高效发光二极管驱动器制造技术

本发明专利技术涉及高效发光二极管驱动器。本发明专利技术的实施例提供用于以低成本驱动具有持续良好的照明和极高效率的ＬＥＤ的电路，并且适于与较便宜的ＬＥＤ或者在宽工作电压和温度变化上具有宽元件参数公差的ＬＥＤ一起使用。所公开的电路可以，但不一定，实现在单个半导体芯片上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及驱动器电路。本专利技术尤其涉及一种高效LED(发光二极管)驱动ο
技术介绍
发光二极管以及给它们提供能量的驱动器电路都是公知的。LED的亮度与所施加 的电流有直接关系。LED两端产生的电压主要取决于半导体设计和所采用的技术并取决于 制造公差。多个LED基本接近地使用的地方，通常希望它们以相当匹配的光输出电平工作。 先前已经提出了多种电路和方案用于实现LED的均勻照明。但是这些先前提出的技术存在 一种或多种缺陷。例如，这些技术可能使得驱动器电路的运行效率非常低。同样，该技术可 能需要LED紧公差制造或者具有通过测试确定的匹配参数。这使得成本升高。在由原电池如熟知的碱性“电池”供电的便携装置中，能源利用率显得尤为重要。附图说明为更透彻地理解本专利技术及其另外的特征和优点，现在结合附图进行下面的说明， 其中图1是根据本专利技术实施例的LED驱动器电路的部分框图形式的电路图。图2是根据本专利技术实施例的电流调节器的示意图。图3是根据本专利技术实施例的欠电压检测器的示意图。为便于描述，各附图中相同的部件标以相同的标号。具体实施方式 下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有多个部件进行描 述。附图中示出了多个部件以为本领域普通技术人员提供本专利技术的完全能够实现的公开内 容。对于本领域技术人员来说许多部件的操作都是熟悉而且明显的。在本专利技术的各个实施例中，提供的电路和方法用于以低成本驱动具有持续良好照 明以及极高效率的LED，并且适于与较便宜的LED或者与在宽工作电压和温度变化上具有 宽元件参数公差的LED—起使用。所公开的电路可以，但不一定，在单个半导体芯片上实 现。根据本专利技术的一个方面，电路用于给多个LED提供电流，这些LED可以，但不一定， 是对于它们广泛光谱输出的较高工作电压类型，通常所说的“白色LED”。该电路可以包括 多个有源电流调节器，每个控制单个LED中的电流，给该多个LED提供电流的电荷泵，给该 电荷泵提供能量的电压调节器以及适合于检测任一或者所有限流器的电流短缺的检测器。根据本专利技术的另一方面，该电压调节器可以具有响应电流短缺检测的输出。根据本专利技术的又一方面，电荷泵可以具有多种操作模式，每种具有不同的电压增 益。模式可以根据电流短缺的检测进行选择以实现高效运行。根据本专利技术的另一方面，提供一种使LED发光的方法，其与以前提出的方法相比 具有相当均勻的亮度和极高的总体能源利用率。可能存在本专利技术的其它方面，并且它们有些将在下面描述。图1是根据本专利技术的特定实施例的示范性LED驱动器电路100的部分框图形式的 电路图。LED驱动器电路100可以驱动多个LED 110，并且在有些实施例中，可以实现在单 个集成电路或芯片上。LED 110(虚线所示)可以，但不一定，因机械或其它原因与芯片分开 实现。平滑电容器170通常用于衰减纹波，其可以在芯片上或者不在芯片上实现。 如所述，LED驱动器电路100在输入电压端101上接收电源输入电压VIN。线性调 节器150连接到输入电压端101且具有控制端102。控制端102接收来自检测器300的反 馈信号端302的控制输入。线性调节器150可以实现为例如单个MOS (金属氧化物半导体) 晶体管。线性调节器150的这样的实施例具有相当的能源利用率，就像希望总体上实现电 路100的高效率一样。线性调节器150在控制端102的控制输入可以由检测器300产生。来自线性调节 器150的输出可以施加到多模式电荷泵160。多模式电荷泵160还在输入端口 181上接收 可以为高频方波的时钟信号。该时钟信号可以由振荡器180产生，其中可以在端子101上 从电压VIN给该振荡器180提供能量。例如通过电容器切换的升高DC(直流)电压的电荷 泵，是本领域所公知的。多模式电荷泵也是本领域所公知的，其能根据所选择的模式和所期 望的电压增益运行于具有不同电压增益的任意两种或多种模式。在一个实施例中，多模式 电荷泵160能够根据从模式变换锁存器142所接收的二进制控制信号在三种不同模式的任 一种下运行。在本专利技术的实施例中，多模式电荷泵能以2 1或3 2的电压增益率运行， 或者作为1 1的额定电压增益的简单过渡。在实际操作中，多模式电荷泵160中的开关 可能会导致相对于额定或理论电压增益的某些电压降。多模式电荷泵160给LED 110提供 电压。一个实施例中，模式变换锁存器142具有两位非时钟式数字输出，并且响应模拟 电压电平输入。模式控制OpAmp (运算放大器)比较器143可以产生模拟信号以控制模式 变换锁存器142。在一个实施例中，每个LED 110都具有相关电流调节器200。经过调节器200的 电流由带隙参考电路130产生的参考电压Vref_01来设定。带隙参考电路是本领域所公知 的。如果LED电源(如电荷泵160)提供给LED 110的电流不足，那么就会出现在相关电流 调节器200中电流短缺的情况。这种情况可以通过检测器300在检测器300的一个或多个 输入端口 120上检测为欠电压。当检测器300检测出欠电压的情况时，检测器300就对线 性调节器150进行控制以增加提供给电荷泵160的电压。这增加了提供给所有LED 110的 电压，由此缓和了电流短缺和相关欠电压。因此，通过闭环控制，提供给LED 110的电压维 持在最低所需值以避免电流短缺。由于只维持了最低电压，所以在正常工作状态下电流短 缺将是初始的。虽然可以给某些LED 110提供高于所需的电压，但是由于每个LED 110都 具有其自己独立的电流调节器200，所以还是维持了均勻照明。因电流短缺由线性调节器150单独作用来缓和电源电压可能会不足，例如在电源 是接近使用寿命的原电池的情况下可能会发生。在那种情况下，控制OpAmp比较器143检 测线性调节器150故障(rail)，并发信号通知模式变换锁存器142改变多模式电荷泵160 运行在下一更高模式。该下一更高模式具有更高的电压增益，并因此恢复LED 110电流到 非短缺状态。检测器300允许线性调节器150将提供给多模式电荷泵160的电压反向调节 到最低所需值以恢复电路平衡。因此，仅当需要时电荷泵160才在更高增益下运行，并且因 此在主要供电电压有效的情况下电路运行的效率最好。整体来看，电路设计有助于从如可 用于为典型便携式电子设备供电的原电池电源得到最大使用寿命。在示范性实施例中，如 果以及当输入电压VIN恢复到适当高电平时，模式变换锁存器142可以辅助方式工作以使 多模式电荷泵160运行在具有较低电压增益的更经济的模式下。在示范性实施例中，带隙参考电路130为OpAmp比较器143产生固定的电压参考， 以及在端子318上施加到检测器300的参考端118的带隙电压VBG。带隙参考电路130可 以提供大约1. 268伏特的带隙电压。在同一实施例中，带隙参考电路130在端子113处产 生参考电压Vref_01以控制电流调节器200。电压Vref_01的幅度可以通过到DAC(数模变 换器)141的2位二进制输入140来控制。该2位二进制输入控制用于提供三种不同LED 电流的选择，以及由此三种不同的LED亮度，加上无(或者很小的)LED电流的黑暗(或者 关断)设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动多个发光二极管（ＬＥＤｓ）的系统，所述系统包括：电压调节器，其可操作地给所述多个ＬＥＤｓ提供电流；多个电流调节器，每个电流调节器与各自的ＬＥＤ相连并且可操作地调节提供给所述各自的ＬＥＤ的电流；以及与所述多个电流调节器耦合的检测器，所述检测器可操作地检测在任意所述电流调节器的电流短缺的出现，所述检测器进一步响应于对所述电流短缺的出现的检测，可操作地输出用于调整供应给电荷泵的电力的信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L博格延，F普林兹，
申请(专利权)人：美国快捷半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]