用於高效的快速瞬態的多通道led驅動器的方法和系統的製作方法

2023-11-10 00:18:57

專利名稱：用於高效的快速瞬態的多通道led驅動器的方法和系統的製作方法
技術領域：
本教示涉及與發光二極體(LED)相關的方法和系統及整合有該方法和系統的系 統。更具體地，本教示涉及用於LED驅動器的方法和系統及整合有該方法和系統的系統。
背景技術：
高亮度發光二極體(LED)的出現將傳統的照明世界引入了固態照明的新紀元。高 的發光效率、長的工作壽命、寬的工作溫度範圍、及環境的友好性是有助於LED技術優於白 熾發光方案或螢光發光方案的一些關鍵特性。雖然均一控制的LED佔據了高性能LCD背光 市場，但大的單獨調製LED陣列在動態LCD背光和LED顯示方面發現了越來越多的新應用。 但是，由於在前向壓降、光通量輸出、及峰值波長等中的製造變動量，這些應用或者要求以 低產量和高成本為代價的分級策略，或者要求更好的電路增強技術而不是簡單的基於電阻 的解決方案。通過由單獨調製的多通道驅動器供電，大的LED陣列能夠被分為多個通道，其中 每個通道串聯有一個或多個LED。各通道要求單獨的點校正電流調節(dot correction current adjustment)和單獨的灰階脈寬調製(PWM)調光(grayscale pulse width modulation dimming)。所述點校正電流調節校準各通道之間的亮度偏差，所述灰階PWM調 光以沒有任何色偏的方式控制亮度。為實現更好的性能，PWM調光信號與相同的頻率同步且在各上升沿之間沒有相位 偏差。除這些基本的功能之外，兩個測量參數即系統效率和最小LED啟動時間(minimum LED on time)用以進一步評價這種單獨調製的多通道LED驅動器的性能。所述系統效率定義 為總的LED輸出功率被總的輸入功率除後的比值。由此，穿過所述LED驅動器的低水平功 率耗散會提高系統的效率。所述最小LED啟動時間基於從PWM上升沿的開始時刻至LED電 流達到調控水平的時刻之間的時間間隔進行測量。因此，更短的最小LED啟動時間對應於 更快的響應時間和更高的對比度，這是高性能的顯示器應用所希望的。已經開發出了多種基於開關調節器的電路來高效地驅動單通道的串聯LED。圖 1(現有技術)示出了該技術的應用，其中該技術被應用於多通道LED。電路100包括供給到 多個通道110、130，…，150的輸入電壓105。每個通道包括一單通道開關LED驅動器例如 120,140,…，160，相關聯的部件比如串聯的二極體(115-a至115-b，135-a至135-b，…， 155-a 至 155-b)和電容器(125,145,…，165)。如圖1所示這種類型的分立的構造並不總是有保證的，因為各通道要求專用的開 關電路和無源部件(即，電感器和電容器)。同時，由於轉換電感電流(slewing inductor current)、充電電容器電壓、及受限的開關頻率造成的所述開關調節器所固有的低瞬態響 應迫使產生了在數微秒至數十微秒範圍內變動的更長的最小LED啟動時間。已經作出有解決該問題的努力。圖2和圖3(現有技術)圖示說明了基於並行 構造的兩種該解決方案，在該構造中一單個電源轉換器與多個線性電流吸收器(linear current sink)相結合。該並行構造使得各通道不需要專用的複雜開關電路和外部無源部件，而是用簡單的線性電路代替了它們。所述單個電源轉換器，採用電感器、電容器、或基於 電壓調節器的變壓器形式，將寬範圍的輸入電壓轉換成供給到所有通道的單個LED總線電 壓。各電流吸收器根據所希望的電流調節設定和PWM調光設定來對其電流進行調控和調 制。同時，電流吸收器吸收等於LED總線電壓減去實際LED前向壓降的差值的多餘壓降。第一併行解決方案，如圖2 (現有技術)所示，採用了獨立的電源轉換器205，輸 出的LED總線電壓255被調整到與全部LED通道的動態性能無關的預設的恆定值。該現 有技術中的電路200包括獨立的電源轉換器205、電阻分壓器網絡210、大型輸出電容器 (bulkoutput capacity) 225、和多個並行通道。每個並行通道包括一對應的線性電流吸收 器(230、250，…，270)，所述線性電流吸收器經由串聯連接的二極體而連接到輸出的LED總 線電壓(230經由二極體235連接到240，250經由二極體265連接到260，…，270經由二 極管285連接到280)。輸出的LED總線電壓通過反饋電阻器215和220基於溫度、電流、和製造變動量範 圍內的最壞情況的LED前向壓降被可編程地設置為預設的恆定值。由於LED總線電壓在各 PWM信號的上升沿處被設置得足夠的高，因此對於注入電感器電流和充電電容器電壓的響 應時間就不必要了。因此，最小LED啟動時間僅受線性電流吸收器的瞬態響應的限制，而線 性電流吸收器的瞬態響應通常非常快，該最小LED啟動時間的範圍在數十至數百毫微秒之 間。這樣短的最小LED啟動時間帶來了更快的響應時間和更高的對比度。但是，由於高的 溫度係數和電流依賴性外加不成熟的製造技術導致LED前向壓降有較大變化，這導致了高 的功耗和低的系統效率。儘管LED分級策略能夠通過減小LED前向壓降的變動來改進系統 效率，但這也提升了成本。第二並行解決方案，如圖3所示(現有技術)，採用了適應性的電源轉換器305。在 該現有技術電路300中，輸出的LED總線電壓355沒有採用預設的恆定值，而是被跟蹤到實 時(on the fly)維持全部活動LED通道處於調控狀態所需要的最小值。現有技術電路300 也包括多個通道，各通道具有對應的電流吸收器(330、350，…，370)，各電流吸收器經由串 聯連接的二極體被連接到輸出的LED總線電壓355(330經由335連接到340，350經由365 連接到360，-,370經由385連接到380)。另外，電路300還包括檢測器310，檢測器310 檢測Vmn至Vmin之間的最小LED電壓，並將檢測結果發送到適應性的電源轉換器305。在各PWM調光周期的開始，若非全部也是大部分的LED通道被打開(turn on)，因 此LED總線電壓被調節到其最高值。隨著隨後最差情況的LED通道被逐漸關閉(turn off), 檢測器310跟蹤所述最小LED電壓並將該檢測結果發送到電源轉換器305，電源轉換器305 調節LED總線電壓至較低的值並且仍保持調控剩餘的活動LED通道，而不浪費任何額外的 不需要的功率。該適應性的跟蹤LED總線電壓通過消除經過所述電流吸收器的不必要的功 耗而改進了系統效率。但是，LED總線電壓可能正好在下一個PWM調光周期之前、正好在大 部分LED通道將被再次打開之前達到其最低值。當該情況發生時，LED總線電壓並不足夠高 以保持調控全部活動的LED通道，並且所述最小LED啟動時間會被極大地增加以適應所述 開關電源轉換器的緩慢的響應時間，所述開關電源轉換器將輸出電容器充電至其最高值。

發明內容
本教示涉及用於發光二極體(LED)驅動器的方法和設備，該驅動器將LED總線電壓提供給採用多通道形式的大的LED陣列，其中各通道中串聯有一個或多個LED。本教示還 涉及整合了這裡所公開的LED驅動器及其方法的方法和系統。在本教示的一個方面中，公開了一種LED驅動器的裝置，該裝置用以將LED總線電 壓提供給以多通道形式組織的大的LED陣列，其中各通道中串聯有一個或多個LED。根據這 裡所公開的本教示，一個示例性LED驅動器包括電源轉換器，該電源轉換器被設計用於基 於電壓控制信號將LED總線電壓提供給多個LED通道。該LED驅動器還包括反饋產生電路， 該反饋產生電路配置為用於基於提供給所述多個LED通道的LED總線電壓產生反饋信號。 而且，該LED驅動器包括分相控制器(phase-division based controller)，該分相控制器 被提供用於基於所述反饋信號和來自所述多個LED通道的信息產生電壓控制信號。所述分 相控制器將與各通道關聯的各脈寬調製(PWM)調光周期分成跟蹤相位(tracking phase) 和預充電相位(pre-chargingphase)，以便使提供給所述多個通道的LED總線電壓在所述 跟蹤相位和所述預充電相位之間變化。在本教示的另一個方面中，公開了這裡所討論的一種用於LED驅動器的方法。根 據本教示，基於電壓控制信號將LED總線電壓提供給所述多個LED通道，所述電壓控制信號 基於反饋信號和來自所述多個LED通道的信息而產生。所述反饋信號基於提供給所述多個 LED通道的LED總線電壓而產生。提供給所述多通道的LED總線電壓的值在跟蹤相位和預 充電相位之間不同，根據與各通道關聯的各脈寬調製(PWM)調光周期分成所述跟蹤相位和 所述預充電相位。在本教示的又一個方面中，公開了具有由LED驅動器驅動的LED顯示器的通信裝 置，所述LED驅動器基於電壓控制信號將LED總線電壓提供給所述多個LED通道。所提供 的LED總線電壓用以產生反饋信號，並且基於所述反饋信號和來自所述多個通道的其它信 息產生所述電壓控制信號。提供給所述多個通道的LED總線電壓的值在跟蹤相位和預充電 相位之間不同，通過將與各通道關聯的各脈寬調製解調(PMW)調光周期分成所述跟蹤相位 和所述預充電相位。


利用示例性實施方式進一步說明了這裡聲明和/或描述的本發明。參考附圖詳細 說明了這些示例性實施方式。這些實施方式是非限定性的示例性實施方式，在貫穿附圖的 若干視圖中相同的附圖標記表示類似的結構，並且其中圖1(現有技術)示出了用以驅動多個LED通道的帶有分立的開關調節器的電路；圖2(現有技術)示出了具有與多個線性電流吸收器相結合的獨立的電源轉換器 以驅動多個LED通道的電路；圖3(現有技術)示出了具有與多個線性電流吸收器相結合的適應性電源轉換器 以驅動多個LED通道的電路；圖4示出了根據本教示的實施方式的示例性系統，該系統採用電路來實現跟蹤相 位和預充電相位從而驅動多個LED通道；圖5示出了根據本教示的實施方式的用於多通道LED驅動器的示例性電路；圖6至圖8示出了根據本教示的實施方式的雙重回路放大器的不同示例性電路；圖9示出了帶有三通道LED陣列的應用電路以闡釋本教示的實施方式，其中所述三通道LED陣列具有相同的點校正電流和不同的灰階PWM調光；和圖10示出了 Vot波形用以說明本教示的增強性能。
具體實施例方式本教示總的涉及發光二極體(LED)驅動器電路。更具體地，本教示涉及高效的快 速瞬態響應的獨立調製多通道LED驅動器，並且能夠應用於IXD動態LED背光或單色、多 色、全彩色LED顯示器應用。本教示在這裡公開了一種多通道LED驅動器，該驅動器具有高的效率和快速的瞬 態響應，適用於具有寬範圍的前向電壓變化的LED。在圖4中示出了基於並行構造構成的示 例性電路400。示例性電路400包括電源轉換器405、分相控制器410、反饋產生電路415、 大型輸出電容器420和多個獨立的LED通道。各並行的通道包括獨立的電流吸收器(430、 450，…，470)，所述獨立的電流吸收器經由串聯連接的二極體連接到輸出的LED總線電壓 455(430經由二極體435連接至440，450經由二極體465連接至460，…，470經由二極體 485連接至480)。反饋產生電路415包括兩個串聯連接的電阻425和427以產生反饋信號 VFB。所述反饋信號Vfb以及來自各所述電流吸收器的信號^-至^-被反饋至分相控制器 410。在操作中，分相控制器410將任意的PWM調光周期分成兩個相位，即跟蹤相位和預 充電相位。在所述跟蹤相位期間，LED總線電壓455被適應性地調節至所要求的最小值以 保持調控全部活動的LED通道，由此實現高的系統效率。在所述預充電相位期間，所述預充 電相位通常對應於PWM調光周期的最後的小比例/小部分，所述LED總線電壓455朝向由 反饋產生電路415編程產生的預設的恆定值調節。分相控制器410根據預設的或定製的設 置產生兩個不同的相位，並相應地相互作用以控制電源轉換器來實現該目標。通過將所述 預充電相位時間間隔設置成大於開關電源轉換器405的緩慢的瞬態響應時間，電路400的 操作能夠確保短的最小LED啟動時間。關於電路400如何產生增強的性能的細節將在下面 參考後續的附圖進行說明。圖5示出了更為詳細的與圖4中的電路400連接的示例性多通道LED驅動器電路 500。具體地，在圖5所示的實施方式中，電源轉換器405(圖4)基於開關控制器502、振蕩 器507、驅動器505和功率迴路(power stage) 510而實現。圖4中的分相控制器410能夠 以包括雙重回路放大器515、參考電壓產生器535和相位發生器540而實現。圖4中的反饋 產生電路415以類似的方式通過包括兩個串聯連接的電阻512和517而實現。在更詳細的示例性多通道LED驅動器電路500中，還包括其他的功能型 (house-keeping type)附加電路。例如，一系列的移位寄存器575、由該一系列的寄存器 575編程形成的內部點校正寄存器(RE⑶Cl至REG DCn)和灰階寄存器(REG GSl至REG GSn)、及對應的數模轉換器(DAC) 560、565，…，570。另外，所述功能型電路還可以包括熱檢 測器545、開路/短路LED檢測器543和狀態檢測器547。這些功能模塊與電源轉換器405 和分相控制器410 —起可以與其它模塊一樣在相同的單晶片上實現，以增強多通道LED驅 動器500的多功能性。在運行中，電路500能夠通過基於電感器、電容器或變壓器的功率迴路510將寬範 圍的輸入電壓Vin轉換成單一的LED總線電壓Vot，該功率迴路510的選擇基於不同的參數來確定，這些參數包括但不限於例如輸入/輸出電壓比、電壓極性、加載條件、電路複雜度、 效率補償、隔離要求等。所述LED總線電壓Vtm被提供給多個並行的LED通道(520、522、 550、525、527、552、…、530、532、555)，所述多個並行的LED通道具有連接至Vqut的公共陽 極。不同通道的各自的陰極連接至它們的對應的各個電流吸收器。例如，電流吸收器550 連接至二極體522的陰極，二極體522與二極體520串聯，二極體520的陽極連接至LED總 線電壓VQUT。類似地，電流吸收器552連接至二極體527的陰極，二極體527與二極體525 串聯，二極體525的陽極連接至LED總線電壓VQUT。電流吸收器555連接至二極體532的陰 極，二極體532與二極體530串聯，二極體530的陽極連接至LED總線電壓VQUT。位於Vott和地之間的大型輸出電容器Cott521對由所述功率迴路的開關活動造成 的輸出電壓紋波進行濾波。電容器521也暫時提供能量以滿足負載的瞬態要求，並穩定內 部的控制迴路操作。包括Vfb信號和所有LED電壓信號Vmn至Vmin的多個信號被反饋到雙 重回路放大器515。在該示例性實施方式500中，所述信號Vfb由通常使用的電阻分壓網絡 (Rfbi和U產生。所述一系列的移位寄存器575通過六線高速串行數據接口接收數據包，該六線顯 示為SCK1、SDI、LDI、SCK0、SD0和LD0。該一系列的寄存器575用以對內部的點校正寄存器 (REG DCl至RE⑶Cn)和灰階寄存器(REG GSl至REG GSn)進行程序設置。所述這些得來的 數字比特位然後被對應的數模轉換器(DAC)560、565、…、570解碼成點校正電流信號(Imn 至I^J和灰階PWM調光信號(PWM1至PWMn)。所述多個電流吸收器將對應的LED電流調整 至點校正電流值(Imdi至I^J並且基於灰階PWM調光信號(PWM1至PWMn)調製與它們對應 的LED開/關時間(on/off time)。在一些實施方式中，各電流吸收器(550、552、555)獨立 於LED電壓Vmn至Vmin而調節其本身的電流，只要所述電壓比所要求的調節值Vkef2高。圖5中的相位發生器540發出數位訊號PRECHG，將各PWM調光周期分為兩個相位 跟蹤相位(PRECHG = 0)和預充電相位(PRECHG = 1)。在一些實施方式中，所述跟蹤相位 的持續時間大約是PWM調光周期或Tpwm的持續時間的90%。所述預充電相位的持續時間大 約是PWM調光周期或Tpwm的持續時間的10%。為調節LED總線電壓Vott，在電路500中採用 了雙重回路放大器515。雙重回路放大器515接收VFB、Vlfdi至Vmin信號、及兩個參考電壓 Veefi和Vkef2作為輸入。Vfb基於電阻512和電阻517的比值而產生。Vmn至Vmin分別對應 於各通道中的前向壓降後的電壓水平。參考電壓產生電路535能夠是與供電、溫度、噪聲、 和過程無關的任何電壓參考電路，如帶隙參考電壓電路。參考電壓產生電路535向雙重回 路放大器515提供兩個參考電壓Vkefi和VKEF2。Vkef2是保持調控所述多個LED通道所需要的 最小電壓，並且由電流吸收器(550、552、555)來確定。當所述電流吸收器的LED電壓Vmn 至\EDn比Vkef2低時，所述電流吸收器不能調節其電流。Vkefi能夠是地電壓和LED總線電壓 Vout之間的任意合理的電壓值。基於這樣的輸入信號，雙重回路放大器515產生電壓控制(Vc)信號，並將該信號 發送到開關控制器502。當PRECHG = 1 (在所述預充電相位期間)時雙重回路放大器515 將Vkefi和Vfb之間的輸入誤差信號乘以高增益因子Kl，並且當PRECHG = 0 (在所述跟蹤相位 期間)時雙重回路放大器515將Vkef2和Vmn至Vmin中的最小LED電壓之間的輸入誤差信號 乘以另一個高增益因子K2，以產生Vc信號。當整個系統採用閉環時，當PRECHG= 1 (在所 述預充電相位期間)時Vfb信號被調節到VKEF1，並且當PRECHG = 0 (在所述跟蹤相位期間)時至Vmin中的最小LED電壓被調節到Vkef2。圖6至圖8示出了雙重回路放大器515的示例性實現。在圖6中雙重回路放大器 515的一個示例性實現包括兩個誤差跨導放大器(error transconductance amplifier) (Gmi 620和Gm2 630)、一個恆定電流源Is 610和一個補償網絡640。放大器620和630以及 電流源610形成雙重回路模擬「OR」控制。連接到Vc節點650的補償網絡640用以穩定所 述雙重回路控制。在圖5中，放大器Gmi 620的反相輸入端子連接到電阻分壓反饋節點Vfb， 其同相輸入端子連接到參考電壓產生器REF的Vkefi (例如，1. 25V)，其輸出端子連接到Vc節 點650，由此將LED總線電壓調節到預設的恆定值。所調節的LED總線電壓的預設的恆定值 按如下計算出 放大器G-630的反相輸入端子連接到所有LED電壓Vmn至Vmin，其同相輸入端子 連接到參考電壓產生器REF的Vkef2 (例如，0. 5V)，其輸出端子連接到Vc節點650，由此將最 小的活動LED電壓調節到Vkef2並產生適應性的LED總線電壓。所調節的LED總線電壓的適 應性值按如下計算出V0UT(Adaptive) = ^eef2+HiaX (VF(active)),其中VF(a。tive)對應於活動LED的串接前向壓降。相位發生器的PRECHG信號能夠使 放大器Gm2 630工作和不工作。Gmi 620和Gm2 630兩者僅能吸收來自Vc節點650的電流。另外，由於附加的電 流源Is對Vc節點650充電，連同該附加的電流源Is形成了雙重回路模擬「OR」控制。當 PRECHG = 1 時 Vqut 被調節到 VQUT(Preset)，或者當 PRECHG = 0 時 Vqut 被調節到 VQUT(Adaptive)。反 映了 LED總線電壓與所希望的調節目標之間的偏差的節點650處的電壓信息Vc被反饋給 開關控制器502(圖5)，所述開關控制器的形式能夠是但不局限於電壓模式控制器、電流模 式控制器、滯後模式控制器或滑動模式(sliding-mode)控制器。通過與振蕩器507協作， 開關控制器502產生開關on/off信號並將該開關on/off信號發送到驅動器505。驅動器 505緩衝所述開關on/off信號以驅動功率迴路510內的電源開關，由此產生一個完全的閉 環系統。圖7中示出了雙重回路放大器515的另一個示例性實施方式。在該示例性實施 方式中，該雙重回路放大器包括兩個誤差跨導放大器Gmi 710和Gm2 720、和一個補償網絡 730。放大器Gmi 710和Gm2 720兩者都能夠向Vc節點740提供電流或者從Vc節點740吸 收電流。當PRECHG = 1時所述PRECHG信號使Gmi工作，當PRECHG = 0時所述PRECHG信號
使Gm2工作。圖8中示出了雙重回路放大器515的又一個示例性實施方式。在該示例性實施方 式中，該雙重回路放大器包括一個單獨的加法放大器GsumSIO和一個補償網絡820。加法放 大器GsraSlO的產生輸出表示如下Vc = K1 · (Veefi-Vfb) +K2 · (VEEF2-min (Vledi，Vled2，K，VLEDn))其中K1和K2為分別對應於各誤差信號的增益因子。PRECHG信號活動地改變增益 因子K1和K2以實現雙重回路放大器515的功能。
為更好地說明圖5中示出的示例性實施方式的工作，提供了帶有三通道LED陣列 的應用系統900，如圖9所示。這應理解為僅是為了說明和討論的目的，而不是意圖限定本 教示的範圍。在不偏離本教示的精神的前提下，還能夠採用其它的並行構造。示例性的構 造900包括具有相同的點校正電流和不同的灰階PWM調光的三通道LED陣列。各通道通過 二極體來表示，其中通道1具有二極體930，通道2具有二極體940，並且通道3具有二極體 950。LED總線電壓910對應於VQUT。還有電容器CQUT920。在該示例性結構中，假設通道1、 通道2和通道3的前向壓降分別是3. 1V、3. 5V和3. 9V。圖10中示出的內部產生的PWM調光信號P^p PWM2和P^3同步於同一的PWN時 鍾信號，但具有不同的佔空比。同時，還產生了具有相同周期Tpwm的PRECHG信號，用以在 PRECHG = 0時將各PWM調光周期分成跟蹤相位，並且在PRECHG = 1時分成預充電相位。對 於等於0. 5V的給定VKEF2，適應性的LED總線電壓VQUT(Adaptive)在4. 4V和3. 6V之間變化，並且 預設LED總線電壓VQUT(Preset)被設置為至少4. 4V。在每個PWM周期的開始，全部三個LED通道(930、940和950)被打開，並且放大器 Gmi和Gm2被使能(當雙重回路放大器515如圖6所示實現時)。雙重回路模擬「OR」控制對 放大器Gm2進行控制。當PRECHG = 0時最小活動LED管腳電壓(pin voltage)即Vmi3被調 節到0.5V，強制LED總線電壓為4.4V。接著，在特定的定時時刻(比如說tl)，如果第三通 道950關閉，最小活動LED管腳電壓等於0. 9V，即第二通道940的壓降。與調節目標0. 5V 相比，其緩慢地使LED總線電壓Vqut下降到4. 0V。類似地在下一個定時時刻(比如說t2)， LED總線電壓下降到3. 6V。以這種方式，根據本教示的電路的適應性特徵使得能夠跟蹤各 通道的狀態，由此消除了 LED驅動器範圍內的不需要的功耗並帶來了較高的系統效率。在不同的定時時刻(比如說t3)處當PRECHG = 1時，放大器GM2停止工作，從而 僅有放大器Gmi將LED總線電壓向預設的最高值4. 4V進行調節。只要PRECHG = 1時的時 間間隔比將LED總線電壓從3. 6V充電至4. 4V所要求的時間長，就能確保用於下一個PWM 周期的極短的最小LED啟動時間。圖10顯示了現有技術電路的性能和基於本教示所提出的電路的性能的比較結 果。從圖10的頂部開始，前三條曲線表示用以控制圖9中的LED通道使用的PWM信號。第 四條曲線表示PRECHG信號。第五條曲線表示具有急劇的上升沿和下降沿的理想方案。第 六條曲線以測量Vot的方式表示了圖5中所提出的示例性電路的性能。其餘的兩條曲線表 示現有技術方案的性能，如圖2和圖3中所示。能夠看出，與現有解決方案相比，根據本教 示的適應性_跟蹤-加-預充電技術在有成本效益的並行構造中同時能夠實現高的效率和 快速的瞬態響應。另外，如這裡所討論的，具有高的效率和快速的瞬態響應的示例性實施方 式能夠以單片半導體晶片實現，該單片半導體晶片適用於具有寬的前向電壓變化的LED的 應用。雖然已經參照特定圖示的實施方式說明了本發明，但這裡使用的語言是說明性的 語言，而不是限定性的語言。在不偏離本發明各方面的範圍和精神的前提下，可以在權利要 求的範圍內作出改變。儘管這裡參照特定的結構、運行方案和材料說明了本發明，但本發明 並不局限於所公開的特定實施方式，而是能夠以多種形式來實例化，其中一些實施方式可 以與所公開的實施方式有較大不同，並且本發明延伸涵蓋在附加權利要求的範圍內的所有 等效結構、運行方案和材料。
權利要求
一種發光二極體(LED)驅動器，用於將LED總線電壓提供給以多通道形式組織的大的LED陣列，在各通道中串聯連接有一個或多個LED，所述驅動器包括電源轉換器，配置為用於基於電壓控制信號將所述LED總線電壓提供給所述多個LED通道；反饋產生電路，配置為用於基於提供給所述多個LED通道的所述LED總線電壓產生反饋信號；和分相控制器，配置為用於基於所述反饋信號和來自所述多個LED通道的信息產生所述電壓控制信號，其中所述分相控制器將與各通道關聯的各脈寬調製(PWM)調光周期分成跟蹤相位和預充電相位，並且提供給所述多個通道的所述LED總線電壓在所述跟蹤相位和所述預充電相位之間變化。
2.根據權利要求1所述的LED驅動器，其中，在所述跟蹤相位期間，所述分相控制器經由所述電壓控制信號控制所述電源轉換器產 生LED總線電壓，所產生的LED總線電壓為保持調控所述多個LED通道所需要的最小值；並 且在所述預充電相位期間，所述分相控制器經由所述電源控制信號控制所述電源轉換器 產生LED總線電壓，所產生的LED總線電壓朝向預設的恆定值調節。
3.根據權利要求1所述的LED驅動器，其中，所述反饋產生電路包括串聯連接的反饋電阻。
4.根據權利要求3所述的LED驅動器，其中，所述LED總線電壓在所述預充電期間通過 所述反饋產生電路被編程設定到預設的恆定值。
5.根據權利要求4所述的LED驅動器，其中，所述預設的恆定值基於所述第一反饋電阻 與所述第二反饋電阻的比值來確定。
6.根據權利要求1所述的LED驅動器，其中，所述電源轉換器包括開關控制器，配置為用於在第一電壓水平和第二電壓水平之間切換並基於所述電壓控 制信號生成切換後的電壓水平；驅動器，配置為用於產生驅動所述電源轉換器基於所述切換後的電壓水平產生所述 LED總線電壓的信號；和功率迴路，配置為用於基於來自所述驅動器的所述信號產生所述LED總線電壓。
7.根據權利要求1所述的LED驅動器，其中，所述分相控制器包括相位發生器，配置為用於將脈寬調製(PWM)調光周期分為所述跟蹤相位和所述預充電 相位，並且產生分別表示所述跟蹤相位和所述預充電相位的相位信號； 參考電壓產生電路，配置為用於產生第一參考電壓和第二參考電壓；和 雙重回路放大器，配置為用於基於所述相位信號、所述反饋信號、所述第一參考電壓和 所述第二參考電壓、及來自所述多個通道的前向壓降之後的各電壓而產生所述電壓控制信 號。
8.根據權利要求7所述的LED驅動器，其中，所述雙重回路放大器包括第一誤差跨導放大器，所述第一誤差跨導放大器的反相輸入端子連接到所述反饋信號、同相輸入端子連接到所述第一參考電壓、輸出端子連接到所述電壓控制信號，以產生具 有預設的恆定值的LED總線電壓；第二誤差跨導放大器，所述第二誤差跨導放大器的反相輸入端子連接成用以接收在所 述多個通道的前向壓降之後所測量的各電壓、同相輸入端子連接到所述第二參考電壓、輸 出端子連接到所述電壓控制信號，以基於所述相位信號產生適應性的LED總線電壓； 恆定電流源，配置為用於對所述電壓控制信號供電；和 補償網絡，連接到所述電壓控制信號，其中所述第一誤差跨導放大器和所述第二誤差跨導放大器與所述恆定電流源一起形成雙 重回路模擬「OR」控制，並且所述補償網絡適用於穩定所述雙重回路控制。
9.根據權利要求7所述的LED驅動器，其中，所述雙重回路放大器包括第一誤差跨導放大器，所述第一誤差跨導放大器的反相輸入端子連接到所述反饋信 號、同相輸入端子連接到所述第一參考電壓、輸出端子連接到所述電壓控制信號，以基於所 述相位信號產生具有預設的恆定值的LED總線電壓；第二誤差跨導放大器，所述第二誤差跨導放大器的反相輸入端子連接成用以接收在所 述多個通道的前向壓降之後所測量的各電壓、同相輸入端子連接到所述第二參考電壓、輸 出端子連接到所述電壓控制信號，以基於所述相位信號產生適應性的LED總線電壓；和 補償網絡，連接到所述電壓控制信號並配置為用於穩定所述雙重回路控制。
10.根據權利要求7所述的LED驅動器，其中，所述雙重回路放大器包括加法放大器，配置為用於基於所述反饋信號、所述相位信號、所述第一參考電壓和所述 第二參考電壓、及在所述多個通道的前向壓降之後所測量的各電壓來產生所述電壓控制信 號；和補償網絡，配置為用於穩定所述雙重回路控制。
11.一種用於發光二極體(LED)驅動器的方法，所述驅動器將LED總線電壓提供給以多 通道形式組織的大的LED陣列，在各通道中串聯連接有一個或多個LED，所述方法包括如下 步驟基於電壓控制信號將所述LED總線電壓提供給所述多個LED通道；和 基於提供給所述多個LED通道的LED總線電壓產生反饋信號，其中 所述電壓控制信號基於所述反饋信號和來自所述多個LED通道的信息而產生， 與各通道關聯的各脈寬調製(PWM)調光周期被分成跟蹤相位和預充電相位，並且 提供給所述多個通道的所述LED總線電壓在所述跟蹤相位和所述預充電相位之間變化。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，在所述跟蹤相位期間，產生一 LED總線電壓，所產生的LED總線電壓具有保持調控所述 多個LED通道所需要的最小值；和在所述預充電相位期間，產生一 LED總線電壓，所產生的LED總線電壓朝向預設的恆定 值調節。
13.根據權利要求11所述的方法，其中，所述反饋信號基於串聯連接到所述LED總線電 壓的第一反饋電阻和第二反饋電阻的比值產生。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述預充電相位期間的所述預設的恆定值基 於所述第一反饋電阻和所述第二反饋電阻的所述比值來確定。
15.根據權利要求11所述的方法，其中，所述LED總線電壓經由如下步驟產生 在第一電壓水平和第二電壓水平之間切換以基於所述電壓控制信號生成切換後的電壓水平；基於所述切換後的電壓水平，產生用於控制所述LED總線電壓的產生的信號；和 基於來自所述驅動器的所述信號產生所述LED總線電壓。
16.根據權利要求11所述的方法，其中，產生所述電壓控制信號包括如下步驟 將與各通道關聯的脈寬調製(PWM)調光周期分成所述跟蹤相位和所述預充電相位； 產生具有分別表示所述跟蹤相位和所述預充電相位的值的相位信號；產生第一參考電壓和第二參考電壓；和基於所述相位信號、所述反饋信號、所述第一參考信號和所述第二參考信號、以及來自 所述多個通道的前向電壓降之後的各電壓產生所述電壓控制信號。
17.—種通信裝置，具有由LED驅動器驅動的發光二極體(LED)顯示器，所述通信裝置 包括LED顯示器，具有以多通道形式組織的大的LED陣列，在各通道中串聯連接有一個或多 個LED ；和LED驅動器，連接到所述LED顯示器以將LED總線電壓提供給所述多個通道，其中所述 LED驅動器包括電源轉換器，配置為用於基於電壓控制信號將所述LED總線電壓提供給所述多個LED 通道；反饋產生電路，配置為用於基於提供給所述多個LED通道的所述LED總線電壓產生反 饋信號；和分相控制器，配置為用於基於所述反饋信號和來自所述多個LED通道的信息產生所述 電壓控制信號，其中所述分相控制器將與各通道關聯的各脈寬調製(PWM)調光周期分成跟蹤相位和預充 電相位，並且提供給所述多個通道的所述LED總線電壓在所述跟蹤相位和所述預充電相位之間變化。
全文摘要
本發明公開了一種用於發光二極體(LED)驅動器的系統和方法。為了將LED總線電壓提給以多通道形式組織且在各通道中串聯有一個或多個LED的大的LED陣列，所述LED驅動器包括電源轉換器、反饋產生電路、和分相控制器。所述電源轉換器配置為用於基於電壓控制信號將LED總線電壓提供給所述多個LED通道。所述反饋產生電路平配置為用於基於提供給所述多LED通道的LED總線電壓產生反饋信號。所述分相控制器配置為用於基於所述反饋信號和來自所述多LED通道的信息產生電壓控制信號。所述分相控制器將各通道的各脈寬調製(PWM)分成跟蹤相位和預充電相位，以便使提供給所述多通道的LED總線電壓在所述跟蹤相位和所述預充電相位之間變化。
文檔編號G09G3/32GK101883458SQ20101016559
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者布萊恩·艾弗裡·勒哥提斯, 敏·陳 申請人:凌力爾特有限公司