[发明专利]电流平衡电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于平衡目标电路中并联的电路支路中的电流平衡电路以及方法。

背景技术

电流镜像技术是创造跟随基准电流的一个电流源或多个电流源的已知方法。电流源可为（例如）发光二极管（LED）串。该基本概念基于双结型晶体管（BJT）的使用在图1中加以说明。从本质上说，假设两个BJT是匹配的或相同的。通常，集电极与基极连接在一起的支路的电流形成基准电流。在图l中，BJT Ql中的集电极电流I_REF作为基准电流。

电路的方程如下：

I_REF=I_Cl+2I_B       (1)

其中I_Cl为BJT Ql的集电极电流，且I_B为Ql及Q2的基极电流。因为I_Cl=βI_B，所以方程式（1）可表达为：

I_REF=βI_B+2I_B=（β+2）I_B        (2)

其中β为BJT的电流增益。

对于BJT Q2，集电极电流为：

I_OUT=βI_B          (3)

从（2）和（3）得到：

IOUT=ββ+2IREF]]>

因为BJT的β值的范围通常为40至250，因此（4）中的受控电流源I_OUT约等于I_REF。因此，可称该受控电流源I_OUT跟随该基准电流源I_REF。

电流镜像电路也可使用如图2的MOSFET实施。有电流镜像的其他变型如图3所示的威尔森电流镜像及图4所示的改良的威尔森电流镜像。在现存方法中，一个支路必须固定作为为基准电流源。在电流镜像电路的传统使用中，基准电流的选择不变。

图5展示了这种应用的一个例子，在该应用中，LED器件配置为三串。即使每个LED串具有相同数量的串联的LED器件，LED串两端的电压降会因为LED器件特征的细微变化而不相同。由于LED器件对温度敏感，因此甚至有电流的不平衡随温度而改变的可能。

因此，LED串的电流的不平衡为LED应用中的常见问题。这种电流不平衡可导致LED串发光不均匀。因为LED器件的寿命对电流敏感，若LED的电流由于电流不平衡而超过LED器件的最大电流额定值，那么LED产品的寿命可能缩短。在2008年11月的EDN杂志第45-49页中由Chris Richardson发表的标题为“在在串并联阵列中驱动大功率LED(Driving high-power LEDs in series-parallel arrays)”的文章中指出两个LED串之间的甚至0.42v的小电压差可造成显著的电流不平衡。

为应对并联LED串的电流不平衡问题，研究人员近来已提出各种方法。在2007年10月的IEEE工业电子学会刊第54卷，第5期，第2751至2760页中由Huang-Jen Chiu与Shih-Jen Cheng发表的标题为“用于大型LCD面板的LED背光驱动系统（LED Backlight Driving System for Large-Scale LCD Panels）”的文章中，如图6所示，提出基于单独基准电流源的基本电流镜像技术。这种方法需要单独的电源V_d，电阻R_d以及BJT Qr以形成基准电流源。应当要注意的是，该受控基准电流源不是并联LED串的一部分，因此，该受控基准电流源的形成涉及额外的成本及增加的电路复杂性。该实施突出以下事实：由于并联LED串的电流不平衡不能预先确定，因此现存的电流镜像技术需要一种好控制的基准电流源。

使用电流镜像概念及单独的外部电源（与图6的电源类似）的其他想法如下面参考：