專利名稱：發(fā)光二極管驅(qū)動電路及電流鏡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流鏡電路，且更具體而言，涉及一種使兩個或更多個發(fā)光二極管之間的電流相匹配的發(fā)光二極管驅(qū)動電路及電流鏡電路。
背景技術(shù)：
電流鏡電路通常用于將流過電路的一個晶體管的基準(zhǔn)電流“復(fù)制”到電路的另一個晶體管。這些電路通常用于需要流過一個或多個內(nèi)置電子器件的電流準(zhǔn)確相同或至少彼此非常接近的設(shè)備中。例如，這些電路可用于液晶顯示器(LCD)背光燈、便攜式鍵盤、放大器、監(jiān)視器、使用發(fā)光二極管(LED)的屏幕等。圖1中顯示傳統(tǒng)的電流鏡電路100。如圖所示，電流鏡電路100包括第一晶體管 102、第二晶體管104、連接在第二晶體管104的漏極端子與電源電壓(顯示為Vdd)之間的電阻器106。電子器件108還顯示為連接在第一晶體管102的漏極端子與電源電壓(顯示為Vs)之間。該電子器件可為例如LED。盡管在圖1中第一晶體管102與第二晶體管104均顯示為η型金屬氧化物半導(dǎo)體 (NMOS)晶體管，但帶有ρ型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管、η-ρ-η雙極接面晶體管(BJT) 以及p-n-p BJT的電流鏡電路在本領(lǐng)域內(nèi)也眾所周知。因此，即使電流鏡電路100的以下描述與NMOS晶體管有關(guān)，類似的描述也適用于使用PMOS晶體管、n-p-n BJT或p-n-p BJT 的電流鏡電路。電流鏡電路100用于使流過電子器件108的電流(I。ut)與流過第二晶體管104的基準(zhǔn)電流(IMf)維持相等。為此，將第二晶體管104的漏極與門極短接，以使其工作在飽和模式下，并將第一晶體管102的門極連接到第二晶體管104的門極，以使晶體管具有相同的門極-源極電壓。此外，維持晶體管102的漏極電壓，以使晶體管102也工作在飽和模式下。 如圖1中所示，將兩個晶體管的源極端子短接并接地。流過工作在飽和模式下的晶體管的電流用以下公式表示I = β X (Vgs-Vth)2X (ff/L)。因此，如果第一晶體管102與第二晶體管104相同，在向它們施加相同的門極-源極電壓時，流過它們的電流相等。在以上公式中，β是晶體管常數(shù)，取決于晶體管尺寸和其制造材料，Ves是施加至晶體管的門極-源極電壓，Vth是晶體管的閾值電壓，以及W/L(也稱為晶體管的縱橫比)是晶體管溝道區(qū)的寬度與晶體管溝道區(qū)的長度之比。從該公式可明顯看出，如果兩個晶體管使用相同的材料并具有相同的尺寸，假定施加至它們的門極電壓相同，則流過它們的電流也近似相等(因?yàn)槿绻麅蓚€晶體管具有相同的尺寸和材料，則β和Vth也相同)。在電流鏡電路100中，假定第一晶體管102與第二晶體管104 相同，且因此基準(zhǔn)電流I,ef等于流過第一晶體管102(和電子器件108)的輸出電流I。ut。電流鏡電路100的局限性在于，盡管“假定”兩個晶體管相同，但在實(shí)際應(yīng)用中，通常不是這種情況。即使努力使用相同的W/L和制造材料來制造兩個晶體管，使用傳統(tǒng)的制造工藝通常也不能實(shí)現(xiàn)兩個晶體管絕對相似。鑒于以上說明，即使晶體管不完全相同，也需要電流鏡電路來提供兩個晶體管之間的電流匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于使流過兩個電性器件(例如LED)的電流相匹配的電流鏡電路，即使包含在該電流鏡電路中的晶體管不完全相同。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于控制流過第一電性器件和第二電性器件的電流鏡電路。該電流鏡電路包括電流產(chǎn)生器，其用于產(chǎn)生第一電性器件的第一電流和第二電性器件的第二電流。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第一和第二電性器件是發(fā)光二極管(LED)。電流鏡進(jìn)一步包括與第一電性器件對應(yīng)的第一子電路。該第一子電路包括與電流產(chǎn)生器相連的第一晶體管，用于接收來自電流產(chǎn)生器的第一電流。此外，第一子電路包括連接在第一開關(guān)與第一晶體管之間的第一運(yùn)算放大器(OPAMP)。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例， 將第一 OPAMP的第一端子連接到第一開關(guān)，并將第一 OPAMP的輸出端子連接到第一晶體管的第一端子、第二開關(guān)和第三開關(guān)。第一子電路還包括連接到第一電性器件的第二晶體管。 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，將第二晶體管的第一端子連接到第二開關(guān)。與第一子電路類似，電流鏡電路還包括與第二電性器件對應(yīng)的第二子電路。第二子電路包括與電流產(chǎn)生器相連的第三晶體管，用于接收來自電流產(chǎn)生器的第二電流。此外， 第二子電路包括連接在第四開關(guān)與第三晶體管之間的第二0ΡΑΜΡ。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將第二 OPAMP的第一輸入端子連接到第四開關(guān)，并將第二 OPAMP的輸出端子連接到第三晶體管的第一端子、第三開關(guān)和第二開關(guān)。此外，第二子電路包括連接到第二電性器件的第四晶體管。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將第四晶體管的第一端子連接到第三開關(guān)。將如上所述的第一子電路與第二子電路彼此相連，使得在第一電性器件與第二電性器件之間，第一開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第一 OPAMP的第一輸入端子，且第四開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第二 OPAMP的第一輸入端子。此外，在第一 OPAMP的輸出端子與第二 OPAMP的輸出端子之間，第二開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第二晶體管的第一端子，且第三開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第四晶體管的第一端子。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述預(yù)定頻率始終高于人眼對閃爍的感覺能力(大約200Hz)，且低于第一 OPAMP與第二 OPAMP的容許頻率帶寬的最大頻率(大約 500kHz)。換句話說，本發(fā)明提供一種用于控制流過第一電性器件和第二電性器件的電流的電流鏡電路，所述電流鏡電路包括電流產(chǎn)生器，用于為所述第一電性器件產(chǎn)生第一電流及為所述第二電性器件產(chǎn)生第二電流；第一子電路，連接至所述第一電性器件，所述第一子電路包括第一晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第一電流；第一運(yùn)算放大器(OPAMP)，連接于第一開關(guān)與所述第一晶體管之間，其中所述第一運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第一開關(guān)，且所述第一運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第一晶體管的第一端子、第二開關(guān)及第三開關(guān)；
第二晶體管，連接至所述第一電性器件，其中所述第二晶體管的第一端子連接至所述第二開關(guān)；以及第二子電路，連接至所述第二電性器件，所述第二子電路包括第三晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第二電流；第二運(yùn)算放大器，連接于第四開關(guān)與所述第三晶體管之間，其中所述第二運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第四開關(guān)，且所述第二運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第三晶體管的第一端子、所述第三開關(guān)及所述第二開關(guān)；第四晶體管，連接至所述第二電性器件，其中所述第四晶體管的第一端子連接至所述第三開關(guān)；其中所述第一子電路與所述第二子電路相互連接，使得在所述第一電性器件與所述第二電性器件之間，所述第一開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子，且所述第四開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子；以及在所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出端子與所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出端子之間，所述第二開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二晶體管的所述第一端子，且所述第三開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第四晶體管的所述第一端子。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種LED驅(qū)動電路，其用于控制流過第一 LED和第二 LED的電流。該LED驅(qū)動電路包括電流產(chǎn)生器，其用于產(chǎn)生第一 LED的第一電流和第二 LED的第二電流。此外，電流鏡電路包括對應(yīng)于第一 LED的第一子電路。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第一子電路包括第一晶體管，其與電流產(chǎn)生器相連，用于接收來自電流產(chǎn)生器的第一電流。第一子電路還包括連接在第一開關(guān)與第一晶體管之間的第一 0ΡΑΜΡ。將第一 OPAMP 的第一輸入端子連接到第一開關(guān)，并將第一 OPAMP的輸出端子連接到第一晶體管的第一端子、第二開關(guān)和第三開關(guān)。第一子電路還包括連接到第一 LED的第二晶體管。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，將第二晶體管的第一端子連接到第二開關(guān)。LED驅(qū)動電路包括與第二 LED對應(yīng)的第二子電路。第二子電路包括與電流產(chǎn)生器相連的第三晶體管，用于接收來自電流產(chǎn)生器的第二電流。第二子電路進(jìn)一步包括連接在第四開關(guān)與第三晶體管之間的第二 0ΡΑΜΡ。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，將第二 OPAMP的第一端子連接到第四開關(guān)，并將第二 OPAMP的輸出端子連接到第三晶體管的第一端子、第三開關(guān)和第二開關(guān)。第二子電路還包括連接到第二 LED的第四晶體管。根據(jù)一個實(shí)施例，將第四晶體管的第一端子連接到第三開關(guān)。將第一子電路與第二子電路彼此相連，使得在第一 LED與第二 LED之間，第一開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第一 OPAMP的第一輸入端子，且第四開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第二 OPAMP的第一輸入端子。此外，在第一 OPAMP的輸出端子與第二 OPAMP的輸出端子之間，第二開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第二晶體管的第一端子，且第三開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)第四晶體管的第一端子。 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述預(yù)定頻率始終高于人眼對閃爍的感覺能力(大約200Hz)， 且低于第一 OPAMP與第二 OPAMP的容許頻率帶寬的最大頻率(大約500kHz)。換句話說，本發(fā)明還提供一種用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，所述發(fā)光二極管驅(qū)動電路包括
電流產(chǎn)生器，用于為所述第一發(fā)光二極管產(chǎn)生第一電流及為所述第二發(fā)光二極管產(chǎn)生第二電流；第一子電路，連接至所述第一 LED，所述第一子電路包括第一晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第一電流；第一運(yùn)算放大器，連接于第一開關(guān)與所述第一晶體管之間，其中所述第一運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第一開關(guān)，且所述第一運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第一晶體管的第一端子、第二開關(guān)及第三開關(guān)；第二晶體管，連接至所述第一發(fā)光二極管，其中所述第二晶體管的第一端子連接至所述第二開關(guān)；以及第二子電路，連接至所述第二發(fā)光二極管，所述第二子電路包括第三晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第二電流；第二運(yùn)算放大器，連接于第四開關(guān)與所述第三晶體管之間，其中所述第二運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第四開關(guān)，且所述第二運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第三晶體管的第一端子、所述第三開關(guān)及所述第二開關(guān)；第四晶體管，連接至所述第二發(fā)光二極管，其中所述第四晶體管的第一端子連接至所述第三開關(guān)；其中所述第一子電路與所述第二子電路相互連接，使得在所述第一發(fā)光二極管與所述第二發(fā)光二極管之間，所述第一開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子，且所述第四開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子；以及在所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出端子與所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出端子之間，所述第二開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二晶體管的所述第一端子，且所述第三開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第四晶體管的所述第一端子。本發(fā)明的目的是提供一種用于使流過兩個電性器件(例如LED)的電流相匹配的電流鏡電路，即使包含在該電流鏡電路中的晶體管不完全相同。盡管本發(fā)明結(jié)合兩個電性器件描述，也可將本發(fā)明應(yīng)用于涉及兩個以上電性器件的更復(fù)雜的電路，此不偏離本發(fā)明的范圍。


在后文中結(jié)合附圖描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例，所提供的附圖用于顯示且不限于本發(fā)明，其中類似的標(biāo)記代表類似的元件，其中圖1顯示傳統(tǒng)的電流鏡電路；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的發(fā)光二極管驅(qū)動電路；及圖3顯示與根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的發(fā)光二極管驅(qū)動電路相連的脈沖源。
具體實(shí)施例方式圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動電路200。LED驅(qū)動電路200本質(zhì)上是電流鏡電路，其用于使流過第一 LED202和第二 LED 204的電流相匹配。 如圖2中所示，LED驅(qū)動電路200包括電流產(chǎn)生器及分配器206，其用于產(chǎn)生第一 LED 202 的第一電流Iref和第二 LED 204的第二電流I\ef。如圖中所示，電流產(chǎn)生器及分配器206、 第一 LED 202和第二 LED 204都連接到在圖中顯示為Vp。s的正電壓端子。電流產(chǎn)生器及分配器206可為任何電路或器件，其產(chǎn)生兩個等值電流和 I，，ef)，并將這些電流分配給第一 LED 202和第二 LED 204。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所產(chǎn)生的電流Iref和I’ref的值基于與電流產(chǎn)生器及分配器206相連的電阻器208 (Rset)的值。 如圖中所示，將電阻器208連接在電流產(chǎn)生器及分配器206與負(fù)電壓端子Vneg之間。在傳統(tǒng)的裝置中，所產(chǎn)生的電流I,ef和1’&應(yīng)彼此相等，因?yàn)閼?yīng)為兩個LED產(chǎn)生相同的電流。然而，在實(shí)踐中，不能產(chǎn)生準(zhǔn)確相同的電流，且通常電流之間存在一些差異。由于電流的該差異，且由于LED驅(qū)動電路200的各部件的差異(LED驅(qū)動電路200的部件將在后文中詳述)，流過第一 LED 202和第二 LED 204的電流通常不相同。為克服此問題，LED 驅(qū)動電路200使用多個對流過兩個LED的電流進(jìn)行連續(xù)開關(guān)的開關(guān)，且因此流過這些LED 的平均電流保持相同?！伴_關(guān)”電流的頻率通常高于人眼對閃爍的感覺能力(大約200Hz)， 且因此觀看第一 LED 202和第二 LED 204的人不會覺察到任一 LED的照明的變化。下文中將對開關(guān)兩個LED之間的電流以及LED驅(qū)動電路200的結(jié)構(gòu)進(jìn)行清楚、詳細(xì)地解釋。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過第一晶體管210將I,ef饋送給LED驅(qū)動電路200的第一子電路，并通過第三晶體管212將I’,ef饋送給LED驅(qū)動電路200的第二子電路。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第一晶體管210與第三晶體管212彼此相同。第一子電路與第一 LED 202相連，并包括第一晶體管210、第一運(yùn)算放大器 (OPAMP) 214和第二晶體管216。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第二晶體管216是與第一晶體管210成比例版本，亦即，流過第二晶體管216的電流高于流過第一晶體管210的電流Iref, 并與電流Iref成比例。例如，如果與第一晶體管210相比將第二晶體管216放大10倍比例， 則10X1,ef將流過第二晶體管216。類似于第一子電路，第二子電路與第二 LED 204相連并包括第三晶體管212、第二 OPAMP 218和第四晶體管220。第四晶體管220是與第三晶體管 212成比例版本。這意味著高于流過第三晶體管212的電流I’ &并與I’ &成比例的電流會流過第四晶體管220。將第四晶體管220和第二晶體管216分別選擇為是與第三晶體管212和第一晶體管210成比例版本，因?yàn)閷@些晶體管進(jìn)行比例縮放有助于在第一LED 202和第二LED 204 之間實(shí)現(xiàn)較好的電流匹配。這是因?yàn)殡娏魇渲饕怯捎谳^小的晶體管，而不是成比例的晶體管造成的。因此，第四晶體管220和第二晶體管216分別是第三晶體管212和第一晶體管210的成比例版本，以確保與因第一晶體管210和第三晶體管212造成的電流失配相比，因第四晶體管220和第二晶體管216造成的電流失配最小。LED驅(qū)動電路200的此方面將在詳細(xì)描述該電路的工作時予以詳盡說明。如圖2中所示，將第一晶體管210的漏極和第三晶體管212的漏極連接到電流產(chǎn)生器及分配器206，以分別接收來自電流產(chǎn)生器及分配器206的Iref和I’，ef。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，該連接僅當(dāng)?shù)谝痪w管210和第三晶體管212是NMOS晶體管或PMOS晶體管時適用。如果這些晶體管是NPN BJT或PNP BJT，則將它們的集電極端子連接到電流產(chǎn)生器及分配器206。
如圖中所示，將第一晶體管210的漏極連接到第一 OPAMP 214的正輸入端子，并將第三晶體管212的漏極端子連接到第二 OPAMP 218的正端子。這僅當(dāng)晶體管是NMOS晶體管或PMOS晶體管時才是正確的。如果這些晶體管是BJT晶體管，則將它們的集電極端子連接到OPAMP的所述端子。如圖2中所示，將第二晶體管216的漏極連接到第一 LED 202，并將第四晶體管 220的漏極連接到第二 LED 204。同樣地，該連接也適用于NMOS晶體管或PMOS晶體管。如果這兩個晶體管是BJT，則將它們的集電極端子連接到上述LED。此外，如果所有四個晶體管， 即第一晶體管210、第二晶體管216、第三晶體管212和第四晶體管220，都是NMOS晶體管 (如圖2中所示)或PMOS晶體管，則將它們的源極端子短接在一起并連接到負(fù)電壓(VMg)。 如果它們是BJT，則將它們的射極端子短接在一起并連接到VMg。如圖中所示，將第一晶體管210和第三晶體管212的門極分別連接到第一 OPAMP 214和第二 OPAMP 218的輸出端子。與上述內(nèi)容類似，只有當(dāng)這兩個晶體管是NMOS晶體管 (如圖2中所示)或PMOS晶體管時才是正確的。如果它們是PNP BJT或NPN BJT，則將它們的基極端子連接到OPAMP的上述輸出端子。除上述部件外，LED驅(qū)動電路200還包括四個開關(guān)。在圖2中這些開關(guān)顯示為第一開關(guān)222、第二開關(guān)224、第三開關(guān)2 和第四開關(guān)228。如圖中所示，將第一開關(guān)222的公共端子(顯示為“Z”)連接到第一 OPAMP 214的負(fù)端子，并將第一開關(guān)222的其他兩個端子(顯示為“A”和“B”)分別連接到第一 LED 202和第二 LED 204。此外，將第四開關(guān)228 的公共端子連接到第二 OPAMP 218的正端子，并將其“A”和“B”端子分別連接到第二 LED 204 和第一 LED 202。將第二開關(guān)224的公共端子連接到第二晶體管216的門極，并將其“Α”和“B ”端子分別連接到第一 OPAMP 214和第二 OPAMP 218的輸出端子。類似地，將第三開關(guān)226的公共端子連接到第四晶體管220的門極，并將其“A”和“B”端子分別連接到第二 OPAMP 218 和第一 OPAMP 214的輸出端子。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，上述連接僅當(dāng)?shù)诙w管216和第四晶體管220是NMOS晶體管(如圖2中所示)或PMOS晶體管時有效。如果它們是PNP BJT或NPN BJT，則將它們的基極端子連接到上述開關(guān)的公共端子而不是門極端子。下面詳細(xì)描述LED驅(qū)動電路200的工作。從圖2可明顯看出，第一子電路(包括第一晶體管210、第一 0PAMP214和第二晶體管216)通過上述四個開關(guān)連接到第二子電路(包括第三晶體管212、第二 OPAMP 218和第四晶體管220)。當(dāng)所有開關(guān)都在端子“A”(如圖2中所示)時，流過第一 LED 202的電流是I,ef的成比例版本，且流過第二 LED 204的電流是I’ &的成比例版本。這是因?yàn)椋?dāng)所有開關(guān)都處于端子“A”時，第二晶體管216的門極連接到第一 OPAMP 214的輸出端子，且第四晶體管220的門極連接到第二 0PAMP218的輸出端子。此外，將第一 OPAMP 214的負(fù)端子連接到第二晶體管216的漏極(其也連接到第一 LED 202)，并將第二 OPAMP 218的負(fù)端子連接到第四晶體管220的漏極(其也連接到第二 LED 204)。在上述連接中，第一晶體管210和第二晶體管216的門極短接在一起，第三和第四晶體管212的門極采用類似的方式。這樣，第一晶體管210和第二晶體管216處于相同的門極-源極電壓，且第三晶體管212和第四晶體管220處于相同的門極-源極電壓。此外，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，在OPAMP中，兩個輸入端子處于相等的電位。因此，第一晶體管210和第二晶體管216的漏極端子處于相同的電位，這是因?yàn)檫@兩個端子都連接到第一 OPAMP 214上彼此各自的輸入端子。類似地，第三晶體管212和第四晶體管220的漏極端子都連接到第二 OPAMP 218上彼此各自的輸入端子。由于第一晶體管210和第二晶體管216的門極電壓相同，且其漏極-源極電壓也相同(因?yàn)榈谝?OPAMP 214的輸入端子處于相同的電位)，流過第二晶體管216的電流與流過第一晶體管210的電流U成比例。流過第二晶體管216的電流與U “成比例”的原因在于，第二晶體管216是第一晶體管210的成比例版本。假如兩個上述晶體管是類似的，則流過第一晶體管210和第二晶體管216的電流本應(yīng)該是相同的。類似地，流過第四晶體管220的電流與流過第三晶體管212的電流I’ 成比例， 這是由于這些晶體管的漏極端子處于相同的電位且它們的門極端子短接。此外，由于第四晶體管220是第三晶體管212的成比例版本，流過這些晶體管的電流成比例，但并不相同。上述情況解釋了當(dāng)所有開關(guān)都處于端子“A”時的情形。當(dāng)所有開關(guān)都處于端子 “B”時，第一 OPAMP 214的負(fù)輸入端子與第二 LED 204相連，且第二 OPAMP 218的負(fù)輸入端子與第一 LED 202相連。此外，第二晶體管216的門極與第二 OPAMP 218的輸出端子相連， 且第四晶體管220的門極與第一 OPAMP 214的輸出端子相連。因此，流過第四晶體管220(以及第二 LED 204)的電流與Iref成比例，且流過第二晶體管216(以及第一 LED 202)的電流與I’ 成比例。這是因?yàn)椋诋?dāng)前情況下，第一 OPAMP 214的輸入端子連接在第一晶體管210與第四晶體管220之間，且第四晶體管220的門極端子短接到第一晶體管210的門極端子。因此，第一晶體管210與第四晶體管220的漏極和門極電壓變得相等，且因此與流過第一晶體管210的電流成比例的電流流過第四晶體管220。這對于涉及第二 0PAMP218、第三晶體管212和第二晶體管216的電路是相同的。從上述說明可清楚地知道，當(dāng)開關(guān)處于端子“A”時，流過第一 LED202的電流與Iref 成比例，且流過第二 LED 204的電流與1’&成比例。當(dāng)開關(guān)處于端子“B”時，流過第一 LED 202的電流與I’ ％成比例，且流過第二 LED 204的電流與Iref成比例。如果上述四個開關(guān)的狀態(tài)變化是如此之快，以致人眼覺察不到照明的變化，則當(dāng)相同的平均電流流過兩個 LED(第一 LED 202和第二 LED 204)時可實(shí)現(xiàn)一種電路。這正是在本發(fā)明中遵循的方法。 在端子“A”和“B ”之間以高于人眼對閃爍的感覺能力(大約200Hz)的頻率一起開關(guān)四個開關(guān)，且因此觀看兩個LED的人覺察不到LED中任一 LED的照明的變化。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，將開關(guān)頻率始終保持低于LED驅(qū)動電路200的兩個OPAMP的容許頻率帶寬的最大頻率。典型的最大頻率約為500kHz。合適的開關(guān)頻率可為例如IOkHz (高于人眼對閃爍的感覺能力并遠(yuǎn)低于兩個OPAMP的最大頻率)。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，LED驅(qū)動電路200的四個開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)可由內(nèi)部或外部脈沖源驅(qū)動。該實(shí)施例在圖3中顯示，其中將脈沖源302連接到LED驅(qū)動電路200。脈沖源302要么是外部脈沖源，要么是LED驅(qū)動電路200的內(nèi)部脈沖源。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，在此情況下，當(dāng)脈沖源302的信號躍遷時，開關(guān)會交變。例如，當(dāng)脈沖源302 的信號從高到低或從低到高時，開關(guān)會交變。還可能有一種情形，其中將兩個單獨(dú)的脈沖源(內(nèi)部或外部)連接到LED驅(qū)動電路200。(此情形在圖3中未顯示。)在此情況中，只要外部脈沖源的頻率保持高于人眼對閃爍的感覺能力(并低于兩個OPAMP的容許頻率帶寬的最大頻率)，則使用外部脈沖源工作良好。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，有時需要外部脈沖源具有100%占空比(duty cycle)，以在LED中提供滿輸出電流。當(dāng)此情況發(fā)生時，可能產(chǎn)生電流源不發(fā)生開關(guān)的情況，因此兩個LED中的電流匹配將受到損害。為克服此潛在的問題，本發(fā)明檢測何時應(yīng)用 100%占空比的外部脈沖源，且然后自動切換到內(nèi)部脈沖源，以恢復(fù)對電流源進(jìn)行開關(guān)，從而維持良好的匹配。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，外部脈沖源可為例如脈寬調(diào)制器(PWM)。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，還有其他方式可用于對LED驅(qū)動電路200的四個開關(guān)進(jìn)行交變，且通過外部脈沖源進(jìn)行開關(guān)僅作為一個實(shí)例描述。本發(fā)明利用其他開關(guān)方式也能夠有效地工作。盡管圖2和圖3是結(jié)合LED描述，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，圖2和圖3中顯示的電路也可用于在其他電性器件之間進(jìn)行電流匹配。這是因?yàn)閳D2中所示的電流本質(zhì)上是電流鏡電路，且可用于在任何兩個電性器件之間進(jìn)行電流鏡像。此外，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可使用與圖2中所示電路類似的電路在不止兩個LED或電性器件之間進(jìn)行電流匹配。該電路將使用與LED驅(qū)動電路200相同的原理，但將涉及到更為復(fù)雜、卻易于實(shí)施的開關(guān)矩陣。本發(fā)明的各實(shí)施例具有在兩個電性器件之間實(shí)現(xiàn)更佳的電流匹配的優(yōu)點(diǎn)。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，在傳統(tǒng)的電流鏡電路中，電流失配主要由較小的晶體管(第一晶體管210和第三晶體管21 、電流分布以及兩個OPAMP的輸入偏移支配。為緩解此問題，本發(fā)明對第二晶體管216利用第一晶體管210的成比例版本，對第四晶體管220利用第三晶體管212的成比例版本。這樣，僅將“較大”的晶體管(第二晶體管216和第四晶體管 220)永久連接到兩個LED。LED驅(qū)動器200的其余部件(這些部件是電流失配的主要原因) 繼續(xù)在這兩個LED之間進(jìn)行切換。因此，通過使用本發(fā)明，可獲得更佳的電流匹配，由于僅兩個較大的晶體管是LED驅(qū)動電路200中電流失配的原因，且由于這兩個晶體管很大，所以由它們引起的電流失配量很小。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是其使LED驅(qū)動電路200能夠在各種LED電壓降范圍內(nèi)工作。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將了解，當(dāng)LED驅(qū)動電路200的晶體管在飽和模式下工作時， 流過它們的電流由公式I = β X (Vgs-Vth)2X (ff/L)表示。由于該電流僅取決于門極-源極電壓(因Vth恒定)，當(dāng)晶體管的門極端子通過使用開關(guān)短接時，LED驅(qū)動電路在飽和區(qū)內(nèi)工作良好。然而，當(dāng)流過第一 LED 202和第二 LED 204的電流變化(例如通過改變！^，晶體管216和220兩端的漏極-源極電壓也會變化。這可能導(dǎo)致這些晶體管開始在線性模式下工作的情況。在線性模式下，流過晶體管的電流由公式I = β X [ (Vgs-Vth) XVds-(Vds2/2)]X (ff/L)表示。從此公式可明顯看出，該電流不僅取決于門極-源極電壓，而且取決于漏極-源極電壓。為確保LED驅(qū)動電路200也在線性模式下工作良好，晶體管的漏極-源極電壓應(yīng)相同。這由包含在LED驅(qū)動電路200內(nèi)的OPAMP來完成，其使連接到它們的輸入端子的晶體管的漏極電壓維持相同(由于OPAMP在其輸入端子處維持相等電位的特性)。這樣，LED驅(qū)動電路200不僅在飽和模式下，而且在線性模式下工作良好，從而能夠?qū)崿F(xiàn)各種LED電壓降范圍內(nèi)的電流匹配。 盡管已圖示和描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但顯然本發(fā)明不僅僅限于這些實(shí)施例。 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯見不背離權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的精神和范圍的各種修改、變化、變更、替代和等效。
權(quán)利要求
1.一種用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，所述發(fā)光二極管驅(qū)動電路包括電流產(chǎn)生器，用于為所述第一發(fā)光二極管產(chǎn)生第一電流及為所述第二發(fā)光二極管產(chǎn)生第二電流；第一子電路，連接至所述第一發(fā)光二極管，所述第一子電路包括 第一晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第一電流； 第一運(yùn)算放大器，連接于第一開關(guān)與所述第一晶體管之間，其中所述第一運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第一開關(guān)，且所述第一運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第一晶體管的第一端子、第二開關(guān)及第三開關(guān)；第二晶體管，連接至所述第一發(fā)光二極管，其中所述第二晶體管的第一端子連接至所述第二開關(guān)；以及第二子電路，連接至所述第二發(fā)光二極管，所述第二子電路包括 第三晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第二電流； 第二運(yùn)算放大器，連接于第四開關(guān)與所述第三晶體管之間，其中所述第二運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第四開關(guān)，且所述第二運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第三晶體管的第一端子、所述第三開關(guān)及所述第二開關(guān)；第四晶體管，連接至所述第二發(fā)光二極管，其中所述第四晶體管的第一端子連接至所述第三開關(guān)；其中所述第一子電路與所述第二子電路相互連接，使得在所述第一發(fā)光二極管與所述第二發(fā)光二極管之間，所述第一開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子，且所述第四開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子；以及在所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出端子與所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出端子之間， 所述第二開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二晶體管的所述第一端子，且所述第三開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第四晶體管的所述第一端子。
2.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管及所述第三晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管的漏極與所述第三晶體管的漏極連接至所述電流產(chǎn)生器。
3.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管及所述第三晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管的集電極與所述第三晶體管的集電極連接至所述電流產(chǎn)生器。
4.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管及所述第三晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，所述第一晶體管的漏極連接至所述第一運(yùn)算放大器的第二輸入端子，且所述第三晶體管的漏極連接至所述第二運(yùn)算放大器的第二輸入端子。
5.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管與所述第三晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，所述第一晶體管的集電極連接至所述第一運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子，且所述第三晶體管的集電極連接至所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子。
6.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第二晶體管及所述第四晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，所述第二晶體管的漏極連接至所述第一發(fā)光二極管，且所述第四晶體管的漏極連接至所述第二發(fā)光二極管。
7.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第二晶體管及所述第四晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，所述第二晶體管的集電極連接至所述第一發(fā)光二極管，且所述第四晶體管的集電極連接至所述第二發(fā)光二極管。
8.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的源極端子短接在一起。
9.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的射極端子短接在一起。
10.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)及所述第四開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)是由脈沖源驅(qū)動。
11.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為Π型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管其中之一， 且所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的所述第一端子為門極端子。
12.如權(quán)利要求1所述的用于控制流過第一發(fā)光二極管及第二發(fā)光二極管的電流的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管其中之一，且所述第一晶體管、 所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的所述第一端子為基極端子。
13.一種用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，所述電流鏡電路包括電流產(chǎn)生器，用于為所述第一電性器件產(chǎn)生第一電流及為所述第二電性器件產(chǎn)生第二電流；第一子電路，連接至所述第一電性器件，所述第一子電路包括第一晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第一電流；第一運(yùn)算放大器，連接于第一開關(guān)與所述第一晶體管之間，其中所述第一運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第一開關(guān)，且所述第一運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第一晶體管的第一端子、第二開關(guān)及第三開關(guān)；第二晶體管，連接至所述第一電性器件，其中所述第二晶體管的第一端子連接至所述第二開關(guān)；以及第二子電路，連接至所述第二電性器件，所述第二子電路包括第三晶體管，連接至所述電流產(chǎn)生器，用于從所述電流產(chǎn)生器接收所述第二電流；第二運(yùn)算放大器，連接于第四開關(guān)與所述第三晶體管之間，其中所述第二運(yùn)算放大器的第一輸入端子連接至所述第四開關(guān)，且所述第二運(yùn)算放大器的輸出端子連接至所述第三晶體管的第一端子、所述第三開關(guān)及所述第二開關(guān)；第四晶體管，連接至所述第二電性器件，其中所述第四晶體管的第一端子連接至所述第三開關(guān)；其中所述第一子電路與所述第二子電路相互連接，使得在所述第一電性器件與所述第二電性器件之間，所述第一開關(guān)以預(yù)定頻率開關(guān)所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子，且所述第四開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子；以及在所述第一運(yùn)算放大器的所述輸出端子與所述第二運(yùn)算放大器的所述輸出端子之間， 所述第二開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第二晶體管的所述第一端子，且所述第三開關(guān)以所述預(yù)定頻率開關(guān)所述第四晶體管的所述第一端子。
14.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管及所述第三晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管的漏極與所述第三晶體管的漏極連接至所述電流產(chǎn)生器。
15.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管及所述第三晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管的集電極與所述第三晶體管的集電極連接至所述電流產(chǎn)生器。
16.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管及所述第三晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，所述第一晶體管的漏極連接至所述第一運(yùn)算放大器的第二輸入端子，且所述第三晶體管的漏極連接至所述第二運(yùn)算放大器的第二輸入端子。
17.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管與所述第三晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，所述第一晶體管的集電極連接至所述第一運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子，且所述第三晶體管的集電極連接至所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子。
18.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第二晶體管及所述第四晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，所述第二晶體管的漏極連接至所述第一電性器件，且所述第四晶體管的漏極連接至所述第二電性器件。
19.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第二晶體管及所述第四晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，所述第二晶體管的集電極連接至所述第一電性器件，且所述第四晶體管的集電極連接至所述第二電性器件。
20.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的源極端子短接在一起。
21.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管至少其中之一，且所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的射極端子短接在一起。
22.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)及所述第四開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)是由脈沖源驅(qū)動。
23.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為η型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管與P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管其中之一，且所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的所述第一端子為門極端子。
24.如權(quán)利要求13所述的用于控制流過第一電性器件及第二電性器件的電流的電流鏡電路，其特征在于，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管為NPN雙極接面晶體管與PNP雙極接面晶體管其中之一，且所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管及所述第四晶體管的所述第一端子為基極端子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管驅(qū)動電路及電流鏡電路，所述電流鏡電路用于在兩個LED之間進(jìn)行電流匹配。該電流鏡電路包括第一子電路及第二子電路，第一子電路包括第一晶體管、第二晶體管及第一OPAMP，第二子電路則包括第三晶體管、第四晶體管及第二OPAMP；第一子電路連接至第一LED，第二子電路則連接至第二LED；該電流鏡電路還包括四個開關(guān)，這四個開關(guān)連續(xù)地開關(guān)流經(jīng)第一LED及第二LED的電流，以保持流過這兩個LED的平均電流相同。這樣，與使用傳統(tǒng)電流鏡電路時所可能實(shí)現(xiàn)的電流匹配相比，能實(shí)現(xiàn)更佳的電流匹配。電流的開關(guān)頻率保持高于人眼對閃爍的感覺能力，因而觀看這些LED的人覺察不到LED的照明的任何變化。
文檔編號H05B37/02GK102164434SQ20111002208
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者克里斯·蓋特, 羅道夫紀(jì)梵·愛廷閣 申請人:麥奎爾股份有限公司