專利名稱：Led驅(qū)動器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED驅(qū)動電路領(lǐng)域，更具體地涉及用于使用采樣和保持方法驅(qū)動LED陣列以便獲得LED負(fù)載所要求的方波PWM電流波形的LED驅(qū)動器裝置。
傳統(tǒng)的LED陣列驅(qū)動器電路通常使用廉價的線性電壓調(diào)節(jié)器，以提供VCC偏軌(biasing rail)作為將要顯示的LED的能源。當(dāng)選擇LED用于發(fā)光時，諸如晶體管的半導(dǎo)體開關(guān)器件被觸發(fā)以提供通過所選LED的電流通路。在顯示周期的終點，將器件關(guān)斷。這種電壓驅(qū)動方案的一個明顯缺點在于，由于在關(guān)斷瞬間電源調(diào)節(jié)器的持續(xù)傳導(dǎo)，因此在關(guān)斷開關(guān)器件的時刻會出現(xiàn)電壓過沖(overshoot)。該事件體提供了這樣一種狀況，其中在去掉LED負(fù)載的瞬間，大容量濾波電容器從線性調(diào)節(jié)器中接收電荷。接著，在LED的下一個導(dǎo)通周期，在電壓偏軌上出現(xiàn)更高的電壓，在電壓轉(zhuǎn)換處引起大的超前電流尖峰。這些過沖可以被注入到鄰近的電路中，對電路和LED產(chǎn)生退化或破壞效果。
為了消除這種過沖問題，將電路配置為從線性電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生恒定電流源。

圖1示出了這種傳統(tǒng)LED驅(qū)動器電路10，其具有用于放大出現(xiàn)在節(jié)點14上的ILED信號的第一放大器12，以及用于控制LED工作的第二放大器16。響應(yīng)于邏輯開關(guān)信號18，第二放大器16為晶體管22提供調(diào)節(jié)了的電壓信號20，以開始通過LED 24的電流傳導(dǎo)。產(chǎn)生的LED電流ILED通過傳感電阻器26被感測，并通過第一放大器12放大以便通過電阻器RB提供電流反饋信號給第二放大器16。第二放大器的拉普拉斯變換函數(shù)由下述方程給出RA.1RB1+sRAC1[1]由RAC1阻抗組合提供的線性時間延遲實現(xiàn)減小ILED過沖的低通濾波器，由此允許電流信號ILED跟隨參考信號18。這種線性低通濾波的一個缺點在于在LED 24導(dǎo)通期間LED電流的大幅過沖。對于要求LED24以諸如400Hz的高頻率以及40％的示例性占空比周期使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式進(jìn)行顯示的應(yīng)用中，大量的波紋電流(ripplecurrent)產(chǎn)生了能引起LED 24的光學(xué)和電性能下降的ILED。這種下降可以包括強(qiáng)度控制和精確度的損失，此外還產(chǎn)生能夠妨礙采樣策略的噪聲信號。
因此，需要一種能夠抑制過沖同時允許LED陣列中器件的高速選擇性的裝置根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供一種電路用于使得LED驅(qū)動電路的電流反饋和控制信號與用于驅(qū)動偏置功率變換器的第二信號同步，以便消除與LED負(fù)載不連續(xù)相關(guān)的電壓和電流過沖。通過這種同步，連接到能源的功率變換器中的開關(guān)器件在禁止LED負(fù)載驅(qū)動器件的期間被禁止，以防止不期望的中間緩沖電容的充電。通過使用柵鉗位器件，具有適當(dāng)反相的單邏輯信號可以引起所有開關(guān)器件同時導(dǎo)通和關(guān)斷。本發(fā)明應(yīng)用于逆向變換器(flyback converter)和推挽變換器。
在優(yōu)選實施例中，變換器具有DC電壓信號作為輸入電壓。在進(jìn)一步的優(yōu)選實施例中，反相器輸入電壓是通過整流的AC電壓信號形成。
此外，采樣和保持電路優(yōu)選提供工作偏置電平，所述工作偏置電平將確保后面的導(dǎo)通具有和前面的導(dǎo)通所呈現(xiàn)出的相同工作條件。該采樣和保持電路的響應(yīng)時間將優(yōu)選長于變換器工作頻率的時間周期。
本發(fā)明還提供了一種用于將開關(guān)LED驅(qū)動器對電壓變換器中的開關(guān)器件同步的方法，使得激活時間周期和非激活時間周期一致，而且如果能量負(fù)載不存在的話，則不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移。
圖1示出了傳統(tǒng)的LED驅(qū)動器電路。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的LDE驅(qū)動器配置。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED開關(guān)控制電路的示例性詳細(xì)示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，非線性采樣和保持電路考慮LED電流信號的精確測量和校準(zhǔn)，使得驅(qū)動信號18精確跟隨，而沒有過度的電壓和電流過沖以及性能降低。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的示例性LED驅(qū)動器配置28。將放大的傳感信號30施加到二極管32、電容器34、電阻器36和MOSFET開關(guān)器件38的漏極的示例性波形整形阻抗組合，MOSFET開關(guān)器件38的輸入柵極由輸入電壓信號40控制。第二MOSFET開關(guān)器件42也由通過邏輯反相器44的輸入信號40控制。第二開關(guān)器件42通過連接到放大器48的輸出和晶體管22的柵極的電阻器46來提供消耗電流(current sinking)電路。除了正輸入端連接到固定參考電壓50以外，以類似于圖1所示的放大器16對放大器48進(jìn)行偏置。
由于反相器44，開關(guān)器件38和42響應(yīng)于邏輯信號40而處于相反的狀態(tài)。當(dāng)信號40處于高電壓時，開關(guān)器件38導(dǎo)通，開關(guān)器件42關(guān)斷，因此允許放大的信號30通過放大器48并因此到達(dá)輸出晶體管22，由此導(dǎo)通LED 24。反饋信號通過上述環(huán)路調(diào)節(jié)通過LED 24的電流在施加的脈沖持續(xù)時間內(nèi)處于基本恒定的幅度。
當(dāng)信號40轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜁r，開關(guān)器件38關(guān)斷，開關(guān)器件42導(dǎo)通以推動晶體管22的柵極電壓及其相關(guān)的寄生柵電容52到低于其閾值電壓的電平，由此關(guān)斷晶體管22和LED 24。與這兩個開關(guān)器件38和42相關(guān)的偏置電阻器可以選擇為使得晶體管22僅處于稍微低于其閾值電壓。這允許導(dǎo)通晶體管22而無需能夠產(chǎn)生LED 24中電流過沖的柵極過驅(qū)動電平，這是由于在周期性工作期間，電容器34和52從不完全放電和完全充電。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED開關(guān)控制電路54的示例性詳細(xì)示意圖。干線56上的15伏DC的示例性輸入電壓通過開關(guān)器件58和逆向變壓器60轉(zhuǎn)換，以提供DC電源電壓給節(jié)點62、電容器64和LED 66。標(biāo)準(zhǔn)UPC器件68控制脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號到開關(guān)器件58，使得獨(dú)立于輸入電壓56的恒定調(diào)節(jié)電壓施加到電容器64上。圖3所示的輸入電壓和變換器配置只是示例性的，并不意味著作為限制?？梢圆捎镁哂邢嗤Ч亩喾N不同的配置和輸入電壓，例如，采用推挽變換器或反相器布置來變換AC整流線電壓。
完成電流通路的是晶體管70，其將LED 66連接到傳感電阻器72并返回地。和通過LED 66的電流成比例的電壓信號74通過線性放大器模塊76被感測，其放大信號并將放大的信號提供給包括二極管78、電容器80和電阻器82的峰值檢測器電路。通過選擇峰值檢測器電路的RC時間常數(shù)大于PWM控制電路的頻率，產(chǎn)生的電壓信號和LED66中的峰值電流成比例。
在晶體管70的導(dǎo)通狀態(tài)期間，LED 66中的峰值電流可以由該電壓電平控制，以便維持需要的傳導(dǎo)電流。在晶體管70的關(guān)斷狀態(tài)期間，感測的電流幾乎瞬時下降為零，并能夠引起電容器64上正在卸載的電壓升高以及由于控制回路的慢響應(yīng)時間引起的過沖。因此，UPC器件68必須與晶體管70的關(guān)斷同步地被禁止，這通過晶體管84和86以及輸入PWM控制信號88來實現(xiàn)。
因此，數(shù)字PWM控制信號88通過放大器器件76，并控制上述晶體管，使得當(dāng)晶體管70導(dǎo)通時，晶體管84導(dǎo)通，晶體管86關(guān)斷，UPC器件68和峰值檢測器電路正常工作。在圖3所示的示例性電路中，該狀態(tài)對應(yīng)于控制信號88上的高邏輯狀態(tài)。當(dāng)邏輯低出現(xiàn)在PWM信號88上時，晶體管70關(guān)斷且晶體管86導(dǎo)通，由此禁止UPC器件68和峰值檢測器電路的工作。在晶體管86的導(dǎo)通期間，峰值檢測器電路存儲先前保留的電壓值，電容器64上的電壓保持恒定，這是由于對于PWM信號88處在邏輯低電平期間內(nèi)沒有放電通路(即，晶體管70處于“關(guān)”狀態(tài))。當(dāng)PWM信號88上出現(xiàn)下一個邏輯高電平時，晶體管70以和關(guān)斷前相同的電平導(dǎo)通，因此沒有過沖出現(xiàn)。
參照前述說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的各種修改和替換實施例都是顯而易見的。因此，該說明書僅僅是設(shè)計為說明性的，并用于示教給本領(lǐng)域技術(shù)人員執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式的目的。實施例的細(xì)節(jié)可以發(fā)生變化而不脫離本發(fā)明的精神，并保留落在附屬權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有變形的專用。
權(quán)利要求
1.一種LED驅(qū)動器設(shè)備，用于控制在連接的開關(guān)LED陣列(66)中的電壓和電流，所述開關(guān)LED陣列通過開關(guān)電壓變換器(58，60)被提供能量，所述LED驅(qū)動器設(shè)備包括半導(dǎo)體開關(guān)器件(70)，用于將LED陣列(66)從開關(guān)電壓變換器(58，60)連接到電壓偏軌(62)；電流檢測裝置(72)，用于產(chǎn)生和在激活時間期間通過連接的LED陣列(66)傳導(dǎo)的電流成比例的信號；以及采樣和保持裝置(78，80)，用于保持在非激活時間期間所檢測的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的LED驅(qū)動器設(shè)備，進(jìn)一步包括同步裝置(86)，用于將所連接的LED陣列(66)的激活時間對準(zhǔn)到開關(guān)變換器的激活時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的LED驅(qū)動器設(shè)備，其中開關(guān)電壓變換器是逆向變換器(58，60)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中開關(guān)電壓變換器是推挽變換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中開關(guān)電壓變換器工作在為DC電壓信號(56)的輸入電壓上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中電流檢測裝置(72)包括電阻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中電流檢測裝置進(jìn)一步包括用于提升所檢測信號(74)的信號電平的放大裝置(76)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中采樣和保持裝置包括二極管(78)、電容器(80)和電阻器(82)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中采樣和保持裝置的響應(yīng)時間長于開關(guān)電壓變換器的工作頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中同步裝置包括用于禁止開關(guān)電壓變換器工作的裝置(68)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制開關(guān)LED陣列中的電壓和電流的LED驅(qū)動器設(shè)備。LED陣列通過開關(guān)電壓變換器被提供能量，包括在激活時間期間激活LED陣列的半導(dǎo)體開關(guān)器件；產(chǎn)生和在激活時間期間通過LED陣列的電流成比例的信號的電流檢測裝置，以及采樣和保持裝置，用于保持在激活時間的周期之外所檢測的信號。在進(jìn)一步的實施例中，該設(shè)備包括同步裝置，用于將LED陣列的激活時間對準(zhǔn)到開關(guān)變換器的激活時間。
文檔編號H01L33/00GK1541503SQ02815923
公開日2004年10月27日 申請日期2002年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月15日
發(fā)明者C·張, B·克勞伯格, C 張, 筒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司