一种用于LED芯片内电流检测的电路制造技术

本发明专利技术涉及一种LED照明检测技术，尤其是涉及一种用于LED芯片内电流检测的电路。所述电流检测电路包括：低边电流检测模块，所述低边模块包括运算放大器A1、PMOS晶体管PM1、PMOS晶体管PM2、NMOS晶体管NM1、电阻R1、R2，以及MOS开关器件S1至S6，其中PMOS晶体管PM1和PM2组成等比的电流镜；高边电流检测模块，所述高边模块包括运算放大器A2、三极管Q1、电阻R1、R2以及MOS开关器件S6；由高边或低边采样得到的电流经过电阻R3产生反馈采样电压，外置电阻RSENSE与LED串联。与现有技术相比，本发明专利技术提供的方案能够使采用该电路的芯片可以根据实际应用系统不同实现高低边检测电路的自动切换，并使芯片能支持声音、建议意见升-降压灯多种拓扑结构的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种LED照明检测技术，尤其是涉及一种用于LED芯片内电流检测的电路。
技术介绍
LED具有高光效、寿命长、响应快、运行成本低及绿色环保等众多优点，随着半导体核心器件和相关支持技术的飞速发展，LED正越来越多地应用于照明等领域。由于LED的发光原理是是利用固体半导体芯片作为发光材料，在给半导体芯片两端加上正向电压后，半导体中的少数截流子和多数截流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白色的光。由于LED特殊的发光原理，不同于一般发光灯，LED是一种非线性器件，即正向电压的微小变化会引起正向电流的很大变化。对于1W的LED正向电压变化10%，即从3.4V降到3.1V，正向电流则变化3.5倍，即从350mA降到100mA。又由LED的特性知道LED的发光亮度与流过的电流有关，在一定电流范围内流过LED的电流越大其发光亮度越强，因此，在实际应用中为了保证LED具有稳定的光输出对LED串进行恒流控制是非常必要的。目前ＬＥＤ恒流驱动方式主要有电阻限流型、有源线性控制型以及开关稳压型。电阻限流型驱动电路的优点是一般电路只需要一个器件，电路价格低；但是这种电路有明显的缺点，如电路不能准确地控制电路电流，电路电流会跟随电源电压变化，而且电阻会造成整个电路的功耗增大。有源线性控制型驱动电路的优点是其可准确地控制LED电流从而实现电流调光，实现幅值和低频PWM调光，并且能够对LED进行自动温度补偿；然而这种电路存在成本高，功耗大以及需要散热的缺点。开关稳压型驱动电路是目前LED驱动电路里对LED电流控制最精确的电路类型，这种电路不仅可实现幅值和低频PWM调光以及对LED进行自动温度补偿，并且还能实现宽范围输入电压，最重要的是其基本不需要散热器。由于这些优点，使开关稳压型驱动电路广泛运用于大功率LED，尤其是应用于汽车照明及背光。由于上述以开关稳压型电路为主的电流精确控制驱动电路的推广，LED生产厂家需要对LED驱动电路配套一个电路自检测装置以确保驱动系统的精确性、可靠性、安全性以及使用寿命。而要满足这个需求，使用便捷、精确可靠的ＬＥＤ电流检测电路是必不可少的。目前的LED电流检测电路主要还是停留在提供有源线性控制型驱动电路的检测上，少数与开关稳压型驱动电路适配的驱动电路也是从上代检测电路改良而成，结构比较复杂，不利于LED小型化与散热。因此，有关技术人员急需研究出与开关稳压型驱动电路适配的结构简单却有效的检测电路。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的问题，本专利技术的目的是提供一种用于LED芯片内电流检测的电路，其包括:低边电流检测模块，所述低边模块包括运算放大器A1、PMOS晶体管PM1、PMOS晶体管PM2、NMOS晶体管NM1、电阻R1、R2，以及MOS开关器件S1至S6，其中PMOS晶体管PM1和PM2组成等比的电流镜；高边电流检测模块，所述高边模块包括运算放大器A2、三极管Q1、电阻R1、R2以及MOS开关器件S6；由高边或低边采样得到的电流经过电阻R3产生反馈采样电压，外置电阻RSENSE与LED串联。当低边检测模块（Lowside-detector）检测到VSL端的电压低于设定的阈值VLOW时，输出信号EN1=H，EN1_N=L，EN2=L，EN2_N=H，低边电路被选通。此时，运算放大器A1选通，S1、S2和S5接通，S3、S4断开。S6断开，防止高边干扰电流信号进入R3产生误差。根据运算放大器的“虚短”原理得知VIP约等于VIN，此种情况下电阻R2仅为了匹配电阻R1，采样电流流过电阻R1而不会在电阻R2上产生压降，因此VIP约等于VSH。由上述关系，可以得到电路电流Il=(Vin-VSL)/R1=(VSH-VSL)/R1。由于PM1和PM2等比镜像，所以ISL=Il，那么低边采样电流ISL满足这样的关系：ISL=(VSH-VSL)/R1。又设定流过LED的电流为ILED，即VSH-VSL=RSENSE×ILED,低边采样电流ISL进一步满足这样的关系：ISL=ILED×（RSENSE/R1）。采样得到的电流ISL通过电阻R3可得到采样电压VO_SENSE，采样电压VO_SENSE因此满足这样的关系：VO_SENSE=ILED×[(RSENSE×R3)/R1]。由于采样得到的电压VO_SENSE反馈到主环路的误差放大器的负端与系统的基准电压比较，当系统稳定时，电压VO_SENSE总近似等于基准电压，因此对于设定的内置电阻R1、R3，我们可以通过设置式的电阻RSENSE来实现对LED电流的调整。此外，为了提高采样的精度，需要把电阻R1和R3设计成具有整数比、同种类型的电阻，并在版图时尽量采用匹配画法，如ＡＢＢＡ等。同理，当低边检测模块检测到VLS端的电压高于设定的阈值VLOW时，输出信号EN1=L，EN1_N=H，EN2=H，EN2_N=L，高边检测电路被选通。此时，运算放大器A2选通，S6、S3和S4接通，S1、S2、S5断开。VIP和VIN通过S3、S4被下拉到地，从而保护运算放大器A1的输入端；S5断开，彻底隔断了低边采样电流到电阻R3的通路，从而防止干扰电流信号流进R3产生误差。根据运算放大器的“虚短”原理得知V2P约等于V2N，此种情况下电阻R1仅为了匹配电阻R2，采样电流流过电阻R2而不会在电阻R1上产生压降，因此高边采样电流ISH遵循这样的规律：=(VSH-V2N)/R2=(VSH-VSL)/R2。把VSH-VSL=RSENSE×ILED带入上述高边采样电流所遵循的规格中，得到高边采样电压V’O_SENSE的表达式：V’O_SENSE=ILED×[(RSENSE×R3)/R2]。因为在本专利技术中设定V’O_SENSE与系统的基准电压VREF的关系为2V’O_SENSE=VREF，那么采样比例K可被定于为K=VREF/ILED=2×(RSENSE×R3)/R2。若要想得到与低边检测相等的采样电流，可以设置R3/R2=R3/R1，即R1=R2，综合上述，要提高采样精度除了在把R1、R2和R3设计成同类型的电阻外，在版图上也要采取匹配画法，可以采用ABCBA等方法。例如，在实施例1中本专利技术折中考虑反馈电压精度与采样电阻RSENSE的损耗，设置R3=4R1=4R2，在设计版图时采用ABCCCCCCCCBA的画法：其中，A代表R1、B代表R2、C代表R3。此外，在设计中由于电流通路上的开关S1、S2有一定的内阻，因此当采样电流流过时会带来一定的误差，需要折中考虑开关的内阻与面积。与现有技术相比，本专利技术提供的用于LED芯片内电流检测的电路的优点在于采用了高低两边电路设置，芯片可以根据实际应用系统不同实现高低边检测电路的自动切换，不需要额外的操作设置。并且，采用了该电流检测电路的LED驱动芯片能支持声音、建议意见升-降压灯多种拓扑结构的应用，为LED驱动芯片提供了更广阔的应用市场。附图说明以下是本专利技术附图的简短说明，本专利技术使用的附图仅仅是实例性的，不能用于解释本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于LED芯片内电流检测的电路，其包括:低边电流检测模块，所述低边模块包括运算放大器A1、PMOS晶体管PM1、PMOS晶体管PM2、NMOS晶体管NM1、电阻R1、R2，以及MOS开关器件S1至S6，其中PMOS晶体管PM1和PM2组成等比的电流镜；高边电流检测模块，所述高边模块包括运算放大器A2、三极管Q1、电阻R1、R2以及MOS开关器件S6；由高边或低边采样得到的电流经过电阻R3产生反馈采样电压，外置电阻RSENSE与LED串联。

【技术特征摘要】
1.一种用于LED芯片内电流检测的电路，其包括:
低边电流检测模块，所述低边模块包括运算放大器A1、PMOS晶体管PM1、PMOS晶体管PM2、NMOS晶体管NM1、电阻R1、R2，以及MOS开关器件S1至S6，其中PMOS晶体管PM1和PM2组成等比的电流镜；
高边电流检测模块，所述高边模块包括运算放大器A2、三极管Q1、电阻R1、R2以及MOS开关器件S6；
由高边或低边采样得到的电流经过电阻R3产生反馈采样电压，外置电阻RSENSE与LED串联。
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【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：佛山市南海区联合广东新光源产业创新中心，
类型：发明
国别省市：广东;44