一種LED背光燈鏡像恒流電路

陳建忠　楊寄桃

【摘 要】本設(shè)計(jì)電路適用于LED背光燈的恒流源，該電路包含鏡像自調(diào)恒流電路、鏡像恒流電路、Boost 恒流驅(qū)動(dòng)器、Boost升壓電路、過壓保護(hù)電路、Boost調(diào)整電路。其中鏡像自調(diào)恒流電路包括驅(qū)動(dòng)源晶體管、電流鏡晶體管、比例電阻、取樣電阻、LED燈。采用模擬調(diào)光方式鏡像恒流原理驅(qū)動(dòng)多路LED燈串，使多路LED燈發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定，噪聲小，光譜連續(xù)；具有可方便擴(kuò)展LED燈路串，以較低成本，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動(dòng)通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】LED背光燈；鏡像恒流；電路

【Abstract】The design circuit is suitable for the constant current source of the LED backlight， which comprises a mirror self regulating constant current circuit， a mirror constant current circuit， a Boost constant current driver， a Boost boost circuit， an overvoltage protection circuit， and a Boost adjusting circuit. The mirror self regulating constant current circuit comprises a driving source transistor， a current mirror transistor， a proportional resistance， a sampling resistor and a LED lamp. The analog dimming method is used to mirror the constant current principle to drive the multi-channel LED light string， which makes the light emitting intensity of the multi-channel LED lamp is stable， the noise is small， and the spectrum is continuous. It can be easily extended LED lamp string， with low cost， simple design can solve the LED backlight constant current drive channel port too much， complex problems and so on.

【Key words】LED backlight； Mirrored constant current； Circuit

0 引言

由于LED的亮度值與通過LED的電流成正比，為了保證各個(gè)LED亮度、色度的一致性，就得使流過LED電流的大小盡可能一致。其中驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)LED背光燈的顯示效果、制作成本及系統(tǒng)的運(yùn)行性能起著很重要的作用。所以設(shè)計(jì)一種既能滿足寬輸入電壓，高效率，高調(diào)光比驅(qū)動(dòng)的要求， 同時(shí)使用器件少、成本低的控制驅(qū)動(dòng)電路是很有必要的。而現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)總體是這樣的：每路LED燈串獨(dú)立用一個(gè)恒流源，假設(shè)有7路LED燈串或有n多個(gè)LED燈串，那就要做7個(gè)或n多個(gè)恒流源，這樣電路復(fù)雜，成本也高；而使用內(nèi)集成有多路控制輸出的芯片，那這種芯片價(jià)格很高，燈串路數(shù)擴(kuò)展性也受局限；為解決以上問題，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種LED背光燈的鏡像恒流驅(qū)動(dòng)電路，尤其最適合作為L(zhǎng)ED液晶電視的背光燈恒流源。采用模擬調(diào)光方式鏡像恒流技術(shù)驅(qū)動(dòng)多路LED燈串，使多路LED燈發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定，不閃爍，噪聲小，光譜連續(xù)；各路電流均能被調(diào)節(jié)且可自動(dòng)調(diào)節(jié)Boost升壓，具有可方便擴(kuò)展LED燈路串，以較低成本，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動(dòng)通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。

1 設(shè)計(jì)原理與方案

參照?qǐng)D1所示，LED背光燈鏡像恒流電路，其特征在于包括：鏡像自調(diào)恒流電路、鏡像恒流電路、Boost/恒流驅(qū)動(dòng)器、Boost升壓電路、過壓保護(hù)電路、Boost調(diào)整電路。鏡像自調(diào)恒流電路、鏡像恒流電路1和LED燈串1構(gòu)成第一電流鏡組，……，同理鏡像自調(diào)恒流電路和鏡像恒流電路n和LED燈串n構(gòu)成第N電流鏡組，依此原理可根據(jù)LED燈串路數(shù)需要，在鏡像自調(diào)恒流電路后端并聯(lián)所需多少的鏡像恒流電路與LED燈串；鏡像自調(diào)恒流電路作為電流鏡組的本體，能同時(shí)控制與其構(gòu)成的鏡像恒流電路；鏡像自調(diào)恒流、過壓保護(hù)、Boost調(diào)整、開關(guān)控制、調(diào)光動(dòng)作均是通過Boost/恒流驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的。能使多路LED燈發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定，噪聲小，光譜連續(xù)；具有可方便擴(kuò)展LED燈路串，以較低成本，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動(dòng)通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點(diǎn)。

2 具體設(shè)計(jì)方式

2.1 鏡像恒流設(shè)計(jì)

參照?qǐng)D2所示，LED背光燈鏡像恒流電路中鏡像自調(diào)恒流電路包含鏡像驅(qū)動(dòng)晶體管Q1，限流電阻R12，取樣電阻R13，鏡像源晶體管Q2和LED燈串1。鏡像驅(qū)動(dòng)晶體管Q1集電極接5V電源，5V電源作為各路電流鏡組的驅(qū)動(dòng)電流；發(fā)射極接限流電阻R12一端，電阻R12另一端接鏡像源晶體管Q2的基極，同時(shí)連接至鏡像源晶體管Q2和各路電流鏡晶體管Q3……Qn的基極，驅(qū)動(dòng)各路電流鏡工作；基極接Boost/恒流驅(qū)動(dòng)器，即IC1的VBJT引腳，由IC1的VBJT引腳驅(qū)動(dòng)鏡像驅(qū)動(dòng)晶體管Q1，進(jìn)而控制各路電流鏡組所接燈串的電流；源晶體管Q2的發(fā)射極通過限流電阻R13接地。電阻R13同時(shí)作為電壓取樣電阻，其與晶體管Q2連接的那一端接至IC1的VBJT引腳，電阻R13將取樣到的電壓反饋到IC1的VADJ引腳，使IC1自動(dòng)調(diào)整VBJT的輸出信號(hào)去控制Q1基極電流，進(jìn)而控制鏡像源晶體管Q2和各路電流鏡晶體管的基極電流，更進(jìn)一步地控制各路電流鏡晶體管集電極電流，使各路電流鏡晶體管集電極電流與鏡像源晶體管電流保持一致。這樣各路電流鏡晶體管的發(fā)射極電壓均和源晶體管Q2的發(fā)射極電壓保持一致，處于相同恒定狀態(tài)，進(jìn)而使通過R13、R14……Rn的電流恒定，更進(jìn)一步地使各路LED燈串的電流等同恒定。

鏡像恒流電路1包含電流鏡晶體管Q3，限流電阻R14，LED燈串2。電流鏡晶體管Q3基極與源電流鏡晶體管Q2基極接在一起，使基極電流與源晶體管的基極電流一致。晶體管Q3的發(fā)射極接有LED燈串2的限流電阻R14，為L(zhǎng)ED燈串設(shè)置額定的工作電流。鏡像恒流電路1與鏡像自調(diào)恒流電路組成第一電流鏡組，即鏡像恒流電路1是鏡像自調(diào)恒流電路的像，流過電阻R14的電流與流過R13的電流相同，進(jìn)而流過LED燈串2的電流與流過LED燈串1的電流相等。

同理，鏡像恒流電路n包含電流鏡晶體管Qn，限流電阻Rn，鏡像恒流電路中串接有LED燈串。電流鏡晶體管Qn基極與電流鏡源晶體管Q2基極接在一起，使基極電流與源晶體管的基極電流一致。晶體管Qn基極與電流鏡源晶體管Q2基極接在一起，使基極電流與源晶體管的基極電流一致。晶體管Qn的發(fā)射極接有LED燈串n的電阻Rn，為L(zhǎng)ED燈串設(shè)置額定的工作電流。鏡像恒流電路n與鏡像自調(diào)恒流電路組成第n電流鏡組，即鏡像恒流電路n是鏡像自調(diào)恒流電路的像，流過電阻Rn的電流與流過R13的電流相同[2-4]。

2.2 Boost電路設(shè)計(jì)

Boost/恒流驅(qū)動(dòng)器主要特征有開機(jī)使能腳EN，調(diào)光輸入DIM引腳，驅(qū)動(dòng)鏡像驅(qū)動(dòng)晶體管VBJT，電壓檢測(cè)引腳VADJ，MOS管驅(qū)動(dòng)引腳VMOS，MOS管檢測(cè)電流引腳CS，過壓保護(hù)引腳OVP，Boost升壓調(diào)整腳VFB。

Boost升壓電路由電感L1，MOS開關(guān)管M1，取樣電阻R3，肖特基二極管D1，儲(chǔ)能電容C2構(gòu)成。系統(tǒng)輸入電源經(jīng)升壓電感后接MOS管M1的漏極和二極管D1的陽(yáng)極，二極管D1的陰極接儲(chǔ)能電容的正極。MOS管M1的源極通過取樣電阻R3接地。IC1的VMOS引腳接MOS管的珊極，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管工作。當(dāng)MOS管工作在閉合狀態(tài)時(shí)，電感L1儲(chǔ)存能量；當(dāng)MOS管工作在斷開狀態(tài)時(shí)，電感L1釋放能量，其產(chǎn)生的電壓加上儲(chǔ)能電容的電壓作為L(zhǎng)ED燈串的供應(yīng)電壓。改變IC1的VMOS輸出驅(qū)動(dòng)引腳的占空比可改變LED燈串的供應(yīng)電壓。

2.3 保護(hù)電路與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

過壓保護(hù)電路是由電阻R4、R5和IC1的OVP引腳構(gòu)成。電阻R4、R5串聯(lián)構(gòu)成分壓取樣網(wǎng)絡(luò)，后將取樣得的電壓反饋到IC1的OVP引腳。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)LED燈串的供應(yīng)電壓過高；取樣得的過高電壓反饋到IC1的OVP引腳，從而切斷IC1工作，使系統(tǒng)停止工作，達(dá)到過壓保護(hù)目的，避免LED受損壞。

Boost調(diào)整電路由檢測(cè)二極管D2……Dn和IC1的VFB引腳構(gòu)成，D2檢測(cè)二極管接的分別接各路LED燈串的陰極，D2……Dn的陽(yáng)極作為公共端連在一起作為IC1的VFB輸入端，當(dāng)LED燈串的陰極處電壓降低時(shí)，IC1檢測(cè)到后，控制VMOS引腳提高占空比，從而提高LED燈串供應(yīng)電壓，使LED工作在穩(wěn)定狀態(tài)。

電流鏡中，各晶體管Q3，……，Qn及各限流電阻R14，……，Rn分別與鏡像源晶體管Q2及電流取樣電阻R13各構(gòu)成一個(gè)鏡像電流電路，分別為L(zhǎng)ED燈串2，……，LED燈串n提供與LED燈串1為基準(zhǔn)的相同電流。多路鏡像恒流電路都接有限流電阻R13，……，Rn，且其多路輸出級(jí)分別與LED燈串1，……，LED燈串n相連。通過改變各個(gè)限流電阻R13，……，Rn的阻值大小可以調(diào)節(jié)各路恒流電路的鏡像電流[5]。

電流鏡中，后級(jí)并接的鏡像恒流電路可根據(jù)需要進(jìn)行增減擴(kuò)展，使用方便，擴(kuò)展電路采用分立元件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且成本低廉。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用模擬調(diào)光方式鏡像恒流技術(shù)使LED工作在穩(wěn)定的恒流狀態(tài)，應(yīng)用于液晶電視LED背光燈的恒流源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)有益效果體現(xiàn)在：

（1）根據(jù)第一電流鏡組的鏡像自調(diào)恒流電路的取樣電阻，進(jìn)行電壓采樣，選擇合適的恒定電流作為其后面并接電流鏡的本體電流，避免后級(jí)電流過大或過小，保證電流鏡的鏡像精度；

（2）本設(shè)計(jì)LED背光燈鏡像恒流驅(qū)動(dòng)電路采用模擬調(diào)光方式有效避免由數(shù)字調(diào)光所產(chǎn)生的噪聲等問題，且LED發(fā)光不閃爍，穩(wěn)定，提高了LED的調(diào)光比；

（3）LED背光燈的鏡像恒流驅(qū)動(dòng)電路共用了鏡像自調(diào)恒流電路，其作為電流鏡組的本體，降低了對(duì)芯片的需求，減少重復(fù)驅(qū)動(dòng)通道口的面積，提高系統(tǒng)效率，大大降低電路成本，降低功耗以及不同驅(qū)動(dòng)通道之間的電流誤差；

（4）Boost/恒流驅(qū)動(dòng)器可設(shè)置過壓保護(hù)輸入，保護(hù)LED免受高壓擊穿；

（5）Boost/恒流驅(qū)動(dòng)器可設(shè)置Boost調(diào)整電路，為L(zhǎng)ED燈串提供寬范圍的工作電壓，使得各路LED燈串即使需求電壓不相同也能正常工作；

綜上，本設(shè)計(jì)LED背光燈鏡像恒流驅(qū)動(dòng)電路能夠有效提高現(xiàn)有的LED背光燈的驅(qū)動(dòng)電流恒流精度和降低不同電流驅(qū)動(dòng)通道之間的電流誤差；使多路LED燈發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定，噪聲小，光譜連續(xù)；具有可方便擴(kuò)展LED燈路串，以較低成本，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動(dòng)通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點(diǎn)。

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[責(zé)任編輯：張濤]