一种线性驱动led的温度补偿电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电子电路技术，具体的说是设计一种线性驱动LED的温度补偿电路。本发明电路，其特征在于，还包括运算放大器、驱动管MN和电阻R；其中，温度采样模块采样LED模块的温度，其输出端接温度补偿模块的输入端；温度补偿模块和参考电压模块的输出电压相加后接运算放大器的正向输入端；运算放大器的负相输入端接驱动管MN的源极，其使能端EN接过温关断模块，其输出端接使能管MN的栅极；LED模块的正极接电源VDD，其负极接开关管MN的漏极；开关管MN的源极通过R后接地GND。本发明的有益效果为，既可以实现温度升高，LED电流自适应降低，也可以实现超过设定的温度后直接关闭电路，实现了LED的温度双重保护。本发明尤其适用于LED驱动的温度补偿电路。
【专利说明】—种线性驱动LED的温度补偿电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路技术，具体的说是设计一种线性驱动LED的温度补偿电路。【背景技术】
[0002]目前，在电LED驱动电路设计领域中，LED的驱动方式包括线性驱动和开关电源驱动。线性驱动方式具有结构简单，电磁干扰EMI小、成本低等优势，市面上有很多线性驱动的应用。LED作为一种新型的灯源，存在散热问题。高温条件下LED会发生可恢复的器件特性变化，但是随着时间的推移，将发生永久性的衰变。工作电流恒定时，温度升高，其输出光强衰减的很快。因此，对于恒定电流驱动LED的驱动器而言，具有温度补偿的驱动器可以很好的保护LED的寿命与特性。
[0003]现在，温度保护电路，主要是利用过温关断模块，一方面这个技术容易出现不停热开启和热关断，另一方面，该技术方案中温度一般是指的驱动芯片内部的温度，与LED的温度有一定的差异，所以不能够及时准确的关断，对LED寿命等性能会造成损伤。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的，就是针对上述传统LED存在的散热问题，提出了一种用于LED的温度补偿电路。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种线性驱动LED的温度补偿电路，包括过温关断模块、参考电压模块、温度补偿模块、温度采样模块和LED模块，其特征在于，还包括运算放大器、驱动管MN和电阻R ;其中,温度米样模块米样LED模块的温度,其输出端接温度补偿模块的输入端；温度补偿模块和参考电压模块的输出电压相加后接运算放大器的正向输入端；运算放大器的负相输入端接驱动管MN的源极，其使能端EN接过温关断模块，其输出端接使能管MN的栅极；LED模块的正极接电源VDD，其负极接开关管MN的漏极；开关管丽的源极通过R后接地GND。
[0006]具体的，所述过温关断模块由PMOS 管 PM1、PM2、PM3、PM4, NMOS 管 NM1、NM2、NM3、NM4、NM5，三极管NPNl、电阻R1、反相器INV构成；其中，PMl、PM2、PM3、PM4的源极接电源VDD ；PM1的栅极与漏极互连，其栅极接PM2的栅极，其漏极接匪的漏极；匪2的源极接地GND ;匪2、匪1、匪3、匪5的栅极互连；匪1的源极接地GND，其漏极与栅极接外部电流源1_BIAS ；PM2的源极接电源VDD，其漏极接反相器INV的输入端和三极管NPNl的集电极；三极管NPNl的发射极接地GND，其基极接PM4的漏极，其基极还通过Rl后接地GND ；PM3的源极接电源VDD，其栅极接PM4的栅极；PM4的源极接电源VDD，其栅极与漏极互连，其漏极接NM4的漏极和匪3的漏极；NM4的栅极接反相器INV的输出端，其源极接匪5的漏极；匪5的源极接地GND ;NM3的源极接地GND ；
[0007]所述温度采样模块由NTC热敏电阻R14和电阻R13构成；其中，电源VDD通过Rl3后接R14的一端；R14的另一端接地GND ；
[0008]所述温度补偿模块由PMOS 管 PM5、PM6、PM7、PM8、PM9、PM10、PMlU PMl2, PMl3,PM14，电阻 R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12，第一运算放大器、第二运算放大器、
第三运算放大器构成；其中PM5的源极接电源，其栅极接PM7的栅极和PM6的漏极，其漏极接PM6的源极；PM7的源极接电源VDD，其漏极接PM8的源极；PM8的栅极接PM6的栅极，其漏极接PM9和PMlO的源极；PM6的漏极通过R2后接NM6的漏极，其漏极通过R2后还接其栅极；NM6的栅极接第一运算放大器的输出端，其源极依次通过R3和R4后接地GND ;第一运算放大器的正向输入端接参考电压模块输出的参考电压Vref，其负相输入端接NM6的漏极，其负相输入端还依次通过R3和R5后接匪5的漏极；匪5的源极接地GND，其栅极接匪7的栅极；NM7的栅极与漏极互连，其源极接地GND，其漏极接PM9的漏极；PM9的栅极接R14的一端；PM10的栅极通过R6后接电源VDD，其栅极通过R7后接地GND，其漏极接NM8的漏极；NM8的栅极与漏极互连，其源极接地GND ；PM11的源极接电源，其栅极接PM12的栅极，其漏极接PM13的源极；PM12的源极接电源，其栅极接PM14的漏极，其漏极接PM14的源极；PMl3的栅极接PM14的栅极，其漏极依次通过R8和RlO后接地GND ；PM14的漏极通过R9后接匪10的漏极和PM13的栅极；匪10的栅极接第二放大器的输出端，其源极通过Rll后接地GND ;第二放大器的正向输入端通过R3后接NM6的源极，其负相输入端接匪10的源极；第三运算放大器的使能端接反相器INV的输出端，其正向输出端通过R8后接PM13的漏极，其负相输入端通过R12后接地GND，其输出端接驱动管MN的栅极。
[0009]具体的，所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的结构相同，其中第一运算放大器由 PMOS 管 PM15、PM16、PM17、PM18、PM19、PM20、PM21、PM22、PM23、PM23、PM24、PM25、PM26, NMOS 管 NM12、NM13、NM14、匪 15、NM16、NM17、NM18、NM19、NM20，电阻 R15和电容 Cl 构成；其中，PM15、PM16、PM19、PM20、PM24、PM25、PM26 的源极均接电源 VDD ;PM15、PM16、PM19、PM20的栅极互连；PM15的漏极和栅极互连，其漏极接外部电流源I_bias ；PM16的漏极接PM17和PM18的源极；PM17的栅极为运算放大器I的同相输入端，其漏极接匪12的漏极；PM18的栅极为运算放大器I的负相输入端，其漏极接匪13的漏极；匪12的漏极和栅极互连，其栅极接匪13的栅极，其源极接地GND ;匪13的源极接地GND ；PM19的漏极接PM21和PM22的源极；PM21的栅极接匪13的漏极，其漏极接匪14的漏极；NM14的漏极和栅极互连，其栅极接匪17的栅极，其源极接地GND ；PM22的栅极接PM23的漏极，其漏极接丽15的漏极；匪15的漏极和栅极互连，其源极接地GND ；PM20的漏极接PM23的源极；PM23的漏极接PM22的栅极和匪16的漏极，其栅极接基准电压V_ref ;匪16的漏极和栅极互连，其源极接地GND ；PM24和PM25的栅极互连；PM24的栅极和漏极互连，其漏极接匪17的漏极；匪17的源极接地GND ；PM25的漏极依次通过电容Cl和电阻R15后接PM21的栅极；NM18的源极接地GND，其漏极接匪19的漏极；匪18的漏极和PM25的漏极连接作为第一运算放大器的输出端；匪19的源极接GND，其栅极接PM26和匪20的漏极；PM26的栅极和匪20的栅极相连作为第一运算放大器的使能端EN ;匪20的源极接GND。
[0010]本发明的有益效果为，既可以实现温度升高，LED电流自适应降低，也可以实现超过设定的温度后直接关闭电路，实现了 LED的温度双重保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的用于线性驱动LED的温度补偿电路的逻辑结构框图；
[0012]图2是LED电流与温度关系示意图；[0013]图3是传统技术方案中电流与温度关系示意图；
[0014]图4是实施例的电路结构示意图；
[0015]图5是实施例中运算放大器电路结构示意图；
[0016]图6是实施例的LED电路与温度关系示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案:
[0018]如图1所示，本发明的线性驱动LED的温度补偿电路，包括过温关断模块、参考电压模块、温度补偿模块、温度采样模块、LED模块、运算放大器、驱动管MN和电阻R ;其中，温度采样模块采样LED模块的温度，其输出端接温度补偿模块的输入端；温度补偿模块和参考电压模块的输出电压相加后接运算放大器的正向输入端；运算放大器的负相输入端接驱动管MN的源极，其使能端EN接过温关断模块，其输出端接使能管MN的栅极；LED模块的正极接电源VDD，其负极接开关管MN的漏极；开关管MN的源极通过R后接地GND。
[0019]如图2所示，为LED电流与温度关系示意图，可见当温度超过某一临界值后，LED电流将会急剧下降。如图3所示，为传统技术方案的电流与温度关系图。当温度低于T2时，LED的电流不变，当温度高于T2时，LED电流急剧下降。当LED温度下降到Tl时，驱动芯片又开始工作，LED电流又开始恒定。
[0020]实施例
[0021] 如图4所示，本例中过温关断模块由PMOS管PMl、PM2、PM3、PM4，NMOS管匪1、匪2、匪3、匪4、匪5，三极管咿附、电阻1?1、反相器INV构成；其中，PM1、PM2、PM3、PM4的源极接电源VDD ；PM1的栅极与漏极互连，其栅极接PM2的栅极，其漏极接匪的漏极；匪2的源极接地GND ;匪2、匪1、匪3、匪5的栅极互连；匪1的源极接地GND，其漏极与栅极接外部电流源1_BIAS ；PM2的源极接电源VDD，其漏极接反相器INV的输入端和三极管NPNl的集电极；三极管NPNl的发射极接地GND，其基极接PM4的漏极，其基极还通过Rl后接地GND ；PM3的源极接电源VDD，其栅极接PM4的栅极；PM4的源极接电源VDD，其栅极与漏极互连，其漏极接NM4的漏极和匪3的漏极；NM4的栅极接反相器INV的输出端，其源极接匪5的漏极；匪5的源极接地GND ;NM3的源极接地GND ；
[0022]所述温度采样模块由NTC热敏电阻R14和电阻R13构成；其中，电源VDD通过Rl3后接R14的一端；R14的另一端接地GND ；
[0023]所述温度补偿模块由PMOS 管 PM5、PM6、PM7、PM8、PM9、PM10、PMlU PMl2, PMl3,PM14，电阻 R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12，第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器构成；其中PM5的源极接电源，其栅极接PM7的栅极和PM6的漏极，其漏极接PM6的源极；PM7的源极接电源VDD，其漏极接PM8的源极；PM8的栅极接PM6的栅极，其漏极接PM9和PMlO的源极；PM6的漏极通过R2后接NM6的漏极，其漏极通过R2后还接其栅极；NM6的栅极接第一运算放大器的输出端，其源极依次通过R3和R4后接地GND ;第一运算放大器的正向输入端接参考电压模块输出的参考电压Vref，其负相输入端接NM6的漏极，其负相输入端还依次通过R3和R5后接匪5的漏极；匪5的源极接地GND，其栅极接匪7的栅极；NM7的栅极与漏极互连，其源极接地GND，其漏极接PM9的漏极；PM9的栅极接R14的一端；PM10的栅极通过R6后接电源VDD，其栅极通过R7后接地GND，其漏极接NM8的漏极；NM8的栅极与漏极互连，其源极接地GND ；PM11的源极接电源，其栅极接PM12的栅极，其漏极接PM13的源极；PM12的源极接电源，其栅极接PM14的漏极，其漏极接PM14的源极；PMl3的栅极接PM14的栅极，其漏极依次通过R8和RlO后接地GND ；PM14的漏极通过R9后接匪10的漏极和PM13的栅极；匪10的栅极接第二放大器的输出端，其源极通过Rll后接地GND ;第二放大器的正向输入端通过R3后接NM6的源极，其负相输入端接匪10的源极；第三运算放大器的使能端接反相器INV的输出端，其正向输出端通过R8后接PM13的漏极，其负相输入端通过R12后接地GND，其输出端接驱动管MN的栅极。
[0024]本例的工作原理为；
[0025]电阻R13和NTC电阻R14进行分压，输入到PM9的栅极，则PM9的栅极电压Vg9为:
[0026]Vg9 = VDD*R14/(R14+R13)
[0027]R14 = R0*exp(B*(l/T-1/298))
[0028]其中，B为热敏指数(NTC热敏电阻的材料常数)RO是指RNTC热敏电阻在25摄氏度(298K)时的电阻，T为热敏电阻的温度值的绝对温度值表示。
[0029]PMlO的栅电压VglO为:
[0030]VglO = VDD*R7/(R6+R7)
[0031]PM9 的电流为 Idl:
[0032]Idl = l/2*u*Cox*(W/L)*(Vg9-Vth_Vs) ~2
[0033]PMlO 的电流 Id2:
[0034]Id2 = l/2*u*Cox*(ff/L)* (VglO-Vth-Vs) ~2
[0035]Idl+Id2 = Iss (Iss为PM7和PM8提供的总的电流，由于PM7和PM8都工作在饱和区，Iss保持恒定不变):
[0036]Idl = 1/2*1 ss + l/4*u*Cox* (W/L) * (Vg9_VglO) sqrt (4*1 ss/(u*Cox* (W/L))-(Vg9-VglO)~2)
[0037]R4处的电压为:
[0038]Vx = Vref*R4/ (R3+R4)
[0039]MN5工作在线性区，其电阻是一个可变电阻。阻值为:
[0040]R= I/(u*Cox* (W/L) * (Vg7_Vth))
[0041]PM9的电流Idl变大,这样Vg7_Vth电压也变大,可变电阻R变小,R4的电压Vx变小，此时Vx为
[0042]Vx = Vref*(R4//(R5+R))/(R3+(R4//(R5+R)))
[0043]第二运算放大器2决定了通过Rll的电流，当Vx下降后，电流下降。通过电流镜的关系，在Rll上电压下降，LED的电流如下:
[0044]I = Vx*R10/(Rll*R12)
[0045]当温度升高时，LED电流变小，LED的功耗也会变小。当温度升到很高的时候，由于晶体管的基极与发射极电压下降，利用过温关断模块输出一个低电平，输入到第三运算放大器3的时能端EN，使第三运算放大器3输出为低电平，关断驱动管NM，当温度降低后，过温关断模块输出高电平，再次开启驱动管，通过设定电阻、电流可以设定迟滞温度。
[0046]如图5所示，为本例运算放大器的电路结构，所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的结构相同，其中第一运算放大器由PMOS管PM15、PM16、PMl7, PM18、PM19、PM20、PM21、PM22、PM23、PM23、PM24、PM25、PM26,NM0S 管 NM12、NM13、NM14、NM15、NM16、NM17、NM18、NM19、NM20,电阻 R15 和电容 Cl 构成；其中，PM15、PM16、PM19、PM20、PM24、PM25、PM26的源极均接电源VDD ;PM15、PM16、PM19、PM20的栅极互连；PM15的漏极和栅极互连，其漏极接外部电流源I_bias ；PM16的漏极接PM17和PM18的源极；PM17的栅极为运算放大器I的同相输入端，其漏极接匪12的漏极；PM18的栅极为运算放大器I的负相输入端，其漏极接匪13的漏极；匪12的漏极和栅极互连，其栅极接匪13的栅极，其源极接地GND ;匪13的源极接地GND ；PM19的漏极接PM21和PM22的源极；PM21的栅极接匪13的漏极，其漏极接匪14的漏极；匪14的漏极和栅极互连，其栅极接匪17的栅极，其源极接地GND ；PM22的栅极接PM23的漏极，其漏极接丽15的漏极；匪15的漏极和栅极互连，其源极接地GND ；PM20的漏极接PM23的源极；PM23的漏极接PM22的栅极和匪16的漏极，其栅极接基准电压V_ref ；匪16的漏极和栅极互连，其源极接地GND ；PM24和PM25的栅极互连；PM24的栅极和漏极互连，其漏极接匪17的漏极；NM17的源极接地GND ；PM25的漏极依次通过电容Cl和电阻R15后接PM21的栅极；NM18的源极接地GND，其漏极接NM19的漏极；NM18的漏极和PM25的漏极连接作为第一运算放大器的输出端；NM19的源极接GND，其栅极接PM26和匪20的漏极；PM26的栅极和匪20的栅极相连作为第一运算放大器的使能端EN ；NM20的源极接GND。
[0047]如图7所示，为本例的温度补偿电路的LED电流与温度的关系图，随着温度的升高，LED的电流在减小，从而达到温度补偿的目的。
[0048]综上所述，本发明一种线性驱动LED的温度补偿电路，包括过温关断模块、参考电压模块、温度补偿模块和温度采样模块，其特征在于，还包括运算放大器、驱动管、电阻R和N个LED ;其中温度采样模块采样LED的温度，电源VDD连接LEDl的正向端，LEDl的负向端连接LED2的正向端，依次连接到LEDN的正向端，LEDN的负向端连接驱动管丽的漏极，丽的源极连接R的一端，并且连接到运算放大器的负相端，R的另一端连接到GND ;过温关断模块的输出连接到运算放大器的使能端EN ;温度采样模块的输出到了温度补偿模块，温度补偿模块与参考电压模块电压相加连接到运算放大器的同相端，运算放大器的输出端连接驱动管MN的栅极。本发明的有益效果为，既可以实现温度升高，LED电流自适应降低，也可以实现超过设定的温度后直接关闭电路，实现了 LED的温度双重保护。
【权利要求】
1.一种线性驱动LED的温度补偿电路，包括过温关断模块、参考电压模块、温度补偿模块、温度采样模块和LED模块，其特征在于，还包括运算放大器、驱动管MN和电阻R ;其中，温度采样模块采样LED模块的温度，其输出端接温度补偿模块的输入端；温度补偿模块和参考电压模块的输出电压相加后接运算放大器的正向输入端；运算放大器的负相输入端接驱动管MN的源极，其使能端EN接过温关断模块，其输出端接使能管MN的栅极；LED模块的正极接电源VDD，其负极接开关管MN的漏极；开关管MN的源极通过R后接地GND。
2.根据权利要求1所述的一种线性驱动LED的温度补偿电路，其特征在于，所述过温关断模块由 PMOS 管 PM1、PM2、PM3、PM4，NMOS 管 NM1、NM2、NM3、NM4、NM5，三极管 NPNl、电阻R1、反相器INV构成；其中，PMl、PM2、PM3、PM4的源极接电源VDD ；PM1的栅极与漏极互连，其栅极接PM2的栅极，其漏极接匪2的漏极；匪2的源极接地GND ;匪2、匪1、匪3、匪5的栅极互连；匪1的源极接地GND，其漏极与栅极接外部电流源I_BIAS ；PM2的源极接电源VDD，其漏极接反相器INV的输入端和三极管NPNl的集电极；三极管NPNl的发射极接地GND，其基极接PM3的漏极，其基极还通过Rl后接地GND ；PM3的源极接电源VDD，其栅极接PM4的栅极；PM4的源极接电源VDD，其栅极与漏极互连，其漏极接NM4的漏极和匪3的漏极；NM4的栅极接反相器INV的输出端，其源极接匪5的漏极；匪5的源极接地GND ;匪3的源极接地GND ； 所述温度采样模块由NTC热敏电阻R14和电阻R13构成；其中，电源VDD通过Rl3后接R14的一端；R14的另一端接地GND ； 所述温度补偿模块由 PMOS 管 PM5、PM6、PM7、PM8、PM9、PM10、PM11、PM12、PM13、PM14，电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12，第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器构成；其中PM5的源极接电源，其栅极接PM7的栅极和PM6的漏极，其漏极接PM6的源极；PM7的源极接电源VDD，其漏极接PM8的源极；PM8的栅极接PM6的栅极，其漏极接PM9和PMlO的源极；PM6的漏极通过R2后接NM6的漏极，其漏极通过R2后还接其栅极；NM6的栅极接第一运算放大器的输出端，其源极依次通过R3和R4后接地GND ;第一运算放大器的正向输入端接参考电压模块输出的参考电压Vref,其负相输入端接NM6的漏极,其负相输入端还依次通过R3和R5后接匪5的漏极；匪5的源极接地GND，其栅极接匪7的栅极；匪7的栅极与漏极互连，其源极接地GND，其漏极接PM9的漏极；PM9的栅极接R14的一端；PM10的栅极通过R6后接电源VDD，其栅极通过R7后接地GND，其漏极接NM8的漏极；NM8的栅极与漏极互连，其源极接地GND ；PM11的源极接电源，其栅极接PM12的栅极，其漏极接PM13的源极；PM12的源极接电源，其栅极接PM14的漏极，其漏极接PM14的源极；PM13的栅极接PM14的栅极，其漏极依次通过R8和RlO后接地GND ；PM14的漏极通过R9后接匪10的漏极和PM13的栅极；NMlO的栅极接第二放大器的输出端，其源极通过Rl I后接地GND ;第二放大器的正向输入端通过R3后接NM6的源极，其负相输入端接匪10的源极；第三运算放大器的使能端接反相器INV的输出端，其正向输出端通过R8后接PM13的漏极，其负相输入端通过R12后接地GND，其输出端接驱动管MN的栅极。
3.根据权利要求2所述的一种线性LED电路的温度补偿电路，其特征在于，所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器的结构相同，其中第一运算放大器由PMOS管 PM15、PM16、PMl7, PM18、PM19、PM20、PM21、PM22、PM23、PM23、PM24、PM25、PM26, NMOS 管NM12、NM13、NM14、NM15、NM16、NM17、NM18、NM19、NM20，电阻 R15 和电容 Cl 构成；其中，PM15、PM16、PM19、PM20、PM24、PM25、PM26 的源极均接电源 VDD ;PM15、PM16、PM19、PM20 的栅极互连；PM15的漏极和栅极互连，其漏极接外部电流源I_bias ；PM16的漏极接PM17和PM18的源极；PM17的栅极为运算放大器I的同相输入端，其漏极接匪12的漏极；PM18的栅极为运算放大器I的负相输入端，其漏极接匪13的漏极；NM12的漏极和栅极互连，其栅极接匪13的栅极，其源极接地GND ;匪13的源极接地GND ；PM19的漏极接PM21和PM22的源极；PM21的栅极接匪13的漏极，其漏极接匪14的漏极；匪14的漏极和栅极互连，其栅极接匪17的栅极，其源极接地GND ；PM22的栅极接PM23的漏极，其漏极接丽15的漏极；匪15的漏极和栅极互连，其源极接地GND ；PM20的漏极接PM23的源极；PM23的漏极接PM22的栅极和匪16的漏极，其栅极接基准电压V_ref ;匪16的漏极和栅极互连，其源极接地GND ；PM24和PM25的栅极互连；PM24的栅极和漏极互连，其漏极接匪17的漏极；匪17的源极接地GND ；PM25的漏极依次通过电容Cl和电阻R15后接PM21的栅极；NM18的源极接地GND，其漏极接匪19的漏极；匪18的漏极和PM25的漏极连接作为第一运算放大器的输出端；匪19的源极接GND，其栅极接PM26和匪20的漏极；PM26的栅极和匪20的栅极相连作为第一运算放大器的使能端EN ;匪20的源极接GND。
【文档编号】H05B37/02GK104010424SQ201410271264
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】李泽宏, 张建刚, 许高潮, 韩天宇, 张波, 任敏, 张金平, 高巍, 郭绪阳, 杨力, 汪榕 申请人:电子科技大学