專利名稱：閉環(huán)電流控制電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及控制電路，更具體地說涉及閉環(huán)電流控制電路。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)為電流驅(qū)動器件，意思是通過LED的電流量控制LED的亮度。在汽車燈之類的應(yīng)用中，高強(qiáng)度LED可被用于替代例如燈泡之類的更常規(guī)的光源。但是，LED和其控制電路必須精密匹配以避免相鄰光之間的亮度偏差。在采用高強(qiáng)度LED或LED陣列的其它應(yīng)用中，例如交通信號燈之類，也出現(xiàn)相同問題。
制造商已經(jīng)實施幾種方案以滿足精密控制流經(jīng)LED的電流量的需求。一種方案是通過使用線性恒流電路保持流經(jīng)LED的恒定電流。但是，使用線性恒流電路的一個問題是控制電路消耗大量功率，因此需要大功率器件和熱沉。
已經(jīng)嘗試一種更功率有效的方案，這種方案使用一種buck-boost穩(wěn)壓器以為LED陣列的高壓端產(chǎn)生調(diào)整后的公共電壓供應(yīng)。然后低壓端鎮(zhèn)流電阻器被用于設(shè)定LED電流，而分離電阻(separate resistor)被用于監(jiān)測電流。該控壓系統(tǒng)也需要補(bǔ)償二極管以允許LED特性中的溫度變化，并需要選擇鎮(zhèn)流電阻器以匹配電流-亮度特性。不幸的是電流-亮度特性可隨每批LED而變化，因此元件匹配成為主要考慮。盡管本方法比使用線性恒流電路更功率有效，由于通過電壓間接控制電流它仍需要大功率消耗外部元件?？刂仆ㄟ^LED陣列的電流的另一已知方法可在第6,198,405號美國專利中找到，該方法使用普通電感器buck-boost型電路以提供開環(huán)電流控制，由于流經(jīng)LED的電流不連續(xù)，峰值電流比平均LED電流高得多。但是由于所需的電流振幅，這種方法不允許高強(qiáng)度LED以全亮度操作。
因此需要的是一種既高效又允許高強(qiáng)度LED以全亮度操作的控制通過高強(qiáng)度LED的電流的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電路，該電路包括具有啟動節(jié)點和輸出節(jié)點的第一限流開關(guān)，第一限流開關(guān)將在輸出節(jié)點提供的電流量限制為第一預(yù)定量；連接至第一限流開關(guān)的輸出節(jié)點的第一輸出端口；具有啟動節(jié)點和輸出節(jié)點的第二限流開關(guān)，第二限流開關(guān)將在輸出節(jié)點提供的電流量限制為第二預(yù)定量；連接至第二限流開關(guān)的輸出節(jié)點的第二輸出端口；第一輸入端口；傳感器，該傳感器包括連接至第一輸入端口的輸入；提供輸入所接收到的電流量的指示的輸出；限流器，該限流器包括連接至所述傳感器的所述輸出的電流輸入；接收控制的控制輸入；當(dāng)信號在控制輸入被確定時提供電流輸入處接收的電流的第一電流輸出節(jié)點；和當(dāng)信號在控制輸入未被確定時提供電流輸入處接收的電流的第二電流輸出節(jié)點。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種電路，該電路包括多個連接至多個LED的第一接點；選擇提供電流至所述多個接點的具體接點的多個開關(guān)；選擇激活所述多個開關(guān)的一個或更多開關(guān)以供給電流至具體LED的開關(guān)控制器；連接至與多個LED串聯(lián)連接的電感器的第二接點；串聯(lián)連接在所述第二接點與額定電壓節(jié)點之間的電流開關(guān)；和根據(jù)流經(jīng)所述第二接點的電流量是否在要求范圍內(nèi)改變所述電流開關(guān)的狀態(tài)的電流開關(guān)控制器。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種電路，該電路包括連接至電源電壓的第一端的第一端口；連接至電源電壓的第二端的第二端口；連接至LED陣列的第三端口；連接至電感器的第四端口；第一晶體管，該晶體管包括第一電流電極；連接至所述第二端口的第二電流電極；控制節(jié)點；第一端連接至所述第四端口和第二端連接至所述第一晶體管的所述第一電流電極的電阻器；第二晶體管，該晶體管包括連接至所述第三端口的第一電流電極；連接至所述第一端口的第二電流電極；和控制節(jié)點；串聯(lián)連接在所述第一端口與所述電阻器的所述第二端之間的循環(huán)器；第一控制器，該控制器包括沿所述電阻器連接的微分放大器，以確定沿所述電阻器的電壓降；根據(jù)所述電壓降產(chǎn)生控制信號的邏輯模塊；連接至所述邏輯模塊和所述第一晶體管的所述控制節(jié)點的輸出；連接至所述邏輯模塊的輸入；第二控制器，該控制器包括連接至所述第一端口的輸入；連接至所述輸入以確定何時在所述第一端口存在電壓的邏輯模塊；連接至所述邏輯模塊和所述第二晶體管的所述控制節(jié)點的第一輸出；和連接至所述邏輯模塊和所述第一控制器的所述輸入端口的第二輸出端口。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種方法，該方法包括供給電流至多個LED陣列的被選擇LED陣列；將供給至所選擇LED陣列的電流合并為合并電流；通過電感器傳送合并電流；確定通過電感器的電流量；當(dāng)確定通過電感器的電流量大于上限時不激活電流開關(guān)；當(dāng)電流開關(guān)未被激活時傳送電感器電流至所選LED陣列；當(dāng)確定通過電感器的電流量小于下限時激活電流開關(guān)；和當(dāng)激活電流開關(guān)時傳送電感器電流至地。


本發(fā)明的各種優(yōu)點、特征和特性，以及方法，結(jié)構(gòu)的相關(guān)元件的操作和功能，和制造的部件組合與經(jīng)濟(jì)性，將在考慮下文參照附圖的說明和權(quán)利要求書中變得清楚，所有的說明和權(quán)利要求構(gòu)成本說明書的一部分。
圖1為如本發(fā)明的一種實施方式被用于控制LED陣列的電路的框圖；圖2為如本發(fā)明的一種實施方式采用恒流開關(guān)技術(shù)控制通過LED陣列的電流的控制器的組合框圖和示意圖；圖3為如本發(fā)明的一種實施方式的流經(jīng)所匹配的LED和電感器的電流的一組示意圖；圖4為如本發(fā)明的一種實施方式的當(dāng)LED陣列未被精確匹配時流經(jīng)多種LED陣列的電流的示意圖；圖5為表示如本發(fā)明的實施方式的一種控制流經(jīng)LED的電流的方法的示意流程圖。
具體實施例方式
圖1-5表示一種提供流經(jīng)電流敏感負(fù)載，例如一個或更多LED陣列的電流的直接閉環(huán)控制的電路和方法。與更常規(guī)的控制LED電流的方法相比，通過采用閉環(huán)電流控制，可以獲得更精確的電流控制和更低的功耗。此外，聯(lián)系圖1-5所說明的至少一個電路包括可編程邏輯模塊以減少對精確元件匹配的需要。與目前可用的電路相比，這里說明的各種電路也要求更少的外部元件，從而提供更低的實施成本。通過合并流經(jīng)許多LED陣列的電流、經(jīng)電感器傳送(route)被合并的電流、和監(jiān)測被合并電流，可以精確控制流經(jīng)LED陣列的理想平均電流，而避免流經(jīng)LED的電流量的大振幅。
高強(qiáng)度LED通常被以接近其最大額定電流操作以獲得最佳亮度。由于超過LED的最大額定電流可導(dǎo)致LED發(fā)生故障，限制流經(jīng)LED的最大電流量，因此重要的是最大電流不顯著大于平均電流。通過限制流經(jīng)LED的峰值電流，LED可以比其它方式可能更接近其最大額定電流被操作。此外，通過使用恒流開關(guān)技術(shù)替代線性恒流電路，可以降低控制電路的功率需求。
圖1-5所示的電路和方法可用于多種應(yīng)用。例如，汽車尾燈部件和交通控制信號可采用這里提出的教義。當(dāng)控制電路用于汽車尾燈應(yīng)用中時，該電路可以功率Bi-CMOS集成電路實施，該集成電路隨后在汽車尾燈中與電感器封裝。但是，本文所述的多種電路和方法的使用并不限于汽車尾燈應(yīng)用，而是可用于任何可從所述閉環(huán)電流中受益的應(yīng)用。
首先圖1，圖1的框圖表示采用恒流開關(guān)技術(shù)控制流經(jīng)LED陣列的電流量的一種直接閉環(huán)電流控制電路，該電路通常指定為電路100。電路100包括集成電路IC105、LED陣列120和130、電感器180、電池108和控制線102。LED陣列120被連接至IC105的端口106，LED陣列130被連接至IC105的端口107，而電感器180被串聯(lián)連接在LED陣列120、130與IC105的端口110之間。電池108和控制線102通過端口104連接至IC105。
IC105包括開關(guān)控制器140、高壓端開關(guān)190和195、電流開關(guān)控制器150、傳感器160和電流開關(guān)170。開關(guān)控制器140通過端口104連接至電池108和控制線102。此外，控制器140具有被連接至每個開關(guān)190和195的供電線和啟動線，開關(guān)190和195又分別被連接至端口106和107。此外，開關(guān)控制器140連接至電流開關(guān)150和電流節(jié)點165。電流開關(guān)控制器150連接至開關(guān)控制器140、傳感器160和電流開關(guān)170。傳感器160、電流波節(jié)165和電流開關(guān)170在端口110與端口112之間又互相串聯(lián)連接。
在示例實施方式中開關(guān)控制器140、開關(guān)190和195、電流開關(guān)控制器150、傳感器160和電流開關(guān)170被形成在例如IC105的功率Bi-CMOS集成電路(IC)中，而LED陣列120、130和電感器180在IC105之外。當(dāng)電路100被用于汽車尾燈部件或其它希望在不替換LED陣列120和130的情況下替換IC105的應(yīng)用中時，這種結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢。但是，在其它實施方式中，電路100的所有示例部件，包括LED陣列120、130、電感器180和IC105可以被包含在單個封裝中。此外，作為IC105的部件示例的各元件可作為單獨(dú)元件實施，這些元件的任何組合可被獨(dú)立或共同封裝。
電池108具有兩側(cè)供電側(cè)和回流側(cè)(return side)，并為電路100提供電力。但是，可使用多電源(supply)替代單電池108。在示例實施方式中，電力從端口104進(jìn)入，并路由開關(guān)控制器140，通過供電線，至開關(guān)190和195?？墒褂瞄_關(guān)控制器140中的邏輯模塊(未顯示)主動控制路由，或路由可以是被動的。在至少一種實施方式中，也通過電池108提供操作IC105所需的電力。端口104也可以連接至控制線102，用以接收至開關(guān)控制器140的指示通過啟動線激活開關(guān)190和195的那一個，以及應(yīng)該通過各具體開關(guān)供給至LED陣列120和130的電流量的模擬或數(shù)字信號。來自控制線102的控制信息可進(jìn)一步提供至電流開關(guān)控制器150，從而允許編程電流開關(guān)控制器150以正確控制作為限流器的電流開關(guān)170。
當(dāng)開關(guān)190和195被激活時，電流開關(guān)控制器150激活電流開關(guān)170以允許電流流經(jīng)LED陣列120和130。在至少一種實施方式中，當(dāng)兩個LED陣列都點亮?xí)r，開關(guān)190和195被限流以平衡流經(jīng)各LED陣列的電流量。當(dāng)電流開關(guān)170被激活時，LED陣列120和130的合并電流流經(jīng)電感器180、傳感器160、電流開關(guān)170，并接地。但是，當(dāng)電流開關(guān)170不激活時，來自電感器180的該合并電流流經(jīng)電流傳感器160并通過電流波節(jié)165循環(huán)，然后返回至開關(guān)控制器140和開關(guān)190、195。電流開關(guān)控制器150根據(jù)需要執(zhí)行激活或不激活電流開關(guān)170以限制/保持由傳感器160指示的流經(jīng)LED陣列120和130的合并電流在所需范圍內(nèi)。
為更好地理解電路100的操作，考慮以下實施例。首先考慮僅有單LED陣列，例如LED陣列120被激活的情況。這種情況可能在汽車應(yīng)用中出現(xiàn)，其中LED陣列120當(dāng)加壓剎車踏板時被用作剎車燈點亮，而LED陣列130被用作當(dāng)只要汽車前燈打開時就點亮的尾燈。在示例實施方式中，當(dāng)汽車司機(jī)打開前燈時，電池108的電壓通過端口104連接至開關(guān)控制器140，并且控制信號通過控制線102供給至開關(guān)控制器140。開關(guān)控制器140執(zhí)行兩種功能。首先，開關(guān)控制器140設(shè)定通過LED陣列120和130的電流總量。第二，開關(guān)控制器140控制開關(guān)190和195。
在本實施例中，為允許電流流經(jīng)LED陣列130，開關(guān)控制器140激活開關(guān)195而不激活開關(guān)190。通過僅激活開關(guān)195，允許電池108的電流流經(jīng)開關(guān)195進(jìn)入LED陣列130，而不進(jìn)LED陣列120。然后流入LED陣列130的電流在流經(jīng)電感器180、傳感器160和電流開關(guān)170之后，流動至基準(zhǔn)電壓，例如地。
開關(guān)控制器140根據(jù)激活的LED陣列數(shù)目通過編程電流開關(guān)控制器150設(shè)定所使用的電流總量。在本實施例中，開關(guān)控制器140編程電流開關(guān)控制器以提供單LED陣列所用的正確電流量。通過知道激活單LED陣列電流開關(guān)控制器150可正確解釋來自傳感器160的輸入以控制流經(jīng)電感器180的電流量。當(dāng)電流開關(guān)控制器150被通知LED陣列130將被激活時，電流開關(guān)控制器150激活電流開關(guān)170以使電流通過電流開關(guān)170至地，而不通過LED陣列130返回。傳感器160測量流出電感器180的電流量，并傳送該信息至電流開關(guān)控制器150。如果流經(jīng)電感器180的電流量超出要求范圍，那么電流開關(guān)控制器150將改變電流開關(guān)170的狀態(tài)以使電流被循環(huán)，而不接地。實際上，開關(guān)控制器140、電流開關(guān)控制器150、傳感器160和電流開關(guān)170起到限流器電路的作用。
在本實施例中，假定LED陣列130在500mA下操作。只要流經(jīng)LED陣列130和進(jìn)入電感器180的電流在500mA和某上限，例如550mA之間，那么電流開關(guān)控制器150使電流開關(guān)170激活。但是，如果流經(jīng)LED陣列130和電感器180的電流超過550mA，電流開關(guān)控制器150將不激活開關(guān)170以使電流不再流經(jīng)端口112至地，而是通過LED陣列130循環(huán)。通過以這種方式提供閉環(huán)電流控制，可避免大的電流振幅。
當(dāng)電流開關(guān)170未被激活時，流經(jīng)電感器180的電流將繞過電流開關(guān)170并循環(huán)至開關(guān)控制器140，在一種實施方式中開關(guān)控制器140包括一個或更多二極管或同步開關(guān)(未顯示)，以連接循環(huán)電流至連接至開關(guān)190和195的供電線。沿電感器180的電壓將出現(xiàn)尖峰，然后逐漸減小。由于沿電感器180的電壓下降，導(dǎo)致循環(huán)電流線性減小，流經(jīng)LED陣列130和電感器180的電流將開始減小。一旦流經(jīng)LED陣列130的電流下降至低于預(yù)定值，例如450mA，電流開關(guān)控制器150將再激活電流開關(guān)170。當(dāng)電流開關(guān)170再激活時，循環(huán)電流不再流動；替代地流經(jīng)電感器180的電流通過電流開關(guān)170接地，允許總電流增加。注意可采用開關(guān)170的適當(dāng)變化，以使電流當(dāng)開關(guān)170不被激活時接地，而當(dāng)開關(guān)170被激活時循環(huán)。
如所理解的那樣，通過根據(jù)需要激活或不激活電流開關(guān)170以保持流經(jīng)電感器180的電流在要求范圍內(nèi)，流經(jīng)LED陣列120和130的電流可被精密控制而不超過LED的最大額定值。在至少一種實施方式中，要求范圍為所有激活LED的額定操作電流的+/-5％。在其它實施方式中，該范圍延伸至+/-10％，而在另外實施方式中為+/-20％。由于通常需要以接近它們的峰值額定電流操作高強(qiáng)度LED，在許多情況下要求較小的電流變化范圍。
現(xiàn)在考慮LED陣列130已經(jīng)打開，和LED陣列120當(dāng)用戶推剎車踏板時激活的情況。在本實施例中，LED陣列120和130都打開。如果每個LED陣列使用500mA的額定電流操作，那么1000mA的電流將流經(jīng)電感器180。開關(guān)控制器140通知電流開關(guān)控制器150，LED陣列120和130都被激活，因此電流開關(guān)控制器150知道不是當(dāng)流經(jīng)電感器180的電流超出以500mA為中心的某范圍時打開或關(guān)閉電流開關(guān)170，而是當(dāng)電流超出以1000mA為中心的某范圍時電流開關(guān)控制器150激活或不激活電流開關(guān)170。
假定LED陣列120和130平衡，那么500mA的電流將流經(jīng)LED陣列120和LED陣列130。然后兩500mA的分流將合并以使1000mA的電流流經(jīng)電感器180。如果傳感器160所傳感的電流量增加超過某預(yù)定閥值，那么電流開關(guān)170關(guān)閉以促使循環(huán)電流回流至開關(guān)190和195，而不是允許電流接地。當(dāng)流經(jīng)電感器180的電流量下降至低于閥值時，電流開關(guān)控制器150將再激活電流開關(guān)170，從而允許更多電流從電池108流經(jīng)LED陣列120和130，并通過端口112接地。
但是，可以理解，如果LED陣列120和130不被均勻平衡，那么雖然電流開關(guān)控制器150保持總電流量約為1000mA，但不能保證流經(jīng)LED陣列120或130的電流為多大。例如300mA的電流可流經(jīng)LED陣列120，而700mA的電流將流經(jīng)LED陣列130。在這種情況下對限流開關(guān)190和195變得有利，以使流經(jīng)任何一特定陣列的最大電流量不超過該陣列的峰值額定電流。因此，舉例來說，如果LED陣列130嘗試承受700mA的電流而LED陣列120僅承受300mA的電流，那么盡管通過電感器180的總電流是優(yōu)化的，但LED陣列130中的LED可能被過量電流損壞。但是，通過限流開關(guān)195和190至例如600mA的最大電流量，不管LED陣列120和130之間的任何不匹配，LED陣列120和130可被保護(hù)不受大電流尖峰的損害。
在至少一種實施方式中，開關(guān)190和195可通過的最大電流量是可調(diào)整，或可編程的。這可通過在開關(guān)控制器140中采用額外邏輯模塊以激活/不激活各種電流“繞過”分路(未顯示)，通過提供可編程可變電阻(未顯示)，或通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的其它限流方法完成。已經(jīng)概述了如本發(fā)明的一種實施方式的閉環(huán)電流控制，在下文中將給出更詳細(xì)的解釋。
接下來參照圖2，將說明如本發(fā)明一種實施方式的電路的示意圖。LED電路200包括集成電路IC205，LED陣列LED1、LED2和LED3，電感器L1，和控制/供電線LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY。LED陣列LED1、LED2和LED3分別連接至輸出208、210和212。電感器L1串聯(lián)連接在LED1、LED2、LED3與電感器輸入216之間。LED電路200還包括連接至內(nèi)軌道(internalrail)端口214的電容器C1；和連接在反向電池端口220和222之間的反向電池保護(hù)二極管230。
IC205包括高壓端開關(guān)HS1、HS2和HS3，傳感電阻(senseresistor)Rsense，低壓端開關(guān)MLD0，控制器250，供電傳感開關(guān)控制240，循環(huán)器260和內(nèi)軌道二極管215。供電傳感開關(guān)控制240通過輸出202、204和206連接至控制/供電線LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY。供電傳感開關(guān)控制240也連接至控制器250和高壓端開關(guān)HS1、HS2和HS3的控制節(jié)點。高壓端開關(guān)HS1、HS2和HS3也分別具有通過輸入202、204和206連接至控制/供電線LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY的第一電流節(jié)點；和通過輸出208、210和212分別連接至LED陣列LED1、LED2和LED3的第二電流節(jié)點。
除了連接至供電傳感開關(guān)控制240的控制輸入之外，控制器250還具有沿Rsense連接的兩傳感輸入，和連接至低壓端開關(guān)MLD0的控制節(jié)點的控制輸出?？刂破?50還包括通過兩傳感輸入連接至Rsense的微分放大器252，和連接至控制輸入和控制輸出的邏輯模塊254。
Rsense串聯(lián)連接在反向電池端口與電感器輸入216之間。低壓端開關(guān)MLD0具有連接至反向電池端口222的第一電流電極和連接至地線輸出218的第二電流電極。
循環(huán)器260通過輸出202、204和206連接在Rsense的低壓端與LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY之間。循環(huán)器260包括循環(huán)二極管262、264和266。
在示例實施方式中，使用功率Bi-CMOS方法構(gòu)建IC205內(nèi)的元件，并且IC205外的元件為已經(jīng)制造IC205之后連接至IC205的單獨(dú)制造元件。但是，可以理解，如果需要IC205外部表示的元件可以多種實施方式共同封裝在單個封裝內(nèi)。也可以理解作為IC205一部分示例的一個或更多元件可以是單獨(dú)或共同封裝的分離元件。
LED電路200的操作與前面圖1中所述的電路100的操作類似，一些區(qū)別將在考慮以下說明的基礎(chǔ)上變得清楚。例如，圖示的三控制/供電線LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY替代圖1所示的電池電源/數(shù)據(jù)線的組合。該三供電/控制線被切換至電池電壓以打開它們相應(yīng)的LED陣列。當(dāng)控制/供電線未連接至電池電壓時它們表現(xiàn)對IC205的高阻抗。同樣注意在示例實施方式中，IC205通過邏輯“或(OR)”連接至控制/供電線的二極管215獲得它本身的電源。例如，如果控制/供電線LED1CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED3CNTRL_SPLY的任何一個被切換至電池電壓，供電傳感開關(guān)控制240通過啟動線241連接至電池電源。因此，任一控制供電線上的電源將為IC205的操作供電。
也應(yīng)該注意在實施例中控制/供電線直接連接至相應(yīng)開關(guān)HS1、HS2和HS3的第一電流電極。形成開關(guān)HS1、HS2和HS3的晶體管的另一電流電極分別連接至LED陣列輸出208、210和212。來自供電傳感開關(guān)控制240的電流導(dǎo)引控制線(下文簡稱“控制線”)連接至包含在HS1、HS2和HS3的晶體管的柵，以使供電傳感開關(guān)控制240可控制哪個開關(guān)提供電流至其相應(yīng)的LED陣列。
舉例說來，假定LED3CNTRL_SPLY連接至電池電壓而剩余控制供電線未連接至電池電壓。電源來自CNTRL_3 206并連接至HS3一部分的晶體管的一端。電源也從CNTRL_3 206連接至二極管215之一，以及供電傳感開關(guān)控制240。供電傳感開關(guān)控制240傳感LED3CNTRL_SPLY線為激活的，通知電流開關(guān)控制器250，并提供控制信號至開關(guān)HS3的柵。當(dāng)開關(guān)HS3的柵被激活時，晶體管被打開，允許電流從LED3CNTRL_SPLY流經(jīng)開關(guān)HS3、LED3、電感器L1、Rsense、和MLD0至地。
微分放大器252響應(yīng)沿晶體管Rsense的電壓降，傳送信號至開關(guān)邏輯模塊254。開關(guān)邏輯模塊254傳送控制信號至晶體管MLD0的柵以當(dāng)與流經(jīng)導(dǎo)體L1的電流量相關(guān)的沿Rsense的電壓差位于要求范圍之外時激活或不激活晶體管MLD0。當(dāng)晶體管MLD0未被激活時，取代電流接地，電流通過循環(huán)二極管262、264和266返回至高壓端開關(guān)HS1、HS2。注意當(dāng)晶體管MLD0關(guān)閉時電感器輸入216的電壓將開始突然上升，但將由適當(dāng)?shù)难h(huán)二極管262、264和266鉗制(clamped)。電感器中的電流隨后將線性下降直至其到達(dá)低斷路點，此時控制器250將再次激活MLD0。注意在實施例中使用三循環(huán)二極管，每個LED通道一個。為了控制/供電電壓的明顯不匹配，與最低供電聯(lián)系的循環(huán)二極管將在循環(huán)過程中傳導(dǎo)大部分電流。但是，各LED仍可接受等量電流。
控制器250將繼續(xù)循環(huán)晶體管MLD0的開與關(guān)以保持電感器L1中的平均電流處于所需水平。所需平均電流的實際水平為給定時間多少控制線為高的函數(shù)。例如，如果我們假定各LED需要500mA的電流，那么當(dāng)所有三控制線打開時，通過電感器L1的所需平均電流將為1.5安培。當(dāng)兩個控制線打開時，那么將需要1安培的電流供電兩LED陣列。類似地單個LED陣列將需要500mA。電感器中的平均電流將根據(jù)它們相應(yīng)的控制/供電線的狀態(tài)在LED陣列1、2和3之間分配。
三控制/供電線LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY二極管“或”以產(chǎn)生內(nèi)供電軌道。一旦IC205加電，三控制/供電線被監(jiān)測以觀察哪個或哪幾個被命令打開。然后，打開相應(yīng)的開關(guān)HS1、HS2或HS3，并以適當(dāng)?shù)目删幊屉娏鲉涌刂破?50。一旦控制器250啟動，出現(xiàn)傳感控制/供電線的問題。未啟動LED陣列的控制/供電線處于高阻抗。在電流被循環(huán)的時間內(nèi)，高阻抗控制/供電線將通過它相應(yīng)的循環(huán)二極管被驅(qū)動至電源電壓。但是，當(dāng)MLD0打開時，循環(huán)二極管被反向偏壓，并且未啟動LED控制線將通過內(nèi)部反偏電流接地。
因此，應(yīng)該當(dāng)MLD0打開時做出特定LED陣列中打開或關(guān)閉的決定。例如，如果當(dāng)MLD0打開時控制/供電線未被啟動，控制/供電線接地并且控制器將立即關(guān)閉MLD0，而供電傳感開關(guān)控制240將重編程控制器250以獲得更低的所需平均電流。注意在這種情況下要求關(guān)閉的LED陣列中的電流將立即變?yōu)榱愣渌麹ED陣列中的電流將上升至它們的電流極限。這些電流/電壓尖峰將在控制環(huán)關(guān)閉晶體管MLD0并開始循環(huán)電流所需的時間周期內(nèi)發(fā)生。
在實施例中高壓端開關(guān)HS1、HS2和HS3被限流以保證當(dāng)要求打開陣列的各種組合時三LED陣列LED1、LED2和LED3之間的可接受電流分配。例如，可通過汽車操作者激活方向指示器、壓下剎車踏板、打開前燈等命令LED陣列打開。換句話說，可利用各種通常所知的適當(dāng)控制和/或開關(guān)方法命令LED陣列打開。理想地，各控制線將處于完全相同電壓，當(dāng)命令打開時各LED陣列將具有完全相同的電壓降，并且總電感器電流將在三LED陣列之間極好地分配。
但是，高壓端開關(guān)被限制以保證不等的電流分配不超過一定水平。舉例說來，如果各LED陣列需要500mA并且所有三個陣列被要求打開，那么控制器250將設(shè)定平均電感器電流為1.5安培。各高壓端開關(guān)應(yīng)該將它的電流極限設(shè)定為稍大于500mA，例如600mA。那么如果一LED陣列具有稍低電壓降或稍高控制線電壓，取代取用全部1.5安培而不提供給其它兩LED，該LED陣列將控制在600mA，留下900mA在其它兩LED陣列之間分配。
在供電/控制線都在相同水平并且LED都具有非常接近電壓降的情況下，所有三個高壓端開關(guān)將被完全打開并且功耗將很低。一旦一個高壓端開關(guān)進(jìn)入限流模式，它的漏源電壓和功耗將增加。假定功耗僅與LED之間的不匹配和/或控制電壓之間的不匹配那樣多增加。這相對現(xiàn)有技術(shù)而言是個優(yōu)點，現(xiàn)有技術(shù)沿LED陣列應(yīng)用過量電壓以保證LED陣列完全打開并使用限流電阻，這總是耗費(fèi)高功率。
在另一實施方式中該電流分配方案可以具有兩不同限流水平，一個水平稍大于所需平均電流而另一水平完全就是所需平均電流。當(dāng)600mA電流極限激活預(yù)定時間時，電路可自動降低至500mA。那么其它LED陣列也可以穩(wěn)定在所需500mA，盡管現(xiàn)在所有的波紋將沿LED出現(xiàn)。
當(dāng)一LED被命令關(guān)閉時，供電傳感開關(guān)控制240通過首先關(guān)閉MLD0并允許電流衰減至其新的更低的斷路點，將電流調(diào)整重新調(diào)整至較低水平。在至少一種實施方式中，新未啟動通道的高壓端開關(guān)保持打開直至電感器電流已經(jīng)衰減至其新值。如果高壓端開關(guān)在傳感控制/供電線已經(jīng)變低之后立即關(guān)閉，那么其它LED陣列將經(jīng)歷大的電流尖峰，因為總電感器電流現(xiàn)在將在更少的LED陣列中分配。
除了最后的LED陣列被關(guān)閉的情況，IC205的端口為多余負(fù)瞬態(tài)(spared negative transients)。在關(guān)閉時，將在電感器的高壓端產(chǎn)生大的負(fù)瞬態(tài)。對于最后的LED陣列在其高壓端開關(guān)打開的情況下關(guān)閉而言，高壓端開關(guān)源的電壓將接地同時電感器完成放電。其它LED陣列關(guān)閉其高壓端開關(guān)，保持它們的源電壓的電位比地低幾伏特。
接下來參照圖3的一組圖表，將說明如本發(fā)明一種實施方式的通過圖2的LED1、LED2、LED3和電感器L1的電流流動。圖3所示的曲線表示當(dāng)LED1、LED2和LED3被命令以那種次序打開，并且隨后再次以相同次序關(guān)閉時通過單個器件的電流。曲線310表示流經(jīng)電感器L1的合并電流；曲線320表示流經(jīng)LED1的電流；曲線330表示流經(jīng)LED2的電流；曲線340表示流經(jīng)LED3的電流。
由曲線310表示的流經(jīng)電感器L1的合并電流，當(dāng)僅有單個LED打開時從500mA開始，當(dāng)兩個LED打開時跳至約1A，當(dāng)三個LED陣列都打開時上升至1.5A。曲線310中看到的波紋是打開和關(guān)閉MLD0以保持通過電感器的平均電流處于所需水平的結(jié)果。
在圖3中所產(chǎn)生的波紋位于所需平均電流的+/-10％內(nèi)。注意曲線310、320、330和340中的波紋按LED打開和關(guān)閉的頻率變化，但振幅通常保持不變。當(dāng)另一LED陣列關(guān)閉時發(fā)生較低峰值的大振幅，因為一旦LED陣列被命令關(guān)閉，允許循環(huán)電流在相應(yīng)的高壓端開關(guān)實際關(guān)閉之前衰減至新低水平。
接下來參照圖4和圖2，說明如本發(fā)明一種實施方式的高壓端開關(guān)的限流作用。曲線420表示流經(jīng)LED1的電流；曲線430表示流經(jīng)LED2的電流；曲線440表示流經(jīng)LED3的電流。首先，命令LED1如曲線420所示打開。在實施例中，LED1具有比LED2或LED3更低的電壓降，因此當(dāng)LED2打開時，LED1嘗試承擔(dān)以大約50微秒處的微尖峰所示的過量電流。但是，限流起作用并將允許通過與LED1關(guān)聯(lián)的高壓端開關(guān)的最大電流限制在600mA。由于LED2和LED3承擔(dān)約相同量的電流，它們的高壓端開關(guān)未發(fā)生限流，但是LED1的高壓端開關(guān)保持限流狀態(tài)直至它在約180微秒處關(guān)閉。
接下來參照圖5的流程圖，說明如本發(fā)明的一種方法。圖5的流程圖示例的方法表示恒流開關(guān)可如何用于提供高強(qiáng)度LED或其它電流敏感負(fù)載的閉環(huán)電流控制。在步驟510通過高壓端開關(guān)供給電流至所選擇LED陣列，對高壓端開關(guān)進(jìn)行限流以有助于電流在所有激活LED陣列之間的平均分配。
在步驟520，合并流經(jīng)所有選擇LED陣列的電流并通過電感器。在LED陣列的初始加電過程中電感器導(dǎo)致電流線性上升，并且當(dāng)電流從電感器循環(huán)返回至LED陣列時也提供線性下降。在步驟530，測量通過電感器的合并電流，并做出合并電流是否高于要求設(shè)定點的判斷。如果在步驟530確定合并電流太高，那么執(zhí)行步驟540。在步驟540，打開電流開關(guān)以允許電流通過循環(huán)二極管循環(huán)，通過高壓端開關(guān)返回至LED陣列上，而不是使電流通過電流開關(guān)接地。如果在步驟530確定合并電流不高于預(yù)定最大值，那么在步驟550比較該電流量與預(yù)定最小值。如果電流量小于預(yù)定最小值，那么在步驟560控制器關(guān)閉電流開關(guān)，并允許電流從電感器傳送至地。重復(fù)該程序，只要合并電流太高打開電流開關(guān)，只要合并電流太低就再次關(guān)閉開關(guān)。通過這種方式保持對流經(jīng)由電路控制的高強(qiáng)度LED的電流量的緊密控制，同時仍允許相對高效的電路操作。
在前面的附圖詳細(xì)說明中，已經(jīng)參照附圖，附圖形成本發(fā)明的一部分，其表示本發(fā)明可實施的具體實施方式
示例。以充分的細(xì)節(jié)說明這些實施方式以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員實施本發(fā)明，并且應(yīng)該理解可以采用其它實施方式，在不偏離本發(fā)明的精神或領(lǐng)域的條件下可做出邏輯、機(jī)械、化學(xué)和電學(xué)變化。例如雖然以上說明主要集中在兩個或三個發(fā)光二極管陣列的使用，這里提出的原理可應(yīng)用于所需任何數(shù)目的陣列。此外，盡管使用術(shù)語LED陣列，應(yīng)該理解陣列可以包括一個LED或可實施的多個LED。此外，至少一種上述實施方式指功率Bi-CMOS晶體管。但是，應(yīng)該理解在實施這里提出的教義中可使用其它晶體管/開關(guān)類型。
此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地構(gòu)建本發(fā)明包含的許多其它改變實施方式。例如上述實施方式采用二極管控制循環(huán)電流并返回循環(huán)電流至適當(dāng)開關(guān)。但是，在其它實施方式中可使用同步開關(guān)取代二極管。此外，盡管以上說明主要集中在流至不同LED陣列的電流相等的實施方式上，可以采用供給至不同LED陣列的電流有意不相等以有助于亮度控制的其它實施方式。
為避免使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的不必要的細(xì)節(jié)，本說明可能省略本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的某些信息。因此，本發(fā)明的目的不是限定本文提出的具體形式，而正相反，其目的是覆蓋這種變化、修改和等價物，只要可以合理地包含在本發(fā)明的精神和領(lǐng)域內(nèi)。因此，前面的詳細(xì)說明不是限制的概念，并且本發(fā)明的領(lǐng)域僅通過所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種電路，該電路包括具有啟動節(jié)點和輸出節(jié)點的第一限流開關(guān)，第一限流開關(guān)將在輸出節(jié)點提供的電流量限制為第一預(yù)定量；連接至第一限流開關(guān)的輸出節(jié)點的第一輸出端口；具有啟動節(jié)點和輸出節(jié)點的第二限流開關(guān)，第二限流開關(guān)將在輸出節(jié)點提供的電流量限制為第二預(yù)定量；連接至第二限流開關(guān)的輸出節(jié)點的第二輸出端口；第一輸入端口；傳感器，該傳感器包括連接至第一輸入端口的輸入；提供輸入所接收到的電流量的指示的輸出；限流器，該限流器包括連接至所述傳感器的所述輸出的電流輸入；接收控制的控制輸入；當(dāng)信號在控制輸入被確定時提供電流輸入處接收的電流的第一電流輸出節(jié)點；和當(dāng)信號在控制輸入未被確定時提供電流輸入處接收的電流的第二電流輸出節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1的電路，其中所述限流器還包括連接至所述控制輸入的控制器，所述控制器包括連接至所述傳感器的輸入，所述輸入接收由所述傳感器提供的指示；和具有連接至控制器的所述輸入的輸入、和連接至限流器的控制輸入的輸出的邏輯模塊，所述邏輯模塊根據(jù)指示確定或不確定信號；晶體管，該晶體管包括連接至限流器的所述第一電流輸出節(jié)點的第一電流電極；連接至限流器的所述第二電流輸出節(jié)點的第二電流電極；和連接至所述邏輯模塊的所述輸出的控制節(jié)點。
3.如權(quán)利要求1的電路，該電路還包括第一供電輸入；第二供電輸入；開關(guān)控制器，該控制器包括連接至所述第一供電輸入的第一輸入；連接至所述第二供電輸入的第二輸入；連接至所述第一輸入和所述第二輸入以根據(jù)所述第一供電輸入和所述第二供電輸入哪個上表現(xiàn)電壓確定控制信號的邏輯模塊；連接至所述邏輯模塊和所述第一限流開關(guān)的所述啟動節(jié)點的第一輸出；和連接至所述邏輯模塊和所述第二限流開關(guān)的所述啟動節(jié)點的第二輸出。
4.如權(quán)利要求1的電路，該電路還包括連接至所述第一輸出端口的第一LED陣列；連接至所述第二輸出端口的第二LED陣列，其中所述第一LED陣列和所述第二LED陣列電并聯(lián)；和串聯(lián)連接在所述第一和第二LED陣列與所述第一輸入端口之間的電感器。
5.一種電路，該電路包括多個連接至多個LED的第一接點；選擇提供電流至所述多個接點的具體接點的多個開關(guān)；選擇激活所述多個開關(guān)的一個或更多開關(guān)以供給電流至具體LED的開關(guān)控制器；連接至與多個LED串聯(lián)連接的電感器的第二接點；串聯(lián)連接在所述第二接點與額定電壓節(jié)點之間的電流開關(guān)；和根據(jù)流經(jīng)所述第二接點的電流量是否在要求范圍內(nèi)改變所述電流開關(guān)的狀態(tài)的電流開關(guān)控制器。
6.如權(quán)利要求5的電路，其中所述電流開關(guān)控制器包括確定流經(jīng)所述第二接點的電流量的電流傳感器；和確定何時電流量在要求范圍內(nèi)的邏輯模塊。
7.一種電路，該電路包括連接至電源電壓的第一端的第一端口；連接至電源電壓的第二端的第二端口；連接至LED陣列的第三端口；連接至電感器的第四端口；第一晶體管，該晶體管包括第一電流電極；連接至所述第二端口的第二電流電極；控制節(jié)點；第一端連接至所述第四端口和第二端連接至所述第一晶體管的所述第一電流電極的電阻器；第二晶體管，該晶體管包括連接至所述第三端口的第一電流電極；連接至所述第一端口的第二電流電極；和控制節(jié)點；串聯(lián)連接在所述第一端口與所述電阻器的所述第二端之間的循環(huán)器；第一控制器，該控制器包括沿所述電阻器連接的微分放大器，以確定沿所述電阻器的電壓降；根據(jù)所述電壓降產(chǎn)生控制信號的邏輯模塊；連接至所述邏輯模塊和所述第一晶體管的所述控制節(jié)點的輸出；連接至所述邏輯模塊的輸入；第二控制器，該控制器包括連接至所述第一端口的輸入；連接至所述輸入以確定何時在所述第一端口存在電壓的邏輯模塊；連接至所述邏輯模塊和所述第二晶體管的所述控制節(jié)點的第一輸出；和連接至所述邏輯模塊和所述第一控制器的所述輸入端口的第二輸出端口。
8.一種方法，該方法包括供給電流至多個LED陣列的被選擇LED陣列；將供給至所選擇LED陣列的電流合并為合并電流；通過電感器傳送合并電流；確定通過電感器的電流量；當(dāng)確定通過電感器的電流量大于上限時不激活電流開關(guān)；當(dāng)電流開關(guān)未被激活時傳送電感器電流至所選LED陣列；當(dāng)確定通過電感器的電流量小于下限時激活電流開關(guān)；和當(dāng)激活電流開關(guān)時傳送電感器電流至地。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中供給電流至所選LED陣列包括激活與所選LED陣列相關(guān)的被選擇開關(guān)。
10.如權(quán)利要求8的方法，其中供給電流還包括傳感多個供電線的所選擇供電線上的電源電壓；和根據(jù)多個供電線中哪個上具有所傳感電壓激活所選擇開關(guān)。
全文摘要
本文公開一種使用恒流開關(guān)技術(shù)提供閉環(huán)控制的電路和方法。通過使用所述技術(shù)和電路控制供給至高強(qiáng)度發(fā)光二極管(LED)的電流，可在或接近它們的最大容量下無LED的過載危險和不使用過量電流的情況下操作高強(qiáng)度LED。本文所述的電路具有多個高壓端開關(guān)(190，195)，各高壓端開關(guān)連接至LED陣列(120，130)。LED陣列通過電感器(180)又連接至電流開關(guān)控制部件，該部件切換電流至地，或者循環(huán)電流以保持要求范圍內(nèi)的LED電流量。
文檔編號H05B37/02GK1675605SQ03819789
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者阿蘭·麥克爾·魯克, 伊布拉辛·S·坎達(dá) 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司