專利名稱：低壓差(ldo)電流調(diào)整器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓差(low-dropout，LD0)電流線性調(diào)整器。為了向負載施加根據(jù)參考信號加以調(diào)整的信號，在電子領(lǐng)域中廣泛使用LDO調(diào)整
ο本公開特別針對LDO調(diào)整器在用于光源(例如發(fā)光二極管(LED)等)的驅(qū)動電流 的線性調(diào)整器方面的可能應(yīng)用而設(shè)計。
背景技術(shù)：
在背光應(yīng)用中，近年來放電燈(或熒光燈)已經(jīng)普遍地被LED發(fā)光模塊所代替。這 種發(fā)光模塊可包括多個印刷電路板PCB，其中每一個電路板具有一個或更多LED，這些電路 板通過導(dǎo)線或電纜相互連接，使其為柔性并使其適和裝配到具有成型通道字母的被照明符 號中，這通常要求訂制光源或者可適應(yīng)的系統(tǒng)，就如在目前的情況下一樣。并行連接的單元 (或模塊)的巨大數(shù)量需要低成本驅(qū)動方案。根據(jù)圖1中的簡圖的電流線性調(diào)整器是目前為該目的采用的方案的例子。在該涉及分別用LEDl和LED2表示的串聯(lián)連接的2個二極管LED的驅(qū)動的例子中， 裝置包括用附圖標記Tl和T2表示的在該情況下為pnp型的兩個雙極性晶體管(BJT)，以 及兩個電阻器Rl和R2。參照圖1，輸入直流(dc)電壓的發(fā)生器VDCl的正端連接到第一晶體管Tl的發(fā)射 極El (節(jié)點A)。電阻器Rl連接在第一晶體管Tl的發(fā)射極El和基極Bl之間?；鶚OBl還 與第二晶體管T2的發(fā)射極E2連接(節(jié)點C)。第一晶體管Tl的集電極Cl通過節(jié)點D連接 到第二晶體管T2的基極B2。電阻器R2連接在節(jié)點D和節(jié)點B (即電壓發(fā)生器VDCl的負 端)之間。第二晶體管T2的集電極C2提供LEDl和LED2這兩者的串聯(lián)。最終，第二二極 管LED的陰極連接到第二電源線20上的上述節(jié)點B。在工作中，高阻抗電阻器R2以非常低的集電極電流Ic (μ A)偏置第一晶體管Tl， 但第一晶體管Tl的基極-發(fā)射極電壓Vbei被設(shè)為值VBE。n。負載(在此以二極管LED1、LED2為例來表示)中流動的電流的值I·與晶體管T2 的集電極電流、相同，從而約等于同一晶體管的發(fā)射極電流Ie2，因此其通過電阻器Rl由 晶體管Tl的發(fā)射極和基極之間的電壓降的值(參考電壓Vbei)根據(jù)以下關(guān)系式來確定
VIled = IC2 ~ 1EI = -Wl
1S在圖1的驅(qū)動器中，晶體管T2因此用作LED驅(qū)動電路，而晶體管Tl執(zhí)行穩(wěn)定功能。驅(qū)動晶體管T2的集電極電流Ic2驅(qū)動光源LEDl和LED2，并且穩(wěn)定電路T1、R1、R2 產(chǎn)生參考電壓Vbei——其關(guān)于輸入電壓VDCl穩(wěn)定，輸入電壓VDCl被施加給晶體管T2，也使 得流過LED的電流關(guān)于輸入電壓VDCl穩(wěn)定。因此實現(xiàn)電流關(guān)于輸入電壓VDCl的穩(wěn)定。因此能夠通過選擇電阻器Rl的值來限定電流I·的期望值。
以直接偏置工作的雙極型晶體管的發(fā)射極和基極之間的通常的電壓值約達到 0. 7V。因此可以考慮第一數(shù)值例(僅作為參考)，其中-由發(fā)生器VDCl產(chǎn)生的輸入直流電流，達到10伏DC(10VDC)，以及-由串聯(lián)布置的兩個二極管LED組成的負載，由InGaN(氮化銦鎵)LED制成；在該 情況下，在標稱電流條件下可施加于每個LED的最大直流電壓等于4. 2V。在該情況下(即負載上的直流電壓總計2X4. 2V = 8. 4V)，電路需要大約為1. 4V 的非常低的調(diào)整電壓。因為，為了進行正確的電流調(diào)整，Vec2 ^ Vbe2 = 0. 7V(標稱值)，所以 該調(diào)整電壓達到第一晶體管Tl的發(fā)射極和基極之間的電壓降Vebi = 0. 7V(其等于電阻Rl 上的電壓降，Vebi = Vei)與第二晶體管T2的發(fā)射極和基極之間的電壓降Veb2 = 0. 7V的和。為了確保對輸入電壓VDCl變化的反應(yīng)的合適速度，以及為了避免可能對由包括 串聯(lián)連接的兩個二極管LED組成的光源組成的負載造成損害的電流峰值，晶體管T2不以飽 和狀態(tài)工作。具體地，如果第二晶體管T2的基極和集電極之間的Vbc2的電壓高于零，則同一晶 體管T2的發(fā)射極和集電極之間的電壓降Vk2 (進而由發(fā)射極-基極電壓Veb2和基極-集電 極Vbc2之和給出)，變?yōu)楦哂?. 7V?？梢钥紤]第二數(shù)值例(仍然僅作為參考)，其中輸入電壓達到12VD。，并且通過薄膜 技術(shù)(ThinGaN)獲得的負載由氮化鎵LED制成。在該情況下，為了提高工作效率，負載將包 括串聯(lián)連接的至少三個LED。通過薄膜技術(shù)(ThinGaN)獲得的氮化鎵LED的直流電壓在標稱電流的狀態(tài)下達到 3.8V。結(jié)果，在最壞情況下，負載上的電壓降等于3. 8VX3 = 11. 4V。用圖1的驅(qū)動方案達到1. 4V的壓差電壓太高，因而該電路可能不會正確地工作。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述，感覺需要例如用于驅(qū)動光源(比如LED (發(fā)光二極管))、適合用低 壓降進行電流線性調(diào)整(例如用于驅(qū)動大量光源)的低壓差電流調(diào)整器。本發(fā)明的目的是提供這種裝置。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有所述權(quán)利要求中闡述的特征的裝置來實現(xiàn)。所述權(quán)利要求是在此提供的本發(fā)明的公開的組成部分。


下面將參照附圖僅舉例來描述本發(fā)明，在附圖中圖1之前已經(jīng)描述；以及圖2是表示在此描述的方案的實施方式的電路圖。
具體實施例方式在以下的描述中，給出許多具體的細節(jié)以提供對實施方式全面的理解。在實施這 些實施方式時可以不包含這些具體細節(jié)中的一個或更多，或者使用其它方法、組件、材料 等。換句話說，沒有示出或詳細描述已知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以避免不好理解實施方式的各個方面。在本說明書全文中提及“一個實施方式”或“實施方式”意味著結(jié)合該實施方式描 述的具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個實施方式中。由此，在本說明書全文的各個 部分中，短語“在一個實施方式中”或“在實施方式中”的出現(xiàn)不一定都指的是相同的實施 方式。此外，具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個或更多實施方式中以任何適當(dāng)方式進行組合 O在此提供的標題僅僅是為了方便，而不解釋實施方式的范圍或含義。在圖2中，用相同附圖標記表示與之前參照圖1描述的部分、元件或組件相同或等 同的部件、元件或組件，因此不必重復(fù)其描述。同樣地，圖2示出具有電流線性調(diào)整的驅(qū)動器裝置，其中，以與圖1相同的方式，用 附圖標記MOSl表示的晶體管(例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，在此為ρ溝 道型)被提供用作LED驅(qū)動電路，而晶體管Tl (利用雙極型晶體管(BJT)獲得，在此為npn 型)執(zhí)行穩(wěn)定功能。在當(dāng)前所討論的實施方式中，電路還包括二極管Dl和4個電阻器Rl、R2、R3和RS。在這種情況下，電路還被假定適合于驅(qū)動由包括用LED1、LED2和LED3表示的3個 串聯(lián)連接的LED 二極管的光源組成的負載。例如，其可以是通過薄膜技術(shù)(ThinGaN)獲得 的3個氮化鎵LED，每個LED上具有電壓降，在標稱電流狀態(tài)下該電壓降達到約3. 8V，在相 關(guān)負載上的總電壓降總計3X3. 8V = 11. 4V。換句話說，如前所述，用圖1的調(diào)整器不能應(yīng) 付工作條件。然而，明顯地，此處參照圖2考慮的方案的適用范圍不限于此具體環(huán)境。仍然參照圖2，電源VDCl的正端連接到第一電源線30。電阻器Rl被布置在所述 第一電源線30(節(jié)點L)和晶體管Tl的基極Bl (節(jié)點0)之間?；鶚OBl還連接到二極管 Dl (例如肖特基(Schottky) 二極管)的陽極。電阻器RS被置于二極管Dl的陰極(節(jié)點S)和晶體管Tl的發(fā)射極El (節(jié)點R) 之間，并且其執(zhí)行用于感測流過負載(即流過二極管LED1、LED2和LED3)的電流的電流計 電阻的功能。發(fā)射極El還通過公共節(jié)點R連接到引至電壓發(fā)生器VDCl的負端的第二電源線40。電阻器R2被置于第一電源線30 (節(jié)點M)和晶體管Tl的集電極Cl (節(jié)點N)之間。 節(jié)點P與節(jié)點N —起被連接到晶體管MOSl的柵極端。電阻器R3也連接到節(jié)點P，而其另一端通過節(jié)點T連接到公共節(jié)點S, 二極管Dl的 陰極和感測電阻器RS也連接到公共節(jié)點S。公共節(jié)點T還連接到晶體管MOSl的源極端。在當(dāng)前所考慮的例子中，二極管LED1、LED2和LED3以串聯(lián)方案連接，其中LEDl的 陽極連接到節(jié)點M，而LED3的陰極連接到晶體管MOSl的漏極端；因此，流過這些LED的電 流等于晶體管MOSl的漏極端電流。用此方案，由電阻器Rl設(shè)定的二極管Dl的兩端的電壓降Vdi表示電路的穩(wěn)定參考 電壓，其將被施加給作為負載驅(qū)動器晶體管工作的晶體管MOSl (如將在下面清楚所見)。在當(dāng)前所討論的電路中，二極管Dl兩端的電壓降Vdi低于晶體管Tl的基極-發(fā)射 極電壓，因此當(dāng)電路被啟動時，晶體管Tl初始是關(guān)斷的。
在實施方式中，為了得到此結(jié)果，可使用具有被選擇為晶體管Tl的基極_發(fā)射極 閾值電壓Vbe的一半的閾值電壓Vdi (即Vdi = ￥ =0.35V)的肖特基二極管作為二極 管D1。然而，為了二極管Dl兩端的電壓降Vdi低于晶體管Tl的基極-發(fā)射極電壓Vbe，也 可以利用電阻器RS的存在。RS的存在造成RS上的電壓降Vks ；因此，在Tl、Dl和RS形成 的網(wǎng)絡(luò)中，Vbe等于Vm和Ves之和。因此，由于Ves不可能為負，所以Vm總小于或等于Vbeo偏置電阻器R2和R3被選擇為設(shè)置晶體管MOSl的柵極-源極電壓Ves，以在輸入 電壓VDCl的整個變化范圍內(nèi)確保最低電阻RDSon(即在晶體管飽和狀態(tài)下，阻止漏極和源 極之間的電流流動的電阻)。在啟動時，如果合理地假定流過二極管Dl的電流IDl和流過電阻器R3的電流IR3 可被忽略，則用表示的負載中的(即LED中的)電流通過下式給出 另外，晶體管Tl的基極和發(fā)射極之間的電壓降Vbei等于二極管Dl上的電壓降Vdi， Vbei = Vdi，因為晶體管Tl初始關(guān)斷，所以Vdi被選擇為低于晶體管閾值電壓。通過選擇電阻器R2和R3，將晶體管MOSl的柵極和源極之間的電壓設(shè)置為比VT 高，使得確保MOSl是導(dǎo)通的且電流流過漏極和源極。電流在電阻器RS上產(chǎn)生電壓降，其升高Tl的VBE (VBE = VDl+VRS)直至達到 Tl的啟動VBE。增大的電流I。開始流過Tl，因而降低節(jié)點N處的電壓，從而降低柵極-源 極電壓。柵極和源極之間的電壓VGS —直降低到達到穩(wěn)定狀態(tài)或平衡條件，其中晶體管Tl 導(dǎo)通時 因為大約等于Iks的I·最初在RS上產(chǎn)生電壓降，以及VBE升高直至Tl導(dǎo)通，所 以產(chǎn)生了穩(wěn)定。由于晶體管Tl導(dǎo)通，晶體管Tl的集電極中流動的電流I。增大，節(jié)點N處的電壓 減小，從而MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)M0S1的柵極和源極之間的電壓Ves也 下降，因此通過MOSl的電流減小。類似地，如果晶體管Tl的集電極中流動的電流I。減小，則節(jié)點N的電壓將會上升， 從而MOSFET MOSl的柵極和源極之間的電壓Ves將增大。由于更高的電流流過晶體管M0S1， 這將造成負載上(即LED中)更高的電流1_。當(dāng)雙極型晶體管(Tl)導(dǎo)通時，該反饋控制允許分別引起雙極型晶體管(Tl)的集 電極電流的上升和下降的經(jīng)調(diào)整的電流的上升和下降?；旧?，當(dāng)I。增大時，Vk2增大(或更好地表示為節(jié)點N處的電勢減小)，因此Vk3(柵 極-源極電壓)下降，I·減小，其效果是I。減?。幌喾吹?，當(dāng)I。減少(即節(jié)點N上升)時， Vk3上升從而I·上升，造成I。增大，得到相反效果。該機制引起Imi和I。的穩(wěn)定，其將通過 下式定義Vbe = VD1+VES = VD1+ILED · Rs當(dāng)晶體管Tl的基極和發(fā)射極之間的電壓VBE。n達到閾值Vbe時，該反饋控制穩(wěn)定
VBEon = Vbe = VD1+VES = VD1+ILED · Rs通過知道晶體管Tl的基極和發(fā)射極之間的電壓降％_以及二極管Dl上的電壓降 Vdi的值，能夠通過選擇電阻器RS的值來調(diào)整流過負載的電流Imi的值RS = VBE。；—Vm
丄LED調(diào)整器的總電壓降由下式給出VDROP 二 VRs + ^DS = ^led · ^s + Ks如果二極管Dl被選擇具有接近基極_發(fā)射極電壓VBE。n的值的值Vdi，則電阻器RS 上的電壓降VRs更低，因此總電壓降Vdot也將更小。因此，在上述例子中，電壓調(diào)整器上的最小總電壓降Vdkqp由0. 35V+0. 05V = 0. 4V 給出，其中0. 05V是避免飽和問題必需的最小電壓VDS。n。盡管不是強制選擇，使用MOSFET晶體管代替雙極型晶體管(BJT)作為驅(qū)動晶體管 得到更低的電壓降以及優(yōu)良的動態(tài)性能。作為輸入電壓的變化的結(jié)果，BJT晶體管會進入 飽和范圍并產(chǎn)生從飽和進入有源模式的不希望有的電流峰值。考慮到驅(qū)動晶體管(在本情況下是MOSFET M0S1)至少原則上(如在圖1的情況 下)可以是雙極型晶體管，因此，在此所用并涉及FET技術(shù)的術(shù)語“源極”、“柵極”和“漏極” 應(yīng)被理解為沒有任何限制地同樣適用于表示雙極型晶體管的等同元件的術(shù)語“發(fā)射極”、 “基極”和“集電極”。特別地，如權(quán)利要求中所使用的語句“控制電極”無差別地指代FET的 柵極和BJT晶體管的基極(即圖2的點P)這兩者。在此描述的調(diào)整器能夠應(yīng)用于不同于已經(jīng)通過例子討論了的LED，以及不同于 LED模塊的光源，以及不同于光源的電力負載。在不違背本發(fā)明的基本原理情況下，細節(jié)和實施方式可以，甚至是最好，相對于通 過例子所描述的內(nèi)容進行不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的變化。例如，如之前 提到的，可理解在此描述的方案總體上適用于獲得不只是可以應(yīng)用于光源驅(qū)動的低壓差電 流調(diào)整器。
權(quán)利要求
一種驅(qū)動裝置，用于從輸入電壓(VDC1)產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整的電流(ILED)，包括-驅(qū)動晶體管(MOS1)，用于提供所述經(jīng)調(diào)整的電流(ILED)，所述驅(qū)動晶體管(MOS1)具有控制電極(P)，以及-穩(wěn)定電路(T1、D1、R1、R2、R3、RS)，作用于所述驅(qū)動晶體管(MOS1)的所述控制電極(P)上，以從所述輸入電壓(VDC1)產(chǎn)生針對所述經(jīng)調(diào)整的電流的穩(wěn)定參考值(ILED)，其特征在于所述穩(wěn)定電路包括-雙極型晶體管(T1)，以反饋關(guān)系耦接(R2、R3)到所述驅(qū)動晶體管(MOS1)的所述控制電極(P)，由此，在所述雙極型晶體管(T1)導(dǎo)通時，所述經(jīng)調(diào)整的電流(ILED)的增大和減小分別引起所述雙極型晶體管(T1)的集電極電流的減小和增大，以及-對所述經(jīng)調(diào)整的電流敏感的級聯(lián)布置的二極管(D1)和電阻器(RS)，被置于所述雙極型晶體管(T1)的基極(B1)和發(fā)射極之間，使得針對所述經(jīng)調(diào)整的電流的所述穩(wěn)定參考值(ILED)由所述電阻器(RS)的值根據(jù)下述兩電壓之間的差確定所述雙極型晶體管(T1)的基極-發(fā)射極電壓，和所述二極管(D1)的陽極及陰極之間的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述驅(qū)動晶體管是場效應(yīng)晶體管(MOSl)，由此，所 述驅(qū)動晶體管(MOSl)的控制電極(P)是場效應(yīng)晶體管(MOSl)的柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述二極管(Dl)被選擇為具有接近 所述雙極型晶體管(Tl)的基極-發(fā)射極電壓(vBE。n)的值的閾值電壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述二極管(Dl)被選擇為具有等于所述雙極 型晶體管(Dl)的基極-發(fā)射極電壓(VBE。n)的值的大約1/2的閾值電壓值。
5.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述二極管(Dl)是肖特基二極管。
6.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述電阻器(RS)是所述經(jīng)調(diào)整的電 流(Imi)流過的電阻器，由此，針對所述經(jīng)調(diào)整的電流的所述穩(wěn)定參考值(Imi)是由以下兩 者之間的比率確定的-所述雙極型晶體管(Tl)的基極-發(fā)射極電壓和所述二極管(Dl)的陽極及陰極之間 的電壓的差，以及-所述電阻器(RS)的值。
7.(R2)以接收所述輸 入電壓(VDCl)，由此，所述雙極型晶體管(Tl)的集電極電流的減小和增大分別引起所述驅(qū) 動晶體管(MOSl)的所述控制電極(P)上的電壓的增大和減小。
8.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述雙極型晶體管(Tl)的集電極和 所述驅(qū)動晶體管(MOSl)的所述控制電極(P)相互連接。
9.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述驅(qū)動晶體管(MOSl)上耦接有由 所述經(jīng)調(diào)整的電流(I·)驅(qū)動的比如LED光源(LED1、LED2、LED3)等光源。
全文摘要
公開了低壓差(LDO)電流調(diào)整器。從輸入電壓(VDC1)產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整的電流(ILED)的驅(qū)動裝置包括提供經(jīng)調(diào)整的電流的驅(qū)動晶體管(MOS1)和作用于驅(qū)動晶體管的控制電極(P)以確定針對經(jīng)調(diào)整的電流的穩(wěn)定參考值的穩(wěn)定電路(T1、D1、R1、R2、R3、RS)。穩(wěn)定電路包括以反饋關(guān)系耦接(R2、R3)到驅(qū)動晶體管的控制電極的雙極型晶體管(T1)，在雙極型晶體管導(dǎo)通時，經(jīng)調(diào)整的電流增大和減小分別引起雙極型晶體管的集電極電流減小和增大。經(jīng)調(diào)整的電流穿過的二極管(D1)和電阻器(RS)級聯(lián)布置于雙極型晶體管的基極(B1)和發(fā)射極之間，使得針對經(jīng)調(diào)整的電流的穩(wěn)定參考值由電阻器的值根據(jù)雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓和跨二極管陽極及陰極的電壓之間的差確定。
文檔編號H05B37/02GK101883460SQ20101017408
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日
發(fā)明者米凱萊·梅內(nèi)加齊, 馬泰奧·托斯坎 申請人:奧斯蘭姆有限公司