LED驱动电路及芯片

摘要

本申请公开了一种LED驱动电路，包括：第一场效应管，连接于LED并为其提供输出电流；控制电路，提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，并使得电压VDS在所述输出电流减小的同时同步减小。本发明的有益效果在于：在输出电流减小的过程中，VDS也同步减小，因此，消耗在第一场效应管上的功耗更小。同时，由于VDS减小，则在满足LED灯正常工作的情况下，对工作电压的要求也降低。

权利要求

1.一种LED驱动电路，包括第一场效应管，该第一场效应管连接于LED并为其提供输出电流，其特征在于：所述LED驱动电路还包括控制电路，该控制电路提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，并使得电压VDS在所述输出电流减小的同时同步减小,所述控制电路包括第一恒定电流驱动电路、第一电流镜像电路和电流电压转换电路，其中，第一电流镜像电路，连接于第一恒定电流驱动电路的输出端，包括第一基准晶体管和第一晶体管；

电流电压转换电路，包括第一转换电路，第一转换电路连接在第一晶体管和第一场效应管之间，用以将第一晶体管输出的电流信号转换为电压信号，并提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS,所述控制电路进一步包括第二恒定电流驱动电路和第二电流镜像电路，第二电流镜像电路连接于第二恒定电流驱动电路的输出端，包括第二基准晶体管和第三晶体管，第三晶体管将电流信号输出至所述第一转换电路。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述第一场效应管为N型MOS管，LED连接在工作电压VLED和第一场效应管的漏极之间，第一场效应管的源极接地。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述第一转换电路包括一电阻，所述电阻的一端接地，另一端连接于第一场效应管。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述控制电路还用以控制电压VDS在所述输出电流增大的同时同步增大，且所述电压VDS具有一个上限值。

5.一种LED驱动芯片，其特征在于，包括：

第一场效应管，连接于LED并为其提供输出电流；

控制电路，提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，并使得电压VDS在所述输出电流减小的同时同步减小,所述控制电路包括第一恒定电流驱动电路、第一电流镜像电路和电流电压转换电路，其中，第一电流镜像电路，连接于第一恒定电流驱动电路的输出端，包括第一基准晶体管和第一晶体管；

电流电压转换电路，包括第一转换电路，第一转换电路连接在第一晶体管和第一场效应管之间，用以将第一晶体管输出的电流信号转换为电压信号，并提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS,所述控制电路进一步包括第二恒定电流驱动电路和第二电流镜像电路，第二电流镜像电路连接于第二恒定电流驱动电路的输出端，包括第二基准晶体管和第三晶体管，第三晶体管将电流信号输出至所述第一转换电路。

说明书

LED驱动电路及芯片

技术领域

[0001] 本申请涉及集成电路设计技术领域，特别是涉及一种LED驱动电路及芯片。

背景技术

[0002] 发光二极管LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，LED可直接将光能转换为电能，由于其耗能低和光效高的优点在照明和装饰等领域得到广泛应用。

[0003] LED驱动芯片的功能在于给LED提供设计所要求的稳定电流，可以用NMOS来提供电流，也可以用PMOS来提供电流。用PMOS驱动的，LED一般放在PMOS下面，PMOS往下灌电流；用NMOS驱动的，LED一般放在NMOS上面，NMOS向下拉电流。

[0004] 如图1所示。MOS管提供的电流ILED的大小主要由两个电压共同决定：MOS管栅极和源极的电压差VGS和MOS管漏极和源极的电压差VDS。两者与漏极电流ILED的关系如下式所示：

[0005]

[0006] 在现有的产品中，通常采用固定的VDS值，而通过改变VGS来提供设计要求的电流值。当LED灯工作时，消耗在NMOS管上的功耗PNMOS＝ILED*VDS，由于VDS为一固定值，则功耗PNMOS仅和ILED的变化有关，当ILED数值减小时，功耗PNMOS也相应地减小，但是减小的幅度仅受ILED变化的幅度影响。

[0007] 有鉴于此，有必要提供一种VDS随着ILED同步减小的LED驱动电路。

发明内容

[0008] 本申请目的在于提供一种功耗低的LED驱动电路及芯片。

[0009] 为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

[0010] 一种LED驱动电路，包括第一场效应管，该第一场效应管连接于LED并为其提供输出电流，其中，所述LED驱动电路还包括控制电路，该控制电路提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，并使得电压VDS在所述输出电流减小的同时同步减小。

[0011] 优选的，在上述LED驱动电路中，所述第一场效应管为N型MOS管，LED连接在工作电压VLED和第一场效应管的漏极之间，第一场效应管的源极接地。

[0012] 优选的，在上述LED驱动电路中，所述控制电路包括第一恒定电流驱动电路、第一电流镜像电路和电流电压转换电路，

[0013] 其中，

[0014] 第一电流镜像电路，连接于第一电流驱动电路的输出端，包括第一基准晶体管和第一晶体管；

[0015] 电流电压转换电路，包括第一转换电路，第一转换电路连接在第一晶体管和第一场效应管之间，用以将第一晶体管输出的电流信号转换为电压信号，并提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS。

[0016] 优选的，在上述LED驱动电路中，所述第一电流镜像电路进一步包括第二晶体管，电流电压转换电路进一步包括第二转换电路，第二转换电路连接在第二晶体管和第一场效应管之间，用以将第二晶体管输出的电流信号转换为电压信号，并提供第一场效应管栅极和源极之间的电压VGS。

[0017] 优选的，在上述LED驱动电路中，所述第一转换电路包括一电阻，所述电阻的一端接地，另一端连接于第一场效应管。

[0018] 优选的，在上述LED驱动电路中，所述控制电路进一步包括第二恒定电流驱动电路和第二电流镜像电路，第二电流镜像电路连接于第二电流驱动电路的输出端，包括第二基准晶体管和第三晶体管，第三晶体管将电流信号输出至所述第一转换电路。

[0019] 优选的，在上述LED驱动电路中，所述控制电路还用以控制电压VDS在所述输出电流增大的同时同步增大，且所述电压VDS具有一个上限值。

[0020] 本申请的技术方案还可以这样实现：

[0021] 一种LED驱动芯片，包括：

[0022] 第一场效应管，连接于LED并为其提供输出电流；

[0023] 控制电路，提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，并使得电压VDS在所述输出电流减小的同时同步减小。

[0024] 由以上技术方案可以见，本申请实施例提供的该LED驱动电路，通过控制电路提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，同时使得电压VDS在输出电流减小的同时同步减小。在输出电流减小的过程中，VDS也同步减小，因此，消耗在第一场效应管上的功耗更小。同时，由于VDS减小，则在满足LED灯正常工作的情况下，对工作电压的要求也降低。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1所示为LED驱动电路的示意图；

[0027] 图2所示为本申请具体实施例中VDS与ILED之间关系的第一种示意图；

[0028] 图3所示为本申请具体实施例中VDS与ILED之间关系的第二种示意图；

[0029] 图4所示为本申请具体实施例中VDS与ILED之间关系的第三种示意图；

[0030] 图5所示为本申请具体实施例中VDS与ILED之间关系的第四种示意图；

[0031] 图6所示为本申请第一实施例中LED驱动电路的结构示意图；

[0032] 图7所示为本申请第二实施例中LED驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

[0033] 继续参图1所示，现针对两种情况进行比较：一是VDS为固定值，假定为0.5V；二是VDS可以变化。

[0034] VDS为固定值。假设VDS＝0.5V，ILED＝60mA，那么当LED灯工作时，消耗在NMOS管上的功耗PNMOS＝ILED*VDS＝0.5V*60mA＝30mW；当ILED＝30mA时，VDS为固定值仍是0.5V，PNMOS＝ILED*VDS＝0.5V*30mA＝15mW。由此可知，ILED变化前后消耗在NMOS管上的功耗减小30mW-15mW＝15mW。

[0035] VDS可以变化。当ILED＝30mA时，假定VDS降低至0.3V，则PNMOS＝ILED*VDS＝0.3V*30mA＝9mW。由此可知，ILED变化前后消耗在NMOS管上的功耗减小30mW-9mW＝21mW。
相对于VDS为固定值的情况(ILED＝30mA)，NMOS管消耗的功耗更低。

[0036] 降低VDS，还能降低对工作电压VDD的要求，比如若VDS降低0.2V，则工作电压也可相应的降低0.2V。

[0037] 正是出于降低MOS管功耗，提高工作电压VDD范围的考虑，我们提出了本发明。基本思想就是根据ILED的不同，灵活改变VDS的大小，在ILED为小电流时，VDS变小，从而大大的降低了MOS管功耗。

[0038] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

[0039] 本申请实施例公开了一种LED驱动电路，包括第一场效应管，该第一场效应管连接于LED并为其提供输出电流，所述LED驱动电路还包括控制电路，该控制电路提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，并使得电压VDS在所述输出电流减小的同时同步减小。

[0040] 在输出电流减小的过程中，VDS也同步减小，因此，消耗在第一场效应管上的功耗更小。同时，由于VDS减小，则在满足LED灯正常工作的情况下，对工作电压的要求也降低。

[0041] 图2-图5所示为本申请具体实施例中VDS随着输出电流ILED同步变化的几种示意图。由图中可以看出，VDS随着输出电流ILED的减小而同步减小，VDS与ILED之间的关系可以直线、折线或抛物线变化。上述图中的数据仅为示意性数据，图2-图5也仅是列举的几种优选实施例，易于想到，在其他实施例中，VDS与ILED之间还可以存在其他同步变化的方式。

[0042] 优选的，所述第一场效应管为N型MOS管，LED连接在工作电压VLED和第一场效应管的漏极之间，第一场效应管的源极接地。

[0043] 第一场效应管还可以为P型MOS管，LED放在PMOS下面，PMOS往下灌电流。

[0044] 第一场效应管可以为LED灯提供稳定的电流。

[0045] 优选的，控制电路包括第一恒定电流驱动电路、第一电流镜像电路和电流电压转换电路，其中，第一电流镜像电路，连接于第一电流驱动电路的输出端，包括第一基准晶体管和第一晶体管；电流电压转换电路，包括第一转换电路，第一转换电路连接在第一晶体管和第一场效应管之间，用以将第一晶体管输出的电流信号转换为电压信号，并提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS。

[0046] 第一恒定电流驱动电路用以输出稳定的电流，并通过第一电流镜像电路将电流输出至电流电压转换电路，电流电压转换电路进一步将电流信号转换为电压信号并提供给第一场效应管。

[0047] 所述第一电流镜像电路进一步包括第二晶体管，电流电压转换电路进一步包括第二转换电路，第二转换电路连接在第二晶体管和第一场效应管之间，用以将第二晶体管输出的电流信号转换为电压信号，并提供第一场效应管栅极和源极之间的电压VGS。

[0048] 通过在电流镜像电路增加一个晶体管，进而也可以实现控制电路为第一场效应管提供栅极和源极之间的电压VGS。由于控制电路同时可以为第一场效应管提供漏极和源极之间的电压VDS以及栅极和源极之间的电压VGS，电路结构简单，增加的电子元器件少。

[0049] 第一场效应管栅极和源极之间的电压VGS还可以由其他电路进行单独提供，并不一定由上述控制电路进行提供。

[0050] 进一步地，所述第一转换电路包括一电阻，所述电阻的一端接地，另一端连接于第一场效应管。

[0051] 第一转换电路通过电阻实现电流到电压的转化，并体现在电阻两端的压降上。电压VDS等于电阻的两端的压降。易于想到，上述电阻接地的一端也可以接一电压源。

[0052] 所述控制电路进一步包括第二恒定电流驱动电路和第二电流镜像电路，第二电流镜像电路连接于第二电流驱动电路的输出端，包括第二基准晶体管和第三晶体管，第三晶体管将电流信号输出至所述第一转换电路。

[0053] 第二恒定电流驱动电路、第二电流镜像电路和第三晶体管构成的电路，目的在于产生一个固定电流，该固定电流流过第一转换电路产生了固定的电压，该固定的电压目的是保证VDS在任何情况下都有一个初始值，以保证第一场效应管能够工作。

[0054] 所述控制电路还用以控制电压VDS在所述输出电流增大的同时同步增大，且所述电压VDS具有一个上限值。

[0055] 给予VDS设定一个上限值，而这个上限值优选为现有产品的固定值，这个值可以保证在提供客户需要的最大电流时，芯片能正常工作，同时当电流变小时，我们可以同步变小。所以在ILED增大时候，虽然VDS也同步增大，但是消耗在第一场效应管上的功耗PNMOS始终不会超过VDS为固定值时的功耗。

[0056] 本申请还公开了一种LED驱动芯片，包括：

[0057] 第一场效应管，连接于LED并为其提供输出电流；

[0058] 控制电路，提供第一场效应管漏极和源极之间的电压VDS，并使得电压VDS在所述输出电流减小的同时同步减小。

[0059] 为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

[0060] 图6为本申请第一实施例中LED驱动电路的结构示意图。

[0061] LED驱动电路10可以为LED灯15提供稳定的电流，其包括控制电路和第一场效应管14。控制电路包括第一恒定电流驱动电路11、第一电流镜像电路12和电流电压转换电路13。

[0062] 第一恒定电流驱动电路11由运算放大器AMP、N型MOS管和电阻REXT组成，用以输出稳定的电流IEXT。运算放大器AMP的同相输入端接参考电压VREF，VREF是稳定的电压，为一固定值，IEXT由VREF和REXT决定，具体表示为IEXT VREF/REXT。

[0063] 第一电流镜像电路12包括第一基准晶体管121、第一晶体管122和第二晶体管123，第一基准晶体管121、第一晶体管122和第二晶体管123优选为P型MOS管。第一晶体管122将IEXT转换成B*IEXT电流，第二晶体管123将IEXT转换成A*IEXT电流，A和B为比例常数。

[0064] 易于想到，第一基准晶体管121、第一晶体管122和第二晶体管123也可以为N型MOS管或BJT三极管。

[0065] 电流电压转换电路13包括第一转换电路131和第二转换电路132。第一晶体管122输出的电流B*IEXT流入第一转换电路131，从而产生与REXT成比例的漏极源极电压VDS，并提供给第一场效应管14。第二晶体管123输出的电流A*IEXT流入第二转换电路132，从而产生与REXT成比例的栅极源极电压VGS，并提供给第一场效应管14。VGS和VDS共同决定了ILED，也就产生了与REXT成比例的，客户要求的ILED。

[0066] 第一场效应管14优选为N型MOS管，LED灯15连接在工作电压VLED和第一场效应管14的漏极之间，第一场效应管14的源极接地。

[0067] LED驱动电路10的原理在于：定义外接电阻REXT，LED驱动电路10根据REXT，产生与之相应的输出电流来驱动外部的LED灯15，输出电流与REXT的关系如下：

[0068]

[0069] 其中K为电流放大倍数，VREF是LED驱动电路10内部产生的稳定的电压，为一固定值。

[0070] 由LED驱动电路10可知：控制电路不仅可以为第一场效应管14提供栅极源极电压VGS，还可以为第一场效应管14提供漏极源极电压VDS，同时漏极源极电压VDS和电流IEXT有关，且呈正比关系，即，VDS随着IEXT的变化而同步增大或减小。当IEXT减小时，VDS也相应减小，进而大大降低了消耗在第一场效应管14上的功耗。同时由于VDS减小，对工作电压VDD的要求也相应减小，进而提高了工作电压VDD的范围。

[0071] 图7为本申请第二实施例中LED驱动电路的结构示意图。

[0072] LED驱动电路20在第一实施方式的基础上增加了第二恒定电流驱动电路21和第二电流镜像电路22。

[0073] 第二恒定电流驱动电路21由运算放大器AMP、N型MOS管和电阻R1组成，用以输出稳定的电流I1。运算放大器AMP的同相输入端接参考电压VREF2，VREF2是稳定的电压，为一固定值，I1由VREF2和R1决定，具体表示为I1＝VREF2/R1。

[0074] 第二电流镜像电路22包括第二基准晶体管221和第三晶体管222，第二基准晶体管221和第三晶体管222优选为P型MOS管。第三晶体管222将I1转换成I1’电流，优选的，I1’＝I1。

[0075] 第二基准晶体管221和第三晶体管222也可以为N型MOS管或BJT三极管。

[0076] 在第二实施方式中，电流电压转换电路优选包括一电阻R2，电阻R2的一端接地，另一端连接于第一场效应管(图未示)、第一晶体管122的输出端和第三晶体管222的输出端。

[0077] 电阻R2上的压降就为需要的VDS，第二恒定电流驱动电路21和第二电流镜像电路22的目的是产生一个固定的电流I1’，I1’流过R2产生了固定的电压VREF2*R2/R1，此固定电压的目的是保证VDS在任何IEXT下，都有一个初始值，保证MOS管能够工作，在此固定电压下，叠加上一个与IEXT成比例且能跟随其变化的电压，这样就实现了可变的VDS。

[0078] 可以推导得到VDS为：

[0079]

[0080]

[0081] 由式(2)知道，ILED＝K*IEXT，也就是得到的VDS可以根据客户需要的ILED而灵活的调整，从而实现更低耗，更宽裕的工作状态。实施例2中VDS与ILED的关系示意波形图为图2所示。

[0082] 综上所述，本发明的有益效果在于：在输出电流减小的过程中，VDS也同步减小，因此，消耗在第一场效应管上的功耗更小。同时，由于VDS减小，则在满足LED灯正常工作的情况下，对工作电压的要求也降低。

[0083] 以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。