用于PWM电流环路的预测LED正向电压制造技术

在所描述的实例中，一种灯光系统包含发光二极管LED(508)及分流晶体管(506)，所述分流晶体管具有连接到所述LED(508)的电流路径。斜坡产生器电路(522、524)产生斜坡电压。放大器(500)具有连接到所述LED(508)的第一输入端子、经耦合以接收所述斜坡电压的第二输入端子，以及连接到所述分流晶体管(506)的控制端子的输出端子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于PWM电流环路的预测LED正向电压
本专利技术涉及用于发光二极管(LED)照明系统的电路及方法，其具有用于脉冲宽度调制(PWM)电流环路的预测正向电压。
技术介绍
发光二极管(LED)照明系统用于许多应用，例如汽车、家庭、企业及安全系统。LED照明系统比白炽灯照明系统更有效地提供光照，因为其在热产生方面消耗少得多的电力并且更可靠。此外，LED照明系统比荧光照明系统更灵活，因为其更能容忍环境条件，例如冲击、污染及温度。此外，其可以受控占空比操作以调整亮度。LED照明系统通常经配置为串联连接的LED，因为其正向电压相对较小。因此，由于相对大的正向电流及高串联电感的突然改变，LED的串联连接或串可能产生实质电磁干扰(EMI)。EMI可能会对附近的电子通信系统产生不利影响。滤波器电路及屏蔽可降低EMI，但会降低系统效率并增加成本。
技术实现思路
在所描述的实例中，一种灯光系统包含连接到多个串联连接的发光二极管(LED)模块的第一端的电流源。所述串联连接的LED模块的第二端连接到供应电压端子。每一LED模块具有转换速率控制电路以控制跨越相应模块的电压。在进一步所描述的实例中，一种灯光系统包含发光二极管(LED)及分流晶体管，所述分流晶体管具有连接到所述LED的电流路径。斜坡产生器电路产生斜坡电压。放大器具有连接到所述LED的第一输入端子、经耦合以接收所述斜坡电压的第二输入端子，以及连接到所述分流晶体管的控制端子的输出端子。附图说明图1是具有多个串联连接的模块的LED照明系统。图2是可用于图1的照明系统的LED模块控制电路的电路图。图3是展示经配置以直接驱动一或多个LED的图2的LED模块控制电路的电路图。图4是展示经配置以用外部晶体管间接驱动LED的图2的LED模块控制电路的电路图。图5是具有转换速率(SR)控制的图1的LED模块的电路图。图6是展示具有50％占空比的图5的电路的操作的时序图。图7是图5的放大器的示意图。图8是图5的转换速率控制电路的电路图。图9是展示图8的转换速率控制电路的操作的时序图。具体实施方式实例实施例实现优于常规LED照明系统的显著优点。图1展示可用于汽车照明、家庭照明、安全照明或其中需要效率及低电磁干扰(EMI)的其它应用的发光二极管(LED)照明系统。照明系统包含N个串联连接的模块104到110，其中N是大于或等于一的正整数。串联连接的模块由电流源100供电，电流源100优选地经脉冲宽度调制(PWM)以控制模块的电力及与模块相关联的LED的亮度。每一串联连接的模块传导来自电流源100的电流，以跨越模块提供相应正向电压VF1到VFN。然而，因为LED通常是分立元件，所以其电流-电压特性可能不是紧密匹配的。因此，每一正向电压可与串联模块串中的其它正向电压稍微不同。控制电路102控制供应给串联连接的模块的PWM电流脉冲的占空比。此外，控制电路102将编程信号传达到模块中的每一者以控制操作。优选地，这些控制信号通过相同的单个线连接传达到模块，所述单个线连接通过频移键控(FSK)或幅移键控(ASK)调制供应PWM模块电流。模块可有利地作为可个别寻址的模块而受到控制，或者作为一组或多组模块共同受到控制。图2是如可包含在用于图1的照明系统的模块104到110中的LED模块控制电路200的电路图。模块控制电路经耦合以通过直接连接或通过其它串联连接的模块在阳极端子202处从电流源100(图1)接收正电流。模块控制电路包含对应于端子LED1到LED4的四个通道。端子LED1到LED4分别对应于蓝色、绿色、红色及白色LED通道。这些优选地通过由数字块控制的内部开关激活。替代地，端子LED4可用于汽车前灯或安全照明的高电流白光LED。因此，其可由具有转换速率控制的外部栅极驱动器单独驱动，如下文描述。因此，对于某些应用，可仅使用单个LED通道。对于其它应用，可使用两个或更多个LED通道。当通过相应内部开关选择LED时，来自阳极端子202的电流流过开关以照射LED并通过阴极端子204到接地或VSS。阴极端子204可通过其它串联连接的模块连接到VSS或者与模块110一样直接连接。当没有选择与模块相关联的LED时，正电流经由具有转换速率(SR)控制及电压调节的旁路开关从阳极端子202分流到阴极端子204。因此，对于任一种情况，端子202处的阳极电压VA相对于端子204处的阴极电压VC发展。阳极及阴极电压(VA-VC)之间的差值是跨越模块的正向电压VF。LED模块控制电路200还包含输入-输出(IO)比较器电路，以与控制电路102(图1)通信。地址比较器耦合到ADDR端子，以为应用提供个别访问模块的特定的模块地址。电压调节电路从模块正向电压VF发展并调节跨越电容器206的本地VDD供应电压。针对模块控制电路操作及针对数字块所需的电压参考及本地振荡器信号由本地VDD供应电压供电。端子EP是裸片附接垫，用于安装模块以进行机械支撑并作为散热器。图3是展示经配置以直接驱动多个LED的图2的LED模块控制电路200的电路图。在此描述中，相同参考数字用于标识大体上相同电路元件。在此实施例中，端子LED1到LED4直接驱动相应的中等到低亮度LED。在此情况下，LED阳极与阴极端子204之间的10nF去耦电容器可足以衰减EMI。通过比较，图4是展示经配置以用外部晶体管300间接驱动一个LED用于高亮度及高电流应用的图2的LED模块控制电路200的电路图。此处，1μF去耦电容器与白色LED并联采用。当LED未被选择时，与LED并联采用分流晶体管300以分流模块电流。因此，分流晶体管300优选地在模块外部并且专门设计用于高电流应用。分流晶体管300可为n沟道增强模式晶体管、p沟道增强模式晶体管、双极晶体管、结型场效应晶体管(JFET)或其它合适的切换装置。每一模块的外部组件(例如LED及驱动晶体管)略有不同，因为其不是在同一集成电路上制造的。因此，每一模块的正向电压VF略有不同。图5展示具有转换速率控制的图1的LED模块的电路图。为清楚起见，省略模块控制电路的一些元件。LED508、n沟道驱动晶体管510及电容器512及514可在模块控制电路的外部用于高电流应用。电容器514用于过滤n沟道驱动晶体管510的栅极电压。当LED508未被选择时，N沟道晶体管506将电流从阳极端子分流到阴极端子。因此，n沟道晶体管506也可在模块控制电路的外部用于高电流应用。电阻器502及电容器504在晶体管506上的栅极处形成放大器稳定性补偿网络。在一些实施例中，肖特基二极管516是任选的并且可用于限制n沟道晶体管506处的栅极电压范围。N沟道晶体管518及n沟道驱动晶体管510经耦合以接收控制信号LED_ON。高电平的LED_ON导通n沟道驱动晶体管510以照射LED508。高电平也导通n沟道晶体管518，借此关断n沟道分流晶体管506。替代地，低电平的控制信号LED_ON关断n沟道晶体管518及n沟道驱动晶体管510两者，使得LED508未被选择。在此模式中，分流晶体管506的栅极电压由放大器500控制。电阻器526及528在阳极与阴极端子之间形成分压器。放大器500的正输入端子通过电阻器526耦合到阳极端子。负输入端子500耦合到数/模转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种灯光系统，其包括：电流源；串联连接的多个发光二极管LED模块，其具有通过单个线连接到所述电流源的第一端，并且具有连接到供应电压端子的第二端，每一模块具有转换速率控制电路以控制跨越所述相应模块的电压；及控制电路，其经布置以控制所述电流源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.08 US 15/176,6701.一种灯光系统，其包括：电流源；串联连接的多个发光二极管LED模块，其具有通过单个线连接到所述电流源的第一端，并且具有连接到供应电压端子的第二端，每一模块具有转换速率控制电路以控制跨越所述相应模块的电压；及控制电路，其经布置以控制所述电流源。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制电路经布置以通过幅移键控而通过所述单个线与所述LED模块通信。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制电路经布置以通过频移键控而通过所述单个线与所述LED模块通信。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个模块中的每一模块可由所述控制电路个别寻址。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述转换速率控制电路包括：采样电路，其用以获取相应模块采样电压；斜坡产生器电路，其用以产生斜坡电压；及比较器电路，其在所述斜坡电压与所述相应模块采样电压匹配时产生匹配信号。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述采样电路包括模/数转换器。7.根据权利要求5所述的系统，其中所述斜坡产生器电路包括数字计数器；及数/模转换器。8.根据权利要求5所述的系统，其中所述斜坡电压是逐步线性斜坡电压。9.根据权利要求5所述的系统，其中所述比较器电路是数字比较器电路。10.一种操作灯光系统的方法，其包括：在第一时间通过发光二极管LED传导电流；在所述第一时间在所述LED处对第一电压进行采样；在所述第一时间之后在第二时间从所述LED去除所述电流；在所述第二时间之后在第三时间增加所述LED处的正向电压，直到所述正向电压与所述第一电压匹配；以及响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·M·埃洛，A·K·韦内宁，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US