一種具有欠壓鎖定和過溫保護(hù)模塊的白光led驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種基于電荷泵的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，在普通的白光LED驅(qū)動電路的基礎(chǔ)上，采用1X/1.5X自適應(yīng)電荷泵，可根據(jù)輸入電壓的變化自動變換工作模式，大大提高了電源轉(zhuǎn)化效率；在整個電源供電范圍(2.7V-5.5V)內(nèi)，可實現(xiàn)1X/1.5X兩種工作模式的自動切換，保證較高的轉(zhuǎn)換效率；具有軟啟動功能可以有效防止芯片啟動時輸入到輸出端的浪涌電流。尤其是具有保護(hù)模塊，包括欠壓鎖定模塊和過溫保護(hù)模塊，用于判斷當(dāng)電源電壓過低或過高時，關(guān)斷除基準(zhǔn)和電流偏置電路外的其他電路，有效保護(hù)電路芯片穩(wěn)定安全地工作。整個驅(qū)動系統(tǒng)具有驅(qū)動能力強、亮度調(diào)節(jié)方便、寬供電范圍、電源轉(zhuǎn)換效率高、溫度性能穩(wěn)定、外圍電路簡單等特點。
【專利說明】一種具有欠壓鎖定和過溫保護(hù)模塊的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白光LED驅(qū)動電路，具體涉及一種基于電荷泵的具有欠壓鎖定和過溫保護(hù)模塊的白光LED驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，白光LED以其光源質(zhì)量優(yōu)秀、功耗低、應(yīng)用簡單等特性，在手機(jī)、MP3、PDA、DC、個人筆記本等便攜式設(shè)備的LCD背光中得到廣泛的應(yīng)用；并且也在汽車車燈、家庭照明等領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。白光LED巨大的市場潛力，極大的帶動了 LED驅(qū)動器的向低功耗、高集成化、可編程化的方向發(fā)展。目前，國內(nèi)電源管理芯片研發(fā)處于快速的發(fā)展階段，已經(jīng)取得了不菲的成績。所以開發(fā)高質(zhì)量的白光LED驅(qū)動器也就成為大家研究的重點。
[0003]電荷泵就是利用電容對電荷的積累效應(yīng)把電荷從輸入端轉(zhuǎn)移到輸出端，實現(xiàn)升壓功能，同時為負(fù)載提供所需的電流，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定變壓倍數(shù)和轉(zhuǎn)換效率，而自適應(yīng)電荷泵就是在不同變壓倍數(shù)之間自動變換。它具有結(jié)構(gòu)簡單、低EM1、易于集成等特點，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于白光LED照明、存儲器、電平轉(zhuǎn)換器等各個領(lǐng)域。
[0004]針對白光LED在手機(jī)、PDA等便攜式設(shè)備LCD背光中的應(yīng)用，本申請發(fā)明了一種基于電荷泵的白光LED驅(qū)動芯片，且具有體積小、EMI低、轉(zhuǎn)化效率高且成本低等特點。同時可驅(qū)動4個主顯示屏白光LED和2個副顯示屏白光LED，尤其是，本申請還設(shè)計了保護(hù)電路保證電路的正常工作。
[0005]發(fā)明的內(nèi)容
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明申請涉及的一種基于電荷泵的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:電荷泵升壓模塊、誤差放大器模塊、邏輯控制模塊、最大電流設(shè)定模塊、電流調(diào)節(jié)器模塊、使能控制模塊、LED負(fù)極最小電壓選擇模塊、振蕩器模塊以及基準(zhǔn)偏置模塊這些基本功能模塊。
[0008]其中，電荷泵升壓模塊為普通的1X/1.5X電荷泵，隨著電源電壓的變化，自動工作在IX或1.5X模式下，使輸出電壓大于白光LED正常導(dǎo)通電壓Vf，足以驅(qū)動白光LED。電源電壓較低時，工作在1.5X模式下，實現(xiàn)升壓功能；電源電壓較高時，工作在IX模式下；
[0009]本申請涉及的如上所述的驅(qū)動電路還包括一個軟啟動模塊，該軟啟動模塊用于在芯片啟動時，防止由于輸入端和輸出端大的壓差而產(chǎn)生的浪涌電流；
[0010]本申請涉及的如上所述的驅(qū)動電路還包括一個保護(hù)模塊，用以保證芯片穩(wěn)定安全地工作。
[0011]如上所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該保護(hù)模塊包括欠壓鎖定模塊和過溫保護(hù)模塊，用于判斷當(dāng)電源電壓過低或過高時，關(guān)斷除基準(zhǔn)和電流偏置電路外的其他電路，有效保護(hù)電路。
[0012]如上所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該LED驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個電源選擇模塊，該電源選擇模塊用于選擇出芯片的輸入電壓和輸出電壓中最大者，作為電荷泵中功率開關(guān)管控制信號的最高電平，以有效驅(qū)動電荷泵功率開關(guān)，同時輸出使能信號，用于控制功率管的驅(qū)動模塊。
[0013]如上所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該LED驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個模式選擇模塊，用于將最小電壓選擇模塊的輸出與參考門限電壓比較，根據(jù)不同情況輸出模式選擇信號。
[0014]如上所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該LED驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個模式轉(zhuǎn)換使能模塊，用于提供一個低倍轉(zhuǎn)換使能信號，和模式選擇信號共同控制電荷泵從1.5X轉(zhuǎn)換到IX模式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1、系統(tǒng)功能模塊框架圖
[0016]圖2、基于電荷泵的白光LED驅(qū)動電路圖
[0017]圖3、基于電荷泵的白光LED驅(qū)動電路中誤差放大器等效原理圖
[0018]圖4、誤差放大器電路示意圖1
[0019]圖5、誤差放大器電路示意圖2
[0020]圖6、軟啟動電路的等效構(gòu)架圖
[0021]圖7、軟啟動電路示意圖
[0022]圖8、電源選擇模塊原理圖
[0023]圖9、電源選擇模塊中的共柵比較器電路圖
[0024]圖10、模式選擇模塊工作原理圖
[0025]圖11、使能模塊工作原理圖
[0026]圖12、使能模塊工作等效電路圖
[0027]圖13、欠壓鎖定保護(hù)工作原理圖
[0028]圖14、欠壓鎖定保護(hù)等效電路圖
[0029]圖15、過溫保護(hù)工作原理圖
[0030]附圖標(biāo)記
【具體實施方式】
[0031]圖1為本申請所涉及的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖1所示的IX/1.5X CHARGE-PUMP為IX/1.5X電荷泵，隨著電源電壓的變化，自動工作在IX或1.5X模式下，使輸出電壓大于白光LED正常導(dǎo)通電壓Vf，足以驅(qū)動白光LED。電源電壓較低時，工作在1.5X模式下，實現(xiàn)升壓功能；電源電壓較高時，工作在IX模式下。圖1所示的S0FT-START為軟啟動模塊:芯片啟動時，防止由于輸入端和輸出端大的壓差而產(chǎn)生的浪涌電流；過載(輸出短路)情況下，軟啟動模塊每2.1ms工作一次。圖1所示的EA為誤差放大器:用于放大6個LED負(fù)極端的最小電壓和0.18V的基準(zhǔn)電壓差值，通過脈沖幅度調(diào)制(PAM)的負(fù)反饋，使1.5X電荷泵的輸出電壓穩(wěn)定。圖1所示的L0GIC-C0NTR0L為邏輯控制模塊:用于控制各個模塊協(xié)調(diào)的工作。圖1所示的PROTECTION為保護(hù)模塊:包含過溫、過壓、欠壓鎖定、短路四個保護(hù)電路，保證芯片穩(wěn)定安全地工作。圖1所示的⑶RRENT-SET為最大電流設(shè)定模塊。誤差放大器把設(shè)置電阻Rset的電壓鉗位為VKEF2，同時通過電流鏡設(shè)定A點的電平；Rset的大小確定LED的最大電流。圖1所示的LDO C-RE⑶LATOR為LDO電流調(diào)節(jié)器部分，分別調(diào)節(jié)每一個LED的電流，實現(xiàn)恒流驅(qū)動，保證較高的電流匹配度，以獲得均勻的亮度；主副屏控制信號控制其可實現(xiàn)LED11階亮度變化。所示的ENM/ENS CONTROL為EW、ENS控制模塊:處理外部EW、ENS脈沖控制信號，控制主副屏開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)。所示的SEL-MIN為LED負(fù)極最小電壓選擇模塊:用于檢測6個LED負(fù)極端的電壓，選出最小值，反饋給誤差放大器。所示的OSC為振蕩器:用于為系統(tǒng)提供IMHz的固定頻率。所示的REF&IBIAS為基準(zhǔn)偏置模塊:用于為系統(tǒng)各模塊提供不受溫度和電源電壓變化影響的基準(zhǔn)電壓和偏置電流，保證系統(tǒng)工作正常。
[0033]本申請所涉及的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)的具體工作原理如圖2所示:
[0034]系統(tǒng)上電(接通電源)后，首先檢測EW、ENS控制端的信號電平。如果E匪和ENS均為低電平，則芯片仍處于關(guān)斷模式。如果ENM/ENS有一個或全部為高電平，芯片開始啟動:首先基準(zhǔn)模塊建立，接著電流偏置模塊開始工作，為系統(tǒng)的其他子模塊提供穩(wěn)定的工作電流。隨后欠壓保護(hù)電路、過溫保護(hù)電路開始檢測系統(tǒng)正常的工作條件是否滿足，若電源電壓是高于2.45V、芯片溫度低于160°C，則輸出使能信號EN_UVL0、ΕΝ_0ΤΡ為高電平有效，振蕩器、軟啟動等各子模塊相繼開始正常工作；否則，各子模塊仍關(guān)斷。接著，軟啟動開始工作，為了防止由于IN端和OUT端之間較大的壓差而形成的浪涌電流，軟啟動模塊通過數(shù)模轉(zhuǎn)換的斜坡電流源逐漸對輸出電容充電，直到OUT接近IN。此過程維持約2ms，在此期間電荷泵不工作。
[0035]啟動結(jié)束后，芯片就要判斷工作在IX還是1.5X工作模式下。當(dāng)電源電壓較高時，即SEL-MIN選出6個LED負(fù)極端的最小電壓Vmn大于0.1V，輸出模式控制信號M0DE_SEL為高電平，芯片將工作在IX模式下；否則，V?N小于0.1V，M0DE_SEL為低電平，芯片將工作在1.5X模式下。若芯片工作在IX模式下，隨著電池的使用，電源電壓下降，當(dāng)V?N下降到閾值電壓0.1V以下，芯片(也就是電荷泵)跳轉(zhuǎn)到1.5X模式下工作，同時V?N通過誤差放大器EA負(fù)反饋控制電荷泵，穩(wěn)定輸出電壓V0UT。若芯片工作在1.5X模式下，隨著對電池充電，電源電壓VIN上升；當(dāng)電池電壓高于VOUT約50mV且Vmn升高到0.1V以上時，芯片又跳轉(zhuǎn)到IX模式下工作。
[0036]通過E匪或ENS低電平脈沖可實現(xiàn)LED亮度11階變化，每個脈沖減小LED電流的10%，第10個脈沖使LED電流減小到5%出匪或ENS保持低電平超過2ms，主屏或副屏的LED關(guān)斷；E匪和ENS同時保持低電平超過2ms，整個芯片關(guān)斷。LED的最大亮度由外部電阻Rset來設(shè)定，典型值為20mA。
[0037]尤其地，本申請還設(shè)計了保護(hù)電路保證電路的正常工作。當(dāng)電源電壓低于2.45V或芯片溫度超過160°C，芯片將處于低靜態(tài)電流的關(guān)斷模式；當(dāng)任一 LED損壞而使電路開路，過壓保護(hù)模塊通過開/關(guān)電荷泵使輸出電壓被限制在大約5V ;當(dāng)有過載(輸出端短路或V0UT<1.25V)的情況發(fā)生，軟啟動將會每2ms啟動一次。
[0038]誤差放大器模塊工作原理和電路示意圖說明。
[0039]其中，誤差放大器模塊的工作原理如圖3所示。主要由放大器和脈沖采樣電路組成。放大器的正端接0.18V的基準(zhǔn)電壓VKEF1，負(fù)端接SEL-MIN模塊的輸出電壓VMN，即6個LED負(fù)極電平中的最小電壓值，這樣放大器和電荷泵就組成負(fù)反饋系統(tǒng)，把V?N鉗位在0.18V左右，有效保證輸出電壓的穩(wěn)定性。脈沖采樣電路非常簡單，由一個起開關(guān)作用的MOS管組成，柵極加脈沖振蕩脈沖信號，就可以實現(xiàn)對放大器輸出電壓的采樣，從而形成了PAM信號。
[0040]圖4所示為誤差放大器的電路圖1。誤差放大器EA由EA1、EA2兩部分組成，其中EAl為增益級，EA2為輸出級和脈沖采樣電路。ΕΝ_0ΤΡ來自過溫保護(hù)電路，為誤差放大器的使能信號，高電平有效；VKEF(1、Veefi來自帶隙基準(zhǔn)模塊，提供1.25V和0.18V的基準(zhǔn)電壓；VSEL_MIN來自SEL-MIN模塊，為6個LED負(fù)極端電壓的最小電平，負(fù)反饋控制輸出電壓的穩(wěn)定性；ICR1來自電流調(diào)節(jié)模塊，為誤差放大器提供部分尾電流；END_SS來自邏輯控制模塊，為軟啟動結(jié)束的標(biāo)識信號，低電平有效；Isott來自軟啟動模塊，為軟啟動階段的斜坡電流信號，控制誤差放大器在軟啟動階段的輸出；P_S3來自邏輯控制模塊，為S3的脈沖控制信號。兩個反相器及開關(guān)管MG150、MG151、MG160、MG162、MG163組成輔助控制電路，由信號ΕΝ_0ΤΡ控制EAl正常工作與否。當(dāng)ΕΝ_0ΤΡ為低電平，EAl關(guān)斷；當(dāng)ΕΝ_0ΤΡ為高電平時，電路正常工作。其中QG27、RG2、MG 124支路和QG26、RGU QG23、RG24支路分別為放大器EAl和EA2提供偏置電流和尾電流:
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種基于電荷泵的白光LED驅(qū)動系統(tǒng),該驅(qū)動系統(tǒng)包括電荷泵升壓模塊、誤差放大器模塊、軟啟動模塊、邏輯控制模塊、最大電流設(shè)定模塊、電流調(diào)節(jié)器模塊、使能控制模塊、LED負(fù)極最小電壓選擇模塊、振蕩器模塊以及基準(zhǔn)偏置模塊，其特征在于:該LED驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個保護(hù)模塊，用以保證芯片穩(wěn)定安全地工作。
2.如權(quán)利要求1所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該保護(hù)模塊包括欠壓鎖定模塊和過溫保護(hù)模塊，用于判斷當(dāng)電源電壓過低或過高時，關(guān)斷除基準(zhǔn)和電流偏置電路外的其他電路，有效保護(hù)電路。
3.如權(quán)利要求2所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該LED驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個電源選擇模塊，用于選擇出芯片的輸入電壓和輸出電壓中最大者，作為電荷泵中功率開關(guān)管控制信號的最高電平，以有效驅(qū)動電荷泵功率開關(guān)，同時輸出使能信號，用于控制功率管的驅(qū)動模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該LED驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個模式選擇模塊，用于將最小電壓選擇模塊的輸出與參考門限電壓比較，根據(jù)不同情況輸出模式選擇信號。
5.如權(quán)利要求4所述的白光LED驅(qū)動系統(tǒng)，其特征還在于:該LED驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個模式轉(zhuǎn)換使能模塊，用于提供一個低倍轉(zhuǎn)換使能信號，和模式選擇信號共同控制電荷泵從1.5X轉(zhuǎn)換到IX模式。
【文檔編號】H05B37/02GK103917012SQ201310499073
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】賈蒙, 張燁, 肖淼鑫, 姚鵬, 楊冉 申請人:新鄉(xiāng)學(xué)院