自适应开关模式LED系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应开关模式LED系统。涉及一种提供驱动多个LED串的智能方案的系统。处理设备从允许电流的有限集中确定对于每一个LED串的最佳电流水平。处理设备还确定用于驱动每一个LED串中的LED的PWM占空比以对LED串提供精确的亮度控制。向LED驱动器传输对于电流水平和占空比的设置用于调节LED串的电流和开-关时间。有利的是，系统在对处理设备中可用的现有资源起杠杆作用的同时降低了LED驱动器的尺寸以按照功率有效的方式操作LED。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及驱动LED (发光二极管)，并且更具体地，涉及用于驱动多个LED串的系统。
技术介绍
正在例如建筑照明，汽车头灯和尾灯，用于包括个人计算机，便携式计算机，高分辨率TV，闪光灯等等的液晶显示设备的背光的宽范围电子应用中采用LED。与诸如白炽灯和荧光灯的传统照明源相比较，LED具有显著的优点，包括高效率，良好的方向性，色彩稳定性，高可靠性，长寿命,小尺寸，以及环境安全性。LED是电流驱动设备，意味着从其生成的光通量(即亮度)主要是被施加经过其的电流的函数。因而调节经过LED的电流是重要的控制技木。为了从直流(DC)电压源驱动LED的大阵列，通常使用例如升压型或者降-升压型功率转换器的DC-DC开关功率转换器来供应用于几个LED串的顶轨电压。在使用LED背光的液晶显示器(LCD)应用中，通常需要控制器以与每个LED串的独立电流设置并行地控制几个LED串。控制器然后可以独立控制LCD的不同部分的亮度。而且，控制器能够按照定时的方式接通或者关断LCD的不同部分。由于LED之间的制造差异，維持指定电流水平需要的每ー个LED串两端的电压降显著地变化。图I的VI曲线说明了对于两个不同LED(LED1和LED2)的电压和电流之间的指数关系。对于LEDl和LED2要提供相同量的峰值电流，LEDl必须在大约3. 06伏特的正向 电压降下操作，而LED2必须在大约3. 26伏特的正向电压降下操作。假设在第一 LED串中存在具有LED I的特性的10个LED，则在该串两端存在30. 6V电压降。假设在第二 LED串102中存在具有LED2的特性的10个LED，则在该第二 LED串两端存在32. 6V电压降。因此，该2伏特的差异将由驱动第二串的电路耗散使得两个串均以40mA的相同峰值电流操作。不同LED的不可预知的VI特性使得难于在功率有效方式下操作不同的LED串而同时仍然维持对LED串的亮度的精确控制。研究了不同技术来解决该挑战，但是许多传统方案或者低效或者要求使用附加电路，这实质上増加了用于调节经过LED串的电流的部件的成本。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括用于控制流经ー个或者多个LED串的电流的系统、LED驱动器和方法。系统包括LED驱动器设备和处理设备。处理设备是远离LED驱动器(即与LED驱动器分离)的集成电路设备。LED驱动器设备根据程控电流水平调节经过ー个或者多个LED串的电流并且以由从处理设备接收的占空比设置(例如，表示为Ton时间和Tperiod时间的比值的占空比)表明的占空比接通和关断LED串。处理设备(例如，CPU或者FPGA)将用于LED串的占空比确定作为程控电流水平，基线电流水平和基线占空比的函数并且将用于占空比的设置传输到LED驱动器。在一个实施例中，处理设备通过确定程控电流水平与基线电流水平的比值并且将比值乘以基线占空比来确定用于LED串的占空比。在一个实施例中，处理设备和集成电路设备经由通信链路彼此通信。通信链路在两个设备之间承载信息，诸如占空比设置，程控电流水平，表明经过LED串的电流是否在调节外的调节信息，和/或表明LED串为开路或者短路的故障检测信息。在一个实施例中，处理设备也被配置成确定程控电流水平以与可程控电流水平的有限集中的ー个相对应。有利的是，通过使用分离的处理设备，系统提供ー种既维持对不同LED通道的相对亮度的精确控制又同时顾及到LED通道之间的电流变化的符合成本效益的方案。通过在与远离LED驱动器本身的处理设备中执行占空比计算，能够从LED驱动器去除执行这些计算所需要的复杂电路。由于使用LED的许多系统(例如，电视，监视器)已经具有能够执行数学计算的处理设备，因此不需要额外的硬件。进而，由于处理设备可以是可编程的，能够在没有任何硬件改变的情况下容易地更新用于计算对于LED通道的占空比和电流设置的公式。LED驱动器的实施例包括与相应的LED串串联耦合的一个或者多个通道调节器(例如，低压降调节器)，根据程控电流水平对经过LED串的电流进行调节。LED驱动器还包 括与相应的LED串串联耦合的通道开关(例如，PWM开关)以及以所计算的占空比接通和关断LED串的通道调节器。从处理设备接收占空比的设置。本专利技术的实施例还包括ー种用于驱动ー个或者多个LED串的方法。在一个实施例中，根据程控电流水平调节经过LED串的电流。接收占空比设置用于开关LED串。从远离LED驱动器并且将占空比确定作为程控电流水平的函数的处理设备接收占空比设置。然后以由占空比设置表明的占空比接通和关断LED串。本说明书中描述的特征和优点并非都是包含性的，并且特别地，在浏览附图，说明书和权利要求书之后，许多附加的特征和优点对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。而且，应该注意到，本专利技术主要出于可阅读性和指导目的选择在说明书中使用的语言，并且可以没有选择这些语言来限定或者划定本专利技术的主題。附图说明通过考虑下面结合附图进行的详细描述，本专利技术实施例的教导将变得容易理解。图I是示出了在正向偏置的LED的I-V曲线上的制造差异的效果的曲线图。图2示出了用于驱动多个LED串的系统的高度概览图。图3是示出了通过处理设备控制的LED驱动器的实施例的电路图。图4是示出了在典型LED的电子电流和光学发光之间的典型非线性传输函数的曲线图。图5是示出了典型LED的作为结温的函数的光通量密度的典型温度降低率(de-rating)的曲线图。图6A和图6B示出了具有多个LED驱动器的系统的实施例。图7示出了通过用于驱动ー个或者多个LED串的LED驱动器执行的方法的实施例。具体实施例方式附图和下面的描述仅以说明的方式涉及本专利技术的优选实施例。根据下面的讨论应该注意到，在不偏离要求专利技术的原理的情况下，这里公开的结构和方法的可选实施例可容易地视为可以应用的切实可行的替代。现在将详细參照本专利技术的几个实施例，附图中说明了这几个实施例的示例。注意至IJ，可以在附图中使用实际上类似或者相似的附图标记并且可以表明类似或者相似的功能。附图仅出于说明目的阐述了本专利技术的实施例。本领域的普通技术人员通过下面的描述将容易意识到，在不偏离这里描述的本专利技术的原理的情况下可以采用这里说明的结构和方法的替代实施例。系统构诰图2不出了用于驱动多个LED串225的系统的高度概览图的一个实施例。该系统使用自适应开关作为ー种技术以有效驱动多个LED串225。在自适应开关中，每ー个LED串可以操作于不同的峰值电流值并且调节经过每ー个LED的电流的开/关时间以改变LED串225的亮度。为了在LED串225上維持一致亮度，具有较高峰值电流值的LED串225将具有较低的占空比，并且具有较低电流值的LED串225将具有较高占空比。如图所示，升压转换器220向多个LED串225提供公共电压Vboost 245并且经由·控制信号240由处理设备210控制。LED驱动器215是集成电路设备，其通过使用经由通信链路235从处理设备210接收的设置来调节流经LED串的电流的峰值电流和占空比(即开/关时间)来控制LED串225的亮度。处理设备210确定LED串225的电流水平和占空比(即开/关时间)。处理设备210代表能够执行数学计算的任何集成电路设备，例如微处理器，电视图像处理器，现场可编程门本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.03 US 13/040,2291.一种用于驱动ー个或者多个发光二极管(LED)串的系统,所述系统包括 第一 LED驱动器设备，其根据第一程控电流水平调节经过第一 LED串的电流并且以第一占空比接通或者关断所述第一 LED串；以及 处理设备，其将用于所述第一 LED串的所述第一占空比确定为所述第一程控电流水平的函数，所述处理设备是远离所述第一 LED驱动器设备的集成电路。2.如权利要求I的系统，进一歩包括用于从所述处理设备向所述第一LED驱动器设备传输对于所述第一占空比和所述第一程控电流水平的设置的通信链路。3.如权利要求2的系统，其中经由所述通信链路从所述第一LED驱动器设备向所述处理设备传输表明经过所述第一 LED串的所述电流是否在调节外的调节信息，并且其中所述处理设备确定所述第一程控电流水平以基于所述调节信息将经过所述第一 LED串的所述电流保持在调节内。4.如权利要求I的系统，其中进ー步配置所述处理设备以确定对于所述第一LED串的所述第一程控电流水平与可程控电流水平的有限集中的ー个相对应。5.如权利要求I的系统，其中所述处理设备进一歩将所述第一占空比确定为基线电流水平和基线占空比的函数。6.如权利要求I的系统，其中所述第一LED驱动器设备根据第二程控电流水平调节经过第二 LED串的电流并且以第二占空比接通或者关断所述第二 LED串，所述第二 LED串具有与所述第一 LED串不同的电流-电压特性并且所述第二程控电流水平与所述第一程控电流水平不同，并且 其中进ー步配置所述处理设备以将对于所述第二 LED串的所述第二占空比确定为所述第二程控电流水平的函数。7.如权利要求6的系统，其中所述处理设备将所述第一占空比确定为部分地基于发光传输函数的所述第一程控电流水平的函数以使得光通量在被配置用于相同相对亮度的所述第一 LED串和所述第二 LED串之间实质上匹配。8.如权利要求7的系统，其中所述处理设备接收温度測量，并且其中所述发光传输函数包括用于补偿所述第一 LED串和所述第二 LED串之间的温度变化的温度补偿函数。9.如权利要求I的系统,进ー步包括 第二 LED驱动器，其调节经过第二 LED串的电流；以及 功率转换器，其向所述第一 LED串和所述第二 LED串提供公共电压， 其中所述第一 LED驱动器向所述处理设备传输第一电压设置并且所述第二 LED驱动器向所述处理设备传输第二电压设置， 其中所述处理设备选择所述第一电压设置和所述第二电压设置中的最低者以控制由所述功率转换器提供的所述电压。10.如权利要求I的系统，其中所述第一LED驱动器设备包括 第一通道调节器，其配置成根据所述第一程控电流水平调节经过所述第一 LED串的所述电流；以及 第一通道开关，其配置成以所述第一种占空比接通或者关断所述第一 LED串。11.一种用于驱动ー个或者多个发光二极管(LED)串的LED驱动器设备，所述LED驱动器设备包括第一通道调节器，其配置成根据第一程控电流水平调节经过所述第一 LED串的电流；以及 第一通道开关，其配置成以第一占空比接通或者关断所述第一 LED串， 其中处理设备将所述第一占空比确定为所述第一程控电流水平的函数并且所述LED驱动器设备从所述处理设备接收用于所述第一占空比的设置，所述处理设备是远离所述LED驱动器设备的集成电路。12.如权利要求11的LED驱动器设备，进一歩包括发光控制电路，其配置成经由通信链路从所述处理设备接收用于所述第一占空比和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金学成，金敏钟，梁恩主，J·W·凯斯特森，王晓艳，
申请(专利权)人：艾沃特有限公司，
类型：发明
国别省市：