高性能自适应开关LED驱动器制造技术

LED驱动器控制电流流过LED串。LED驱动器生成升压PWM信号以驱动LED电流路径中的PWM晶体管，使得PWM晶体管维持基本恒定的VGS，由此减小PWM晶体管的导通阻抗。电流镜电路控制当PWM晶体管导通时的峰值LED电流。修调电路包括可编程开关的集合以将修调晶体管与LED电流路径耦合或解耦合，并且允许LED电流的精细校准。通过维持低阻抗以及补偿LED电流路径中的电流失配，LED驱动器提供在高电流应用中尤其有益的高效功率性能和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
高性能自适应开关LED驱动器分案申请说明本申请是于2012年12月6日提交的、申请号为201210543808.5、名称为“高性能自适应开关LED驱动器”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种LED(发光二极管)驱动器，并且更具体地涉及一种用于高电流模式应用的LED驱动器。
技术介绍
LED正在各种各样的电子应用中被采用，这些应用是例如，建筑照明、汽车头灯和尾灯、用于包括个人计算机和高清电视在内的液晶显示器装置的背光、闪光灯等。与诸如白炽灯和荧光灯等常规光源相比，LED具有包括效率高、指向性好、色彩稳定、可靠性高、使用寿命长、尺寸小和环境安全在内的明显优势。针对LED的一个常见应用在于背光照射液晶显示器(LCD)。在这些应用中，通常使用大量的LED串(例如，64个LED通道)，其中每个串由LED驱动器所驱动。在常规LED驱动器架构中，LED功率路径中的固定电阻器限制流过LED串的峰值电流。LED功率路径中的PWM控制的晶体管控制LED的导通和断开时间以实现所期望的亮度。常规LED驱动器架构的问题在于整体功耗可能过高。通常，在LED串n中的功耗PWRn由下式给出：PWRn＝VLEDn×ILEDn(1)其中，VLEDn是跨LED串n的电压并且ILEDn是流过LED串n的电流。具有N个LED通道的电路的总功耗PWRtotal由下式给出：LED串中的LED电压VLEDn(并且因而功耗PWRn)是LED功率路径中固定电阻器的电阻和PWM晶体管的导通阻抗的函数。因为PWM晶体管的导通阻抗随着LED电流的增加而增加，所以整体功耗在诸如用于LCD的3D模式或者扫描模式运作等高电流模式应用中变得特别高，其中，例如，LED电流ILEDn可以上升至高达450mA且具有20％的占空比。在常规LED驱动器架构中，由于高功耗的原因，以这些电流电平运作可能在LED驱动器芯片中产生温度问题。该问题可能会被与一些常规LED驱动器架构相关联的不良接地噪声抑制进一步恶化，由此限制了整体性能和鲁棒性。
技术实现思路
一个实施例包括一种LED驱动器，其将升压脉冲宽度调制(PWM)信号施加到控制流过LED串的电流的第一晶体管以便将第一晶体管的栅极-源极电压维持在基本恒定的值。在一个实施例中，LED驱动器驱动与第一晶体管串联耦合的LED串。LED控制器被配置为产生PWM信号。升压PWM发生器基于PWM信号产生升压PWM信号。升压PWM信号驱动第一晶体管以导通或者断开第一晶体管。升压PWM信号具有当第一晶体管被导通时随第一晶体管的源极电压升高和降低的幅度。PWM晶体管的栅极-源极电压因此被维持在基本恒定的电压。在一个实施例中，电流镜电路接收由LED控制器所设定的种子电流并且控制当PWM晶体管被导通时流过第一晶体管和LED串的LED电流。LED电流随种子电流而变化。在一个实施例中，可编程修调电路被耦合到电流镜电路。可编程修调电路被配置为产生与种子电流基本成正比的一部分LED电流。由可编程修调电路所产生的该一部分LED电流由一个或多个可编程修调比特控制。有利地，LED驱动器提供具有与常规架构相比相对低的电阻的LED电流路径，因而提供良好的功率效率。而且，修调电路可以被编程以补偿晶体管之间的制造变化，因此与常规架构相比改善了接地噪声抑制并且减少了电流失配。说明书中描述的特征和优点并非是囊括性的，特别是，考虑到附图、说明书和权利要求书，许多附加的特征和优点对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。此外，应当注意，本说明书中所使用的用语主要是出于可读性和指导性的目的而被选择的，并且可能不是被选择以描述或限制创造性主题。附图说明通过结合附图考虑如下详细描述，本专利技术的实施例的教导可以很容易地被理解。图1是图示了LED驱动器电路的实施例的电路图。图2是图示了升压PWM电路的实施例的电路图。图3是根据一个实施例的图示了升压PWM电路的运作的波形图。具体实施方式附图和下面的描述仅通过说明的方式涉及本专利技术的优选实施例。从下述讨论中应当注意到，此处公开的结构和方法的备选实施例将很容易被认为是可以在不脱离要求保护的本专利技术的原理的情况下而利用的可行的备选。现在将详细参照本专利技术的若干实施例，在附图中图示了其示例。应当注意到，只要可行，在附图中可以使用相似或者相同的附图标记，并且该附图标记可以指示相似或者相同的功能。附图仅出于说明的目的描绘本专利技术的实施例。本领域技术人员将很容易从下面的描述中认识到此处示出的结构和方法的备选实施例可以在不脱离此处描述的本专利技术的原理的情况下而被利用。一般地，LED驱动器控制流过LED串的LED电流。LED控制器提供电流控制信号，该电流控制信号设定流过LED电流路径的峰值电流。电流镜电路在不要求在LED电流路径中有任何固定检测电阻器的情况下控制电流。升压PWM发生器驱动PWM晶体管以控制LED串的亮度。升压PWM发生器通过PWM晶体管的源极电压VS对PWM信号进行升压从而使得PWM晶体管以维持在近似于电源电压VDD的基本恒定的栅极-源极电压VGS运作。LED修调电路包括一个或多个可编程修调晶体管，该可编程修调晶体管精细地校准LED电流以负责于晶体管之间的制造变化。总的来说，与传统架构相比，所描述的LED驱动器提供了改进的功率效率和接地噪声抑制，其对于诸如3D模式和扫描模式LED背光应用等高电流应用特别有利。LED驱动器架构图1是驱动LED串112的LED驱动器100的第一实施例的电路图。LED驱动器100包括LED控制器102、由升压PWM发生器116驱动的PWM晶体管M1、修调电路114以及由第一电流路径104、第二电流路径108、LED电流路径110和放大器amp1、amp2共同组成的电流镜电路122。备选实施例可以包括为了描述的清晰性而从图1中省略的附加组件。LED控制器102输出数字控制信号PWM、CLK和ictrl。正如下面将要进一步详细描述的，PWM和CLK信号被输出到升压PWM发生器116并且用于控制LED串112的亮度。ictrl是电流控制信号，其经由电流镜电路122间接地控制流过LED串112的峰值电流。在一个实施例中，ictrl控制电流源106以设定流过第一电流路径104的种子电流Iseed。Iseed和电阻器Rp1的值共同确定节点X处的电压。特别地，随着Iseed增大，跨电阻器Rp1的电压降增大，并且节点X处的电压减小(反之亦然)。在第二电流路径108中，电阻器Rp2、晶体管M4和晶体管M3串联耦合。放大器Amp2放大节点X和节点Y之间的电压的差值并且产生控制晶体管M3的栅极的基准电压Vr。在运作中，这一反馈回路起到感测电压X和按比例调节电压Y的作用。例如，随着电压X相对于电压Y增大，Vr减小。这减少了流过第二电流路径108的电流I2，从而降低了跨电阻器Rp2的电压降并且增大了节点Y处的电压。如果Rp1和Rp2具有相等的电阻，则反馈回路将把电压Y维持在与电压X相同的电平。因此，Iseed将被复制到第二电流路径108，从而使得I2＝Iseed。在备选实施例中，Rp1和Rp2可以具有不同的电阻值。在这些实施例中，电压Y将与电压X成比例地移动并且电流I2将与Iseed成比例地移动，其中增益取决于Rp1和Rp2之间的比率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动发光二极管(LED)串的LED驱动器，所述LED驱动器包括：LED控制器，被配置为产生PWM信号；以及第一晶体管，用于响应于所述PWM信号而导通或断开，所述第一晶体管与所述LED串串联，其中当所述第一晶体管导通时，LED电流流经所述第一晶体管和所述LED串；第二晶体管，与所述第一晶体管和所述LED串串联，其中当所述第二晶体管导通时，所述LED电流的第一部分流经所述第二晶体管；可编程修调电路，与所述第二晶体管并联，所述可编程修调电路被配置成传递由一个或多个修调控制信号控制的修调电路电流，其中所述修调电路电流包括所述LED电流的第二部分。

【技术特征摘要】
2011.12.07 US 13/314,1031.一种用于驱动发光二极管(LED)串的LED驱动器，所述LED驱动器包括：LED控制器，被配置为产生PWM信号；以及第一晶体管，用于响应于所述PWM信号而导通或断开，所述第一晶体管与所述LED串串联，其中当所述第一晶体管导通时，LED电流流经所述第一晶体管和所述LED串；第二晶体管，与所述第一晶体管和所述LED串串联，其中当所述第二晶体管导通时，所述LED电流的第一部分流经所述第二晶体管；可编程修调电路，与所述第二晶体管并联，所述可编程修调电路被配置成传递由一个或多个修调控制信号控制的修调电路电流，其中所述修调电路电流包括所述LED电流的第二部分。2.根据权利要求1所述的LED驱动器，其中所述可编程修调电路包括：第一开关，由第一修调控制信号可控；以及第一修调晶体管，被配置为当所述第一开关闭合时至少传导所述修调电路电流的第一部分，并且所述第一修调晶体管被配置为当所述第一开关打开时断开。3.根据权利要求2所述的LED驱动器，其中所述可控修调电路进一步包括：第二开关，由所述第一修调控制信号可控，所述第二开关被配置成当所述第一开关打开时闭合，并且所述第二开关被配置为当所述第一开关闭合时打开，其中所述第二开关被配置成当所述第二开关闭合时关断所述第一修调晶体管。4.根据权利要求2所述的LED驱动器，其中所述可编程修调电路还包括：第三开关，由第二修调控制信号可控；以及第二修调晶体管，被配置成当所述第三开关闭合时至少传导所述修调电路电流的第二部分，并且被配置成当所述第三开关打开时关断。5.根据权利要求4所述的LED驱动器，其中所述修调电路电流的所述第二部分大于所述修调电路电流的所述第一部分。6.根据权利要求4所述的LED驱动器，其中所述修调电路电流的所述第二部分是所述修调电路电流的所述第一部分的两倍。7.根据权利要求2所述的LED驱动器，其中所述第一开关是一次可编程存储器部件。8.根据权利要求2所述的LED驱动器，还包括：电流镜电路，接收由所述LED控制器设定的种子电流并且控制流过所述第一晶体管和所述LED串的所述LED电流；其中流过所述第二晶体管的所述LED电流的所述第一部分与所述种子电流成比例；以及其中所述修调电路电流与所述种子电流成比例。9.根据权利要求8所述的LED驱动器，其中所述电流镜还被配置成基于所述种子电流生成参考电压，以及其中所述LED电流的所述第一部分和所述修调电路电流基于所述参考电压。10.根据权利要求8所述的LED驱动器，其中所述电流镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：金敏钟，粱恩主，金学成，
申请(专利权)人：戴乐格半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US