LED串，那么功率消耗將是0.12瓦特左右。電阻器R2對(duì)電壓和電流的要求致使功率大量浪費(fèi)或損失。與此相反，圖2的驅(qū)動(dòng)器電路10可實(shí)現(xiàn)功率消耗的顯著減少，例如，在一些實(shí)施方案中為99%左右。此外，圖2的驅(qū)動(dòng)電路10可致使裸片面積的量顯著減少。對(duì)于不具有晶體管M2、電流源14、16和電阻器R3、R4但晶體管Ml的漏極耦合到LED串的驅(qū)動(dòng)器電路來說，對(duì)于一些實(shí)施方案，比Rl:R2可需要在1，000左右，這可能使電阻器R2需要較大的裸片面積。與此相反，圖2的驅(qū)動(dòng)器電路不要求如此高的電阻器值的比，且因此，可顯著減少所需要的裸片面積的量(例如，對(duì)于一些實(shí)施方案，減少的量多達(dá)約20% )。圖4和5說明用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED串的電路的實(shí)例。如果相應(yīng)LED串的PWM控制將大體上相同(例如,相同的相位和頻率)，那么可以使用圖4的電路20。電路20與圖2的電路10類似，除了提供額外晶體管M3來為第二 LED串產(chǎn)生電流之外。如圖4的實(shí)例中所說明，晶體管M3的柵極耦合到晶體管M2的柵極，如上所述，晶體管M2的柵極通過電阻器R3耦合到晶體管Ml的柵極。晶體管M2的漏極耦合到第一 LED串，而晶體管M3的漏極耦合到第二 LED串。晶體管M3的源極像晶體管M2的源極一樣直接耦合到接地。在這個(gè)實(shí)例中，晶體管M3的大小可與晶體管M2的大小大體上相同。另一方面，如果相應(yīng)LED串的PWM控制將彼此不同，那么可以使用圖5的電路30。不同的LED串可能需要不同的電流，例如，如果所述串含有不同類型的LED(例如，第一串含有發(fā)出第一種顏色的光的LED，而第二串含有發(fā)出與第一種顏色不同的第二種顏色的光的LED)。圖5的電路30包含圖2的電路10的多個(gè)復(fù)制(在這種情況下為兩個(gè))。每一電路10耦合到所述LED串中的一者。雖然圖4和5僅說明兩個(gè)LED串，但是一些實(shí)施方案可以包含更多數(shù)目的LED串。在這種情況下，在需要時(shí)，可以添加額外電路。舉例來說，在圖4中，可以提供與M2和M3類似的額外晶體管以產(chǎn)生需要用來驅(qū)動(dòng)額外LED串的電流。同樣地，在圖5中，可以提供電路10的額外復(fù)制以產(chǎn)生需要用來驅(qū)動(dòng)額外LED串的電流。圖6說明驅(qū)動(dòng)電路40，所述驅(qū)動(dòng)電路40與圖2的電路類似，但是所述驅(qū)動(dòng)電路40還包含保護(hù)二極管42或其它電路組件，從而在LED串的電壓變成大于電源電壓VCC的情況下保護(hù)電流源14。可以使用其它電路組件(例如箝位電路)來代替二極管42。此外，保護(hù)電路可以與電流源14分離或可以是電流源14的一部分。每一電阻性元件Rl、R2、R3、R4可分別(例如)實(shí)施為單個(gè)電阻性組件或?qū)嵤榇?lián)和/或并聯(lián)連接的電阻性組件的組合。其它實(shí)施方案屬于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管串的電路，所述電路包括: 第一晶體管，其具有柵極、通過第一電阻性元件耦合到接地的源極，以及漏極； 用以向所述第一晶體管的所述源極提供具有預(yù)定值的電壓的電路； 第二晶體管，其具有柵極、電耦合到接地的源極，以及用于電連接到所述發(fā)光二極管串的漏極； 第二電阻性元件，其具有電耦合到所述第一晶體管的柵極的第一端和電耦合到所述第二晶體管的所述柵極的第二端； 第一電流源，其電耦合在所述第二電阻性元件的所述第二端與接地之間； 第三電阻性元件，其具有電耦合到所述第一晶體管的所述漏極的一端和電耦合到所述第二晶體管的所述漏極的第二端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述用以向所述第一晶體管的所述源極提供經(jīng)調(diào)節(jié)電壓的電路包含運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有連接到所述電路中處于所述預(yù)定電壓的節(jié)點(diǎn)的非反相輸入、電耦合到所述第一晶體管的所述源極的反相輸入以及電耦合到所述第一晶體管的所述柵極的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其進(jìn)一步包括第三晶體管，所述第三晶體管具有電耦合到所述第二晶體管的所述柵極的柵極、電耦合到接地的源極以及用于電連接到第二串發(fā)光二極管的漏極。
4.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的電路，其中所述第二和第三晶體管具有大體上相同的大小并大于所述第一晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第二晶體管大于所述第一晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其進(jìn)一步包含耦合在所述第一晶體管的所述漏極與電源電壓之間的第二電流源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其進(jìn)一步包括:第二電流源，其電耦合在所述第一晶體管的漏極與電源電壓之間；以及用以在所述發(fā)光二極管串的電壓大于所述電源電壓的情況下保護(hù)所述第二電流源的電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中所述用以保護(hù)所述第二電流源的電路包括二極管。
9.一種設(shè)備，其包括: 第一串發(fā)光兀件； 第一晶體管，其具有柵極、通過第一電阻性元件耦合到接地的源極，以及漏極； 向所述第一晶體管的所述源極提供預(yù)定電壓的電路； 第二晶體管，其具有柵極、電連接到接地的源極，以及電連接到所述第一串發(fā)光元件的漏極； 第二電阻性元件，其具有電連接到所述第一晶體管的柵極的第一端和電連接到所述第二晶體管的所述柵極的第二端； 第一電流源，其電連接在所述第二電阻性元件的所述第二端與接地之間； 第三電阻性元件，其具有電連接到所述第一晶體管的所述漏極的一端和電連接到所述第二晶體管的所述漏極的第二端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含:第二串發(fā)光元件；以及 第三晶體管，其具有電連接到所述第二晶體管的所述柵極的柵極、電連接到接地的源極，以及電連接到所述第二串發(fā)光元件的漏極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第二和第三晶體管具有大體上相同的大小并大于所述第一晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一串中的所述發(fā)光元件是發(fā)射第一種顏色的光的LED，且所述第二串中的所述發(fā)光元件是發(fā)射第二種顏色的光的LED。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第一串中的所述發(fā)光元件是LED。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第二晶體管所消耗的面積比所述第一晶體管所消耗的面積大。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含耦合在所述第一晶體管的所述漏極與電源電壓之間的第二電流源。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述向所述第一晶體管的所述源極提供預(yù)定電壓的電路包含運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有連接到處于所述預(yù)定電壓的電路節(jié)點(diǎn)的非反相輸入、電連接到所述第一晶體管的所述源極的反相輸入，以及電連接到所述第一晶體管的所述柵極的輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第一和第二晶體管是MOS型晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第一、第二和第三電阻性元件具有大體上相同的電阻值。`
19.一種用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件的電路，所述電路包括: 第一晶體管，其具有通過第一電阻性元件耦合到接地的源極； 第二晶體管，其具有電耦合到所述第一晶體管的柵極的柵極、電耦合到接地的源極，以及用于電連接到第一群組發(fā)光元件的漏極； 用以在所述第一晶體管的所述源極處提供預(yù)定電壓的電路； 用以補(bǔ)償所述第一和第二晶體管的相應(yīng)柵極-源極電壓的差異的電路；以及 用以補(bǔ)償所述第一和第二晶體管的相應(yīng)漏極-源極電壓的差異的電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中所述用以補(bǔ)償所述第一和第二晶體管的相應(yīng)柵極-源極電壓的差異的電路包含: 第二電阻性元件，其具有電耦合到所述第一晶體管的所述柵極的第一端和電耦合到所述第二晶體管的所述柵極的第二端；以及 電流源，其電耦合在所述第二電阻性元件的所述第二端與接地之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中所述用以補(bǔ)償所述第一和第二晶體管的相應(yīng)漏極-源極電壓的差異的電路包含: 電阻性元件，其具有電耦合到所述第一晶體管的漏極的一端和電耦合到所述第二晶體管的所述漏極的第二端。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中所述用以在所述第一晶體管的所述源極處提供預(yù)定電壓的電路包含: 運(yùn)算放大器，其具有電耦合到處于所述預(yù)定電壓的電路節(jié)點(diǎn)的非反相、電耦合到所述第一晶體管的所述源極的反相輸入以及電耦合到所述第一晶體管的所述柵極的輸出。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其進(jìn)一步包含第三晶體管，所述第三晶體管具有電耦合到所述第二晶體管的所述柵極的柵極、電耦合到接地的源極，以及用于電連接到第二群組發(fā)光元件的漏極。
24.一種在電路中產(chǎn)生用于一串LED的驅(qū)動(dòng)電流的方法，所述方法包括: 在所述電路中的第一晶體管的源極處提供預(yù)定電壓，其中所述第一晶體管具有通過第一電阻性元件耦合到接地的源極； 補(bǔ)償所述第一晶體管和第二晶體管的相應(yīng)柵極-源極電壓的差異，其中所述第二晶體管具有電耦合到所述第一晶體管的柵極的柵極、電耦合到接地的源極，以及電耦合到所述LED串的漏極 ；以及 補(bǔ)償所述第一和第二晶體管的相應(yīng)漏極-源極電壓的差異。
全文摘要
本申請(qǐng)案涉及用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件的電路。一種用于驅(qū)動(dòng)例如LED等發(fā)光元件的電路包含第一晶體管，其具有通過第一電阻性元件耦合到接地的源極；以及第二晶體管，其具有電耦合到所述第一晶體管的柵極的柵極、電耦合到接地的源極和用于電連接到第一群組發(fā)光元件的漏極。所述電路還包含用以在所述第一晶體管的所述源極處提供預(yù)定電壓的電路、用以補(bǔ)償所述第一和第二晶體管的相應(yīng)柵極-源極電壓的差異的電路以及用以補(bǔ)償所述第一和第二晶體管的相應(yīng)漏極-源極電壓的差異的電路。在一些實(shí)施方案中，所述電路可實(shí)現(xiàn)相對(duì)低的功率消耗。
文檔編號(hào)H05B37/02GK103108442SQ20121037588
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者肖恩·S·陳, 梁文博 申請(qǐng)人:愛特梅爾公司