一種LED背光燈鏡像恒流電路

陳建忠　楊寄桃

【摘 要】本設(shè)計電路適用于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)動器、Boost升壓電路、過壓保護電路、Boost調(diào)整電路。其中鏡像自調(diào)恒流電路包括驅(qū)動源晶體管、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)動多路LED燈串，使多路LED燈發(fā)光強度穩(wěn)定，噪聲小，光譜連續(xù)；具有可方便擴展LED燈路串，以較低成本，簡單設(shè)計就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點。

【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)動電路設(shè)計的好壞，對LED背光燈的顯示效果、制作成本及系統(tǒng)的運行性能起著很重要的作用。所以設(shè)計一種既能滿足寬輸入電壓，高效率，高調(diào)光比驅(qū)動的要求， 同時使用器件少、成本低的控制驅(qū)動電路是很有必要的。而現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)總體是這樣的：每路LED燈串獨立用一個恒流源，假設(shè)有7路LED燈串或有n多個LED燈串，那就要做7個或n多個恒流源，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，那這種芯片價格很高，燈串路數(shù)擴展性也受局限；為解決以上問題，本設(shè)計設(shè)計了一種LED背光燈的鏡像恒流驅(qū)動電路，尤其最適合作為LED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)動多路LED燈串，使多路LED燈發(fā)光強度穩(wěn)定，不閃爍，噪聲小，光譜連續(xù)；各路電流均能被調(diào)節(jié)且可自動調(diào)節(jié)Boost升壓，具有可方便擴展LED燈路串，以較低成本，簡單設(shè)計就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點[1-2]。

1 設(shè)計原理與方案

參照圖1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)動器、Boost升壓電路、過壓保護電路、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、Boost調(diào)整、開關(guān)控制、調(diào)光動作均是通過Boost/恒流驅(qū)動器實現(xiàn)的。能使多路LED燈發(fā)光強度穩(wěn)定，噪聲小，光譜連續(xù)；具有可方便擴展LED燈路串，以較低成本，簡單設(shè)計就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點。

2 具體設(shè)計方式

2.1 鏡像恒流設(shè)計

參照圖2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)動各路電流鏡工作；基極接Boost/恒流驅(qū)動器，即IC1的VBJT引腳，由IC1的VBJT引腳驅(qū)動鏡像驅(qū)動晶體管Q1，進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自動調(diào)整VBJT的輸出信號去控制Q1基極電流，進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)，進而使通過R13、R14……Rn的電流恒定，更進一步地使各路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LED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LED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

Boost/恒流驅(qū)動器主要特征有開機使能腳EN，調(diào)光輸入DIM引腳，驅(qū)動鏡像驅(qū)動晶體管VBJT，電壓檢測引腳VADJ，MOS管驅(qū)動引腳VMOS，MOS管檢測電流引腳CS，過壓保護引腳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的陽極，二極管D1的陰極接儲能電容的正極。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)動開關(guān)管工作。當MOS管工作在閉合狀態(tài)時，電感L1儲存能量；當MOS管工作在斷開狀態(tài)時，電感L1釋放能量，其產(chǎn)生的電壓加上儲能電容的電壓作為LED燈串的供應(yīng)電壓。改變IC1的VMOS輸出驅(qū)動引腳的占空比可改變LED燈串的供應(yīng)電壓。

2.3 保護電路與穩(wěn)定性設(shè)計

過壓保護電路是由電阻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。當系統(tǒng)故障時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，達到過壓保護目的，避免LED受損壞。

Boost調(diào)整電路由檢測二極管D2……Dn和IC1的VFB引腳構(gòu)成，D2檢測二極管接的分別接各路LED燈串的陰極，D2……Dn的陽極作為公共端連在一起作為IC1的VFB輸入端，當LED燈串的陰極處電壓降低時，IC1檢測到后，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)成一個鏡像電流電路，分別為LED燈串2，……，LED燈串n提供與LED燈串1為基準的相同電流。多路鏡像恒流電路都接有限流電阻R13，……，Rn，且其多路輸出級分別與LED燈串1，……，LED燈串n相連。通過改變各個限流電阻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，后級并接的鏡像恒流電路可根據(jù)需要進行增減擴展，使用方便，擴展電路采用分立元件，設(shè)計簡單且成本低廉。

3 結(jié)論

本設(shè)計采用模擬調(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，避免后級電流過大或過小，保證電流鏡的鏡像精度；

（2）本設(shè)計LED背光燈鏡像恒流驅(qū)動電路采用模擬調(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，降低了對芯片的需求，減少重復(fù)驅(qū)動通道口的面積，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)動通道之間的電流誤差；

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

（5）Boost/恒流驅(qū)動器可設(shè)置Boost調(diào)整電路，為LED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LED背光燈鏡像恒流驅(qū)動電路能夠有效提高現(xiàn)有的LED背光燈的驅(qū)動電流恒流精度和降低不同電流驅(qū)動通道之間的電流誤差；使多路LED燈發(fā)光強度穩(wěn)定，噪聲小，光譜連續(xù)；具有可方便擴展LED燈路串，以較低成本，簡單設(shè)計就可解決LED背光燈恒流驅(qū)動通道端口過多、復(fù)雜的問題等優(yōu)點。

【參考文獻】

[1]劉勝利.開關(guān)電源設(shè)計與制作實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]Keith Billings.開關(guān)電源手冊（第3版）[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3]周志敏，紀愛華.綠色電源——電子設(shè)備電源管理技術(shù)與解決方案[M]. 北京：人民郵電出版社，2010.

[4]長谷川彰.開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計與應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2007.

[5]Sanjaya Maniktala.精通開關(guān)電源設(shè)計[M]. 北京：人民郵電出版社，2014.

[責(zé)任編輯：張濤]