一种一路参考电流驱动多路并联LED的电流源电路制造技术

一种一路参考电流驱动多路并联ＬＥＤ的电流源电路，包括电流镜（２０１），误差放大器（２０２），调整管（２０３），参考电流（２０４），其它多路驱动管（２０５）和ＶＤＳ钳位电路（２０６），其特征在于：ＶＤＳ钳位电路（２０６）分别接ＭＮ１的漏端和误差放大器（２０２）的正输入端，电流镜（２０１）和其他多路驱动管（２０５）的栅端通过一个共同的Ｖｄｒｉｖｅ信号线驱动，正常工作时，ＭＯＳ管ＭＮ１和ＭＮ０的漏端电压在误差放大器（２０２）和调整管（２０３）的作用下保持一致，其它驱动管（２０５）与ＭＮ１即使有较小的漏端压差依然能获得较好的电流匹配。异常情况下，ＶＤＳ钳位电路能够给出一个适当的偏置电压，使得ＭＮ１的漏端无论是什么情况，其它驱动管（２０５）不会导通过大电流，并且能够正常工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种一路参考电流驱动多路并联LED(Light-Emitting Diode发光二极管)的电流源电路。
技术介绍
白光LED具有发热量低、耗电量少(白炽灯泡的八分之一，荧光灯泡的二分之一)、寿命长(数万小时以上，是荧光灯的10倍)、反应速度快、体积小可平面封装等优点，易开发成轻薄短小的产品，是替代传统照明器具的潜力商品。在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，白光LED在照明市场的前景备受全球瞩目，欧、美及日本等先进国家也投注许多人力，并成立专门的机构推动白光LED研发工作。它将成为21世纪的新一代光源，第四代电光源，以替代白帜灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源，白光LED孕育着巨大的商机。目前在手持设备(手机、MP3、MP4等)中，白光LED作为彩屏显示屏的背光显示已经得到广泛的应用，而蓝光、红光等不同颜色的LED则作为键盘灯和装饰灯也得到了广泛应用。LED驱动电路一般可分成串联驱动和并联驱动两种。LED的光特性通常都描述为LED工作电流的函数，而不是电压的函数，控制LED的发光亮度，就是要控制LED的工作电流。串联驱动的方式可以保证所有LED流过的电流完全一致，提供相当好的LED间的电流匹配精度，从而达到均匀的显示亮度。但是串联驱动采用电感型DC-DC升压转换原理驱动多个LED，随之而来的一个很大的问题就是EMI(电磁干扰)问题，由于串联型驱动电路的开关管工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程是一个干扰源，外接的电感会使得干扰的辐射现象相当严重，尤其在移动通信终端，会对移动通信终端的接收灵敏度带来很大的影响。而并联驱动电路，由于无需使用电感进行升压，那么它对外形成的EMI干扰就远远小于串联驱动电路。但是在并联驱动电路中，如何保证各个并联LED电流匹配度是值得关注的问题。在现有的并联驱动LED的电流源电路中，一般通过镜像一个小电流(μA级)来得到LED所需的大电流(mA级)。如图1所示，ISET(104)为一电流基准。通过误差放大器(102)和调整管(103)的共同作用可以使得电流镜(101)中MN0和MN1的漏端电压相等，由于它们的源端共同接地所以VDS1＝VDS0。由于MN0和MN1的栅接同一驱动电压所以VGS1＝VGS0。图2是一个简单NMOS器件示意图。根据NMOS(N型金属氧化物半导体)管的电流公式I=12μnCOXWL(1+λVDS)---(1)]]>λ为沟道长度调制系数，表示给定的VDS增量引起的沟道长度相对变化，对于越长的L，λ越小。一级SPICE模型中典型情况下λ＝0.1V-1。W、L分别为沟道宽度和有效沟道长度。VTH是阈值电压。μn是迁移率。COX是单位面积的栅氧化层电容。在VDS1＝VDS0时，流经MN0与MN1电流之比为IMN1IMN0=W1L0W0L1---(2)]]>这样，LED1的工作电流和Iset的电流比例关系完全由MN1和MN0的宽长比决定，实现了精确的LED工作电流控制，在驱动多个LED的情况下，只需要把这样的基本一对一的电流源单元复制多次即可。但是这样做的缺点是对于n路并联的LED的驱动，需要n个Iset电流，这样从转换的效率看，更多的电流被消耗掉，降低了转换效率。对于n路并联的LED驱动，需要n个误差放大器单元、n个调整管MNA和n个电流源管MN0，这样会增加较多的器件或者芯片面积。出于节省功耗和芯片面积、提高转换效率的目的，需要采用一对多的电流源方式来驱动多路LED。如图1所示，更多的LED2～LEDn通过MN2～MNn(105)这样的驱动管驱动，在相同的工作电流要求下，MN2～MNn与MN1应当具有相同的(W/L)比值。但是由于MN2～MNn的漏源电压VDS并不反馈给电流镜管MN0。而实际应用中，由于LED正向导通压降并不会完全一致，可能会略有差别(一般白光LED的正向导通压差在±100mV以内)，MN2～MNn漏端电压无法和MN1完全一样，这样流经MN2～MNn的电流就不像式(2)中那样和仅仅和MOS管的宽长比有关，而且和漏源电压VDS相关。以MN2为例，当工作在饱和区，式(3)是NMOS工作在饱和区的电流公式。式(4)是工作在饱和区的MN2与MN0的电流之比。I=12μnCOXWL(VGS-VTH)2(1+λVDS)---(3)]]>IMN2IMN0=W2L0(1+λVDS2)W0L2(1+λVDS0)---(4)]]>IMN2IMN1=1+λVDS21+λVDS1≈1---(5)]]>由于λ＝0.1，|VDS2-VDS0|＜0.2V，有式(2)，(4)得到式(5)。易知在饱和区的时候，不同的VDS能够引起的电流失配非常小，不到2％，而正常应用中，LED有足够的电压驱动，可以确保绝大多数情况下电流镜都是工作在饱和区。这也说明多数情况下不需要严格的一对一匹配驱动LED。极端情况下，当VDS＜＜2(VGS-VTH)时，NMOS工作在线性区。式(6)是线性区电流导通公式。式(7)是工作在线性区的MN2与MN0的电流之比。I=μnCOXWL(VGS-VTH)VDS---(6)]]>IMN2IMN0=W2L0VDS2W0L2VDS0---(7)]]>IMN2IMN1=VDS2VDS1---(8)]]> 由式(2)，(7)得到式(8)。在VDS很小的线性区情况下，VDS的不同将导致极大的电流失配。如果VDS1＝50mV，VDS2＝VDS1+200mV，根据式(8)IMN2＝5IMN1，过大的电流可能会损害LED，尽管在多数情况下，驱动管并不工作在线性区域，但是依然需要考虑线性区工作情况下的安全性。另一个问题，这种简单的一对多电流镜结构需要第一路LED1必须被接上并且正常工作，如果在应用中LED1不接或者损坏(一般LED的损坏状态为开路)，MN1漏端悬空将导致误差放大器(102)的正端悬空，这种电流镜结构中的悬空，会导致调整管(103)截止，MN0不导通电流，这样MN2～MNn处于一种不受控状态，LED2～LEDn无法正常工作。因此，由于LED1的故障状态导致其余的LED2～LEDn均无法工作，这在实际应用中无法接受。图1中一对多驱动结构的缺陷在于当驱动管的源漏端压差较小工作在线性区时，LED正向导通压降不同，MN2～MNn将可能导通一个较大的电流，可能损坏LED当LED1不接或者开路损坏时，其它的LED会受到影响，无法正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种一路参考电流驱动多路并联LED的电流源电路，既可以实现正常工作时较好的电流匹配性，较高的转换效率，同时又保证在极端情况或者异常情况下电路的安全性和容错能力。具体表现为在极端情况下，最大的LED的工作电流是受限的，不会对LED造成损坏，同时任何一路LED不接或发生开路故障，其它的LED也能正常工作。如图3所示，本专利技术所提供的一种一路参考电流驱动多路并联LED的电流源电路，包括电流镜对管(201)，误差放大器(202)，调整管(203)，参考电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一路参考电流驱动多路并联ＬＥＤ的电流源电路，包括电流镜（２０１），误差放大器（２０２），调整管（２０３），参考电流（２０４），其它多路驱动管（２０５）和ＶＤＳ钳位电路（２０６），其特征在于：引入了一个ＶＤＳ钳位电路（２０６），该模块一端接误差放大器（２０２）的正输入端，另一端接电流镜（２０１）ＮＭＯＳ管（ＭＮ１）的漏端；误差放大器（２０２）的负输入端接电流镜（２０１）ＮＭＯＳ管（ＭＮ０）的漏端，输出接调整管（２０３）的栅端；调整管的漏端接产考电流，源端接电流镜（２０１）ＮＭＯＳ管（ＭＮ０）的漏端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪军，吴珂，
申请(专利权)人：启攀微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]