一种LED背光灯镜像恒流电路

陈建忠　杨寄桃

【摘 要】本设计电路适用于LED背光灯的恒流源，该电路包含镜像自调恒流电路、镜像恒流电路、Boost 恒流驱动器、Boost升压电路、过压保护电路、Boost调整电路。其中镜像自调恒流电路包括驱动源晶体管、电流镜晶体管、比例电阻、取样电阻、LED灯。采用模拟调光方式镜像恒流原理驱动多路LED灯串，使多路LED灯发光强度稳定，噪声小，光谱连续；具有可方便扩展LED灯路串，以较低成本，简单设计就可解决LED背光灯恒流驱动通道端口过多、复杂的问题等优点。

【关键词】LED背光灯；镜像恒流；电路

【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的亮度值与通过LED的电流成正比，为了保证各个LED亮度、色度的一致性，就得使流过LED电流的大小尽可能一致。其中驱动电路设计的好坏，对LED背光灯的显示效果、制作成本及系统的运行性能起着很重要的作用。所以设计一种既能满足宽输入电压，高效率，高调光比驱动的要求， 同时使用器件少、成本低的控制驱动电路是很有必要的。而现有技术状态总体是这样的：每路LED灯串独立用一个恒流源，假设有7路LED灯串或有n多个LED灯串，那就要做7个或n多个恒流源，这样电路复杂，成本也高；而使用内集成有多路控制输出的芯片，那这种芯片价格很高，灯串路数扩展性也受局限；为解决以上问题，本设计设计了一种LED背光灯的镜像恒流驱动电路，尤其最适合作为LED液晶电视的背光灯恒流源。采用模拟调光方式镜像恒流技术驱动多路LED灯串，使多路LED灯发光强度稳定，不闪烁，噪声小，光谱连续；各路电流均能被调节且可自动调节Boost升压，具有可方便扩展LED灯路串，以较低成本，简单设计就可解决LED背光灯恒流驱动通道端口过多、复杂的问题等优点[1-2]。

1 设计原理与方案

参照图1所示，LED背光灯镜像恒流电路，其特征在于包括：镜像自调恒流电路、镜像恒流电路、Boost/恒流驱动器、Boost升压电路、过压保护电路、Boost调整电路。镜像自调恒流电路、镜像恒流电路1和LED灯串1构成第一电流镜组，……，同理镜像自调恒流电路和镜像恒流电路n和LED灯串n构成第N电流镜组，依此原理可根据LED灯串路数需要，在镜像自调恒流电路后端并联所需多少的镜像恒流电路与LED灯串；镜像自调恒流电路作为电流镜组的本体，能同时控制与其构成的镜像恒流电路；镜像自调恒流、过压保护、Boost调整、开关控制、调光动作均是通过Boost/恒流驱动器实现的。能使多路LED灯发光强度稳定，噪声小，光谱连续；具有可方便扩展LED灯路串，以较低成本，简单设计就可解决LED背光灯恒流驱动通道端口过多、复杂的问题等优点。

2 具体设计方式

2.1 镜像恒流设计

参照图2所示，LED背光灯镜像恒流电路中镜像自调恒流电路包含镜像驱动晶体管Q1，限流电阻R12，取样电阻R13，镜像源晶体管Q2和LED灯串1。镜像驱动晶体管Q1集电极接5V电源，5V电源作为各路电流镜组的驱动电流；发射极接限流电阻R12一端，电阻R12另一端接镜像源晶体管Q2的基极，同时连接至镜像源晶体管Q2和各路电流镜晶体管Q3……Qn的基极，驱动各路电流镜工作；基极接Boost/恒流驱动器，即IC1的VBJT引脚，由IC1的VBJT引脚驱动镜像驱动晶体管Q1，进而控制各路电流镜组所接灯串的电流；源晶体管Q2的发射极通过限流电阻R13接地。电阻R13同时作为电压取样电阻，其与晶体管Q2连接的那一端接至IC1的VBJT引脚，电阻R13将取样到的电压反馈到IC1的VADJ引脚，使IC1自动调整VBJT的输出信号去控制Q1基极电流，进而控制镜像源晶体管Q2和各路电流镜晶体管的基极电流，更进一步地控制各路电流镜晶体管集电极电流，使各路电流镜晶体管集电极电流与镜像源晶体管电流保持一致。这样各路电流镜晶体管的发射极电压均和源晶体管Q2的发射极电压保持一致，处于相同恒定状态，进而使通过R13、R14……Rn的电流恒定，更进一步地使各路LED灯串的电流等同恒定。

镜像恒流电路1包含电流镜晶体管Q3，限流电阻R14，LED灯串2。电流镜晶体管Q3基极与源电流镜晶体管Q2基极接在一起，使基极电流与源晶体管的基极电流一致。晶体管Q3的发射极接有LED灯串2的限流电阻R14，为LED灯串设置额定的工作电流。镜像恒流电路1与镜像自调恒流电路组成第一电流镜组，即镜像恒流电路1是镜像自调恒流电路的像，流过电阻R14的电流与流过R13的电流相同，进而流过LED灯串2的电流与流过LED灯串1的电流相等。

同理，镜像恒流电路n包含电流镜晶体管Qn，限流电阻Rn，镜像恒流电路中串接有LED灯串。电流镜晶体管Qn基极与电流镜源晶体管Q2基极接在一起，使基极电流与源晶体管的基极电流一致。晶体管Qn基极与电流镜源晶体管Q2基极接在一起，使基极电流与源晶体管的基极电流一致。晶体管Qn的发射极接有LED灯串n的电阻Rn，为LED灯串设置额定的工作电流。镜像恒流电路n与镜像自调恒流电路组成第n电流镜组，即镜像恒流电路n是镜像自调恒流电路的像，流过电阻Rn的电流与流过R13的电流相同[2-4]。

2.2 Boost电路设计

Boost/恒流驱动器主要特征有开机使能脚EN，调光输入DIM引脚，驱动镜像驱动晶体管VBJT，电压检测引脚VADJ，MOS管驱动引脚VMOS，MOS管检测电流引脚CS，过压保护引脚OVP，Boost升压调整脚VFB。

Boost升压电路由电感L1，MOS开关管M1，取样电阻R3，肖特基二极管D1，储能电容C2构成。系统输入电源经升压电感后接MOS管M1的漏极和二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接储能电容的正极。MOS管M1的源极通过取样电阻R3接地。IC1的VMOS引脚接MOS管的珊极，驱动开关管工作。当MOS管工作在闭合状态时，电感L1储存能量；当MOS管工作在断开状态时，电感L1释放能量，其产生的电压加上储能电容的电压作为LED灯串的供应电压。改变IC1的VMOS输出驱动引脚的占空比可改变LED灯串的供应电压。

2.3 保护电路与稳定性设计

过压保护电路是由电阻R4、R5和IC1的OVP引脚构成。电阻R4、R5串联构成分压取样网络，后将取样得的电压反馈到IC1的OVP引脚。当系统故障时LED灯串的供应电压过高；取样得的过高电压反馈到IC1的OVP引脚，从而切断IC1工作，使系统停止工作，达到过压保护目的，避免LED受损坏。

Boost调整电路由检测二极管D2……Dn和IC1的VFB引脚构成，D2检测二极管接的分别接各路LED灯串的阴极，D2……Dn的阳极作为公共端连在一起作为IC1的VFB输入端，当LED灯串的阴极处电压降低时，IC1检测到后，控制VMOS引脚提高占空比，从而提高LED灯串供应电压，使LED工作在稳定状态。

电流镜中，各晶体管Q3，……，Qn及各限流电阻R14，……，Rn分别与镜像源晶体管Q2及电流取样电阻R13各构成一个镜像电流电路，分别为LED灯串2，……，LED灯串n提供与LED灯串1为基准的相同电流。多路镜像恒流电路都接有限流电阻R13，……，Rn，且其多路输出级分别与LED灯串1，……，LED灯串n相连。通过改变各个限流电阻R13，……，Rn的阻值大小可以调节各路恒流电路的镜像电流[5]。

电流镜中，后级并接的镜像恒流电路可根据需要进行增减扩展，使用方便，扩展电路采用分立元件，设计简单且成本低廉。

3 结论

本设计采用模拟调光方式镜像恒流技术使LED工作在稳定的恒流状态，应用于液晶电视LED背光灯的恒流源。与现有技术相比，本设计有益效果体现在：

（1）根据第一电流镜组的镜像自调恒流电路的取样电阻，进行电压采样，选择合适的恒定电流作为其后面并接电流镜的本体电流，避免后级电流过大或过小，保证电流镜的镜像精度；

（2）本设计LED背光灯镜像恒流驱动电路采用模拟调光方式有效避免由数字调光所产生的噪声等问题，且LED发光不闪烁，稳定，提高了LED的调光比；

（3）LED背光灯的镜像恒流驱动电路共用了镜像自调恒流电路，其作为电流镜组的本体，降低了对芯片的需求，减少重复驱动通道口的面积，提高系统效率，大大降低电路成本，降低功耗以及不同驱动通道之间的电流误差；

（4）Boost/恒流驱动器可设置过压保护输入，保护LED免受高压击穿；

（5）Boost/恒流驱动器可设置Boost调整电路，为LED灯串提供宽范围的工作电压，使得各路LED灯串即使需求电压不相同也能正常工作；

综上，本设计LED背光灯镜像恒流驱动电路能够有效提高现有的LED背光灯的驱动电流恒流精度和降低不同电流驱动通道之间的电流误差；使多路LED灯发光强度稳定，噪声小，光谱连续；具有可方便扩展LED灯路串，以较低成本，简单设计就可解决LED背光灯恒流驱动通道端口过多、复杂的问题等优点。

【参考文献】

[1]刘胜利.开关电源设计与制作实践[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2]Keith Billings.开关电源手册（第3版）[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[3]周志敏，纪爱华.绿色电源——电子设备电源管理技术与解决方案[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.

[4]长谷川彰.开关稳压电源的设计与应用[M]. 北京：科学出版社，2007.

[5]Sanjaya Maniktala.精通开关电源设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2014.

[责任编辑：张涛]