专利名称：基于小面积功率管的低失配多通道led恒流源驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于小面积功率管的低失配多通道LED恒流源驱动电路结构，属 于微电子和LED驱动技术领域。
背景技术：
随着LED屏的大范围应用，低失配和小面积的LED驱动电路对降低成本，提高LED 屏寿命和LED屏显示质量，都有着非常重要的作用。由于LED灯的发光特性，其两端电压变 化很小可引起其上电流的剧烈变化，故需要恒流驱动。为了得到不同像素点的亮度一致性， 不同像素点之间的电流应该尽量相等。而且由于不同的LED灯管之间存在不一致性，不同 LED之间如果电流失配太大，则有可能使LED的寿命受到影响。一种典型的LED驱动电路见图1。该结构包括一个电压产生模块VGEN和η个通道 (Channel 1，Channel 2，. . .，Channel η)。VGEN模块为通道提供参考电压，包括两个运放 Opal和0pa2，一个电流镜(Current Source Mirror)以及两个反馈MOS管MO和Mref。该 结构使用DAC(图中未给出)产生一个可变的电压Vrefl，Rext为外接电阻。由于Opal放 大倍数很大，通过反馈使得MO的漏端电压等于Vrefl，利用不同的Vrefl和Rext的组合产 生不同的ID，不同的应用可以有不同的ID，而且是可调的。对于一样的Rext，实际应用中调 节输出给DAC的数字信号码值D来调节Vrefl的值就可以实现不同的输出电流。ID通过电 流镜复制到Iref电流，Vref2为基准源例如Bandgap (图中未给出)产生的固定电压，假设 0pa2理想或者放大倍数很大，由于Mref的存在使得Mref的D端电压等于Vref 2，对于不同 的电流会有不同的VG，不同通道之间通过复制VG和Vref2来实现电流的复制。每一个通 道包括一个运放以及两个功率管(对于通道1是Ml和Mol)，由于LED的电流比较大，即Ml 和Mol上流过的电流比较大，需要比较大的面积的Ml和Mol。η个通道之间在电路结构上 是完全一样的，不同通道复制Mref的匹配决定了不同通道间的一致性。由于功率管Ml — 般工作在线性区，其电流复制失配可以计算为可以看到该结构不同通道间的失配主要来自阈值失配和Vref2的复制失配，对于 宽长比项失配和μ C。x*配，每种结构都有。对于不同的通道，其相同的量为Mref上的栅极 电压VG和Vref2电压。由于在实际版图中，不同通道间的放大器以及输出负载管均处于不 同的位置，故存在比较大的失配。而且，每一个通道均需要两个流过大电流的MOS管，面积 需求比较大。图1结构相对简单，而且通道间的失配可以做的比较小，故目前的LED驱动电路大 都采用该结构。然而，该结构中不同通道间的失配依赖于不同通道输出负载管之间的绝对 值误差，而这个值相对较大。另外，图1给出的结构每个通道需要两个功率管，其上都流过 大电流，需要很大的版图面积。
发明内容
本发明提出一种基于小面积功率管的低失配多通道LED恒流源驱动电路结构，解 决了单通道采用双功率管造成的大面积问题，以及不同通道间复制不匹配问题。本发明提出的电路结构包含ID产生模块IDGen，电流镜(Current Source Mirror)以及η个通道。所述ID产生模块包含一个运放和一个MOS管，所述ID产生模块需 要一个基准电压Vrefl，一般为一个DAC输出的电压或者其他方式，所述ID产生模块还需 要一个外接电阻Rext，最终产生一个与实际需要相关的变化的电流源ID。所述电流镜可以 是共源共栅结构，也可以是其他结构，所述电流镜接受电流ID，产生η个相等的电流Irefl， Iref2, ... , Irefn。所述η个通道的结构一致，包含一个运放和两个MOS管，其中一个MOS 管为功率管(对于第一通道为Mol，此处以第一个通道为例)，该功率管需要流过大电流，故 其面积比较大，另外一个MOS为Ml (对于第一个通道而言)，该MOS管不需要大电流，其面积 较小。Ml流过电流镜产生的电流Irefl (对于第二个通道为Iref2)，由于运放的放大倍数 很大，其两个输入端的电压相等，对于Ml和Mol而言，其MOS管的四个端电压相等，而Mol 宽长比的大小是Ml的宽长比的m倍，实现m倍的电流放大倍数。所述电路结构提供一种优化电路。该优化电路包含一个ID检测模块和相应的开 关，所述ID检测模块检测ID的大小，将ID分为几个区间，并将之编码，分别对应不同的输 出数字逻辑信号，所述数字信号控制相应的开关，所述开关控制ID的大小和Mol的m数。所述电路结构提供另一种优化电路。该优化电路包含两个钳位电路a，b。所述 钳位电路a包含几个NMOS和一个电阻，每个NMOS均为栅漏短接，每个NMOS的源接上一个 NMOS的漏，最上面的NMOS接到运放的输入端DX，最下面的NMOS接到地，电阻连在DX点和 LED负端上。钳位电路b钳制低压，该电压值在50mV-200mV之间，所述钳位电路接在DX点 从而钳制DX点电压，当LED负端电压小于给定的电压时，DX点的电压下降由于钳制电路b 的存在开始减缓或者不变。本发明采用的通道结构使用单个功率管，用一个运放使得Ml的D端电压精确复制 输出端电压，即Mol的D端电压，而且Ml和Mol在版图上可以做匹配性设计，可以使失配降 低到最小。而流过Ml和M2的电流通过电流镜复制，这个复制在版图上也属于局部失配，可 以做得相当精确。
图1为一种典型的多通道LED恒流源驱动电路；图2为本发明采用的驱动电路；图3为通过切换电流和MOS的m值保证线性区；图4为本发明电路结构中的钳位电路；其中，(a)为包含高电压钳位电路a的通道 示意图；(b)为包含低电压钳位电路b的通道示意图。
具体实施例方式下面结合附图，通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。图2为本发明提出的结构实施例的具体电路图，如图2所示，该结构给出了两个通
4道的示意图。IDGen产生ID，电流镜产生Iref，提供给不同通道。为了使复制更加精确，使 功率管工作在线性区，其失配由下述公式给出
权利要求
1.一种LED恒流源驱动电路，其特征在于，包含ID产生模块IDGen，电流镜以及η个通 道，所述ID产生模块包含一个运放和一个MOS管，所述电流镜电流ID产生η个相等的电流 Irefl, Iref2,... , Irefn,所述η个通道的结构一致，包含一个运放和两个MOS管，其中，一 个MOS管为功率管，该功率管的宽长比是另一 MOS管的宽长比的m倍。
2.如权利要求1所述的LED恒流源驱动电路，其特征在于，包含一个ID检测模块和相 应的开关，所述ID检测模块检测ID的大小，将ID分为几个区间，并将之编码，分别对应不 同的输出数字逻辑信号，所述数字信号控制相应的开关，所述开关控制ID的大小和功率管 的m数。
3.如权利要求1所述的LED恒流源驱动电路，其特征在于，包含一钳位电路，该钳位电 路包含几个NMOS和一个电阻，每个NMOS均为栅漏短接，每个NMOS的源接上一个匪OS的漏， 最上面的NMOS接到运放的输入端DX，最下面的NMOS接到地，电阻连在DX点和LED负端上。
4.如权利要求1所述的LED恒流源驱动电路，其特征在于，在运放的输入端DX连接钳 位电路，该钳位电路钳制低压，该电压值在50mV-200mV之间。
5.如权利要求1所述的LED恒流源驱动电路，其特征在于，所述ID产生模块需要一个 基准电压Vrefl，为一个DAC输出的电压或者其他方式，所述ID产生模块还需要一个外接电 阻Rext，最终产生一个与实际需要相关变化的电流源ID。
全文摘要
本发明提供了一种基于小面积功率管的低失配多通道LED恒流源驱动电路结构，属于微电子和LED驱动技术领域。该LED恒流源驱动电路包含ID产生模块IDGen，电流镜以及n个通道，所述ID产生模块包含一个运放和一个MOS管，所述电流镜电流ID产生n个相等的电流Iref1，Iref2，...，Irefn，所述n个通道的结构一致，包含一个运放和两个MOS管，其中，一个MOS管为功率管，该功率管的宽长比是另一MOS管的宽长比的m倍。本发明在版图上可以做匹配性设计，可以使失配降低到最小。
文档编号H05B37/02GK102098852SQ201110034290
公开日2011年6月15日 申请日期2011年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者吉利久, 尹航, 张雅聪, 王钊, 陈中建, 陈鸣, 鲁文高, 黄泽 申请人:北京大学