CN100531494C - 对发光二极管阵列供电的方法及装置 - Google Patents

对发光二极管阵列供电的方法及装置 Download PDF

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Abstract

公开发光二极管阵列供电方法及装置。根据本发明的若干方面的装置包括具有输入端子和输出端子的电源电路。电源电路的输入端子将经过耦合以接收电源电压。多个负载将耦合在输出端子之间。电源电路经过耦合以在输出端子之间提供将施加到耦合在输出端子之间的多个负载中每一个上的输出电压。反馈选择器电路耦合在电源电路与多个负载之间。反馈选择器电路经过耦合以接收来自多个负载中每一个的反馈信号。电源电路被耦合成在任一时间仅对反馈信号之一进行响应。

Description

对发光二极管阵列供电的方法及装置
技术领域
一般来说，本发明涉及电源，更具体来说，本发明涉及对电子电路供电。
背景技术
发光二极管(LED)阵列用于各种目的。例如，这类阵列往往应用于液晶显示器(LCD)的背光。用于这类显示器的白光的生成通常通过混合来自红、绿和蓝LED的光来实现。对于较大的照明应用，电力往往从单个电源提供给红、绿和蓝LED的大阵列。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种电路，包括：具有输入端子和输出端子的电源电路，其中所述输入端子要经过耦合以接收电源电压，其中多个负载要耦合在所述输出端子之间，其中所述电源电路经过耦合以在所述输出端子之间提供将施加到耦合在所述输出端子之间的所述多个负载中每一个上的输出电压；以及耦合在所述电源电路与所述多个负载之间的反馈选择器电路，其中所述反馈选择器电路经过耦合以接收来自所述多个负载中每一个的反馈信号，其中所述电源电路经过耦合以在任一时间仅对所述反馈信号之一进行响应。
在一个实施例中，所述多个负载中每一个包括电压限制元件。
在一个实施例中，所述电压限制元件包括发光二极管。
在一个实施例中，所述反馈选择器电路经过耦合以通过耦合到所述电源电路的单一反馈端子的多个二极管来组合从所述多个负载接收的所述反馈信号。
在一个实施例中，所述电源电路是升压变换器。
在一个实施例中，所述多个负载中的每个经过耦合以传导那个负载特定的负载电流。
在一个实施例中，所述多个负载中的每个包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的开关。
在一个实施例中，所述开关被耦合成独立于所述电源电路进行切换。
在一个实施例中，所述多个负载中的每个包括耦合到所述开关的电流源。
在一个实施例中，所述电源电路是逆向变换器。
在一个实施例中，所述多个负载中的每个包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的开关。
在一个实施例中，所述多个负载中的每个包括耦合到所述开关的电流源。
在一个实施例中，所述开关被耦合成独立于所述电源电路进行切换。
根据本发明的另一方面，提供一种电路，包括：具有输入端子和输出端子的电源电路，其中所述输入端子要经过耦合以接收电源电压，其中负载要耦合在所述输出端子之间，其中所述电源电路经过耦合以在所述输出端子之间提供将施加到耦合在所述输出端子之间的所述负载上的输出电压；以及耦合在所述电源电路与所述负载之间的反馈选择器电路，其中所述反馈选择器电路经过耦合以接收来自所述负载的反馈信号，并从值的连续统中选择所述反馈信号的最低值以提供单一反馈电压，所述电源电路对所述单一反馈电压进行响应。
在一个实施例中，所述负载包括电压限制元件。
在一个实施例中，所述电压限制元件包括发光二极管。
在一个实施例中，所述反馈选择器电路经过耦合以通过耦合到所述电源电路的单一反馈端子的二极管接收来自所述负载的反馈信号的值的连续统。
在一个实施例中，所述电源电路是升压变换器。
在一个实施例中，所述负载经过耦合以传导那个负载特定的负载电流。
在一个实施例中，所述负载包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的开关。
在一个实施例中，所述开关被耦合成独立于所述电源电路进行切换。
在一个实施例中，所述负载包括耦合到所述开关的电流源。
在一个实施例中，所述电源电路是逆向变换器。
在一个实施例中，所述负载包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的开关。
在一个实施例中，所述负载包括耦合到所述开关的电流源。
在一个实施例中，所述开关被耦合成独立于所述电源电路进行切换。
附图说明
参照以下附图描述本发明的非限制且非详尽的实施例，其中，相同的参考标号在各个视图中表示相同部件，除非另有说明。
图1A是框图，一般说明根据本发明的理论、向LED阵列提供电力的电路的示例示意图。
图1B是框图，一般说明根据本发明的理论、向LED阵列提供电力的电路的另一个示例示意图。
图2是示意图，一般说明根据本发明的理论、包括电流源和电压限制元件的负载的一个实例。
图3是示意图，一般说明根据本发明的理论、包括电流源和电压限制元件的负载的另一个实例。
图4是框图，一般说明根据本发明的理论、向LED阵列提供电力的电路的另一个示例示意图。
图5是框图，一般说明根据本发明的理论、向一串LED提供电力的电路的示例示意图。
具体实施方式
公开用于对LED供电的装置及方法的实例。在以下描述中，阐述大量具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的技术人员非常清楚，具体细节无需用于实施本发明。没有详细描述与实现相关的众所周知的方法，以免影响对本发明的理解。
本说明书中提到“一个实施例”或“实施例”表示结合该实施例所述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，词组“在一个实施例中”或“在实施例中”在本说明书的各个位置的出现不一定都指同一个实施例。此外，具体特征、结构或特性例如可在一个或多个实施例中结合为任何适当的组合和/或子组合。
将要进行论述，来自LED的光谱受LED中的电流极大影响。当LED被点亮时，它以规定电流工作以提供预期光谱。来自LED的平均输出通过LED中的电流的脉宽调制(PWM)来控制。因此，LED以按照PWM的占空率传导规定电流或者零电流，以便实现预期输出。在适当的部分混合来自红、绿和蓝LED的光谱以创建预期的白色以及背光的强度。
从单个电源向多个LED提供电力的复杂性在于，各LED通常可能以随工作温度改变的不同电压工作。这类多个LED可能具有不同色，例如红、绿和蓝LED。另外，来自各色LED的预期光谱通常以不同的工作电流获得。电源应当提供正好足够高到以LED的额定电流点亮所有LED的电压，因为更高的电压将浪费电力。将要进行论述，根据本发明的理论的各种实例自动调节单个电源的电压，以便以最佳效率为以不同电压和不同电流工作的LED的阵列提供足够的电压。
在一个实例中，包括反馈选择器的单个电源用于从多个电流源之一获得单一反馈信号。在一个实例中，根据本发明的理论，各电流源被包括在包含电压限制元件的负载中。在一个实例中，电压限制元件包括一个或多个LED。根据本发明的理论，反馈选择器从电源中选择维持最小电压的反馈信号，以便操作LED。
为了说明，图1A一般说明根据本发明的理论、向LED阵列提供电力的电路的一个实例。如图所示，背光电路100包括耦合到一个或多个负载160和反馈选择器165的开关电源电路105。开关电源电路105在输入端子135上接收输入电压VIN，并在端子150上产生输出电压VO。在所述实例中，所有电压相对于公共输入和输出回路148来测量。
在图1A所示的实例中，开关电源电路105是包括用作能量传递元件的电感器110、输出整流器115、输出电容器120和开关125的升压变换器。虽然为了说明的目的，电源电路105在图1A中表示为具有升压变换器拓扑，但是大家要理解，其它电源拓扑可按照本发明的理论来实现。例如，图1B一般说明根据本发明的理论、具有逆向变换器拓扑的开关电源电路105。在图1B中一般表示的逆向变换器拓扑中，具有多个绕组的变压器代替图1A中使用的电感器用作能量传递元件。图1B中一般表示的电路的其它所有方面与图1A所示的电路相似。要注意，根据本发明的理论，与图1A和图1B所示的示例升压变换器及逆向实例不同的更多示例电源拓扑可用于备选方案中，包括例如降压变换器或者另外的适当电源拓扑。
回到图1A所示的具体实例，在工作中，开关125由控制器140接通和断开，控制器140接收来自反馈选择器165的反馈信号145。在所述实例中，根据本发明的理论，反馈信号145是作为与电流源I1185至IN 190或者一个或多个负载160上的电压对应的N个电压V1至VN的一个或多个N反馈信号170其中之一。
如图1A所示，一个或多个负载160中的每个包括电压限制元件155，它在一个实例中可能是具有不同电压的一个或多个LED。一般来说，根据本发明的理论，整流二极管、齐纳二极管、雪崩二极管、LED、电池等是电压限制器件的实例。在工作中，电压限制元件155上的电压在通过元件的电流大于导通电流时并不实质性地增加。在所述实例中，一个或多个负载160都接收来自电源电路105的输出端子150的相同电压输出电压VO 152。
如所述实例所示，电压V1是电流源185上的开关电压，以及电压VN是一个或多个负载160的电流源190上的开关电压。电流源185响应端子175上的脉宽调制信号P1而传导电流I1或零电流。电流源190响应端子180上的脉宽调制信号PN而传导电流IN或零电流。在一个实例中，脉宽调制信号P1...PN在外部产生，以便控制通过一个或多个负载160中的每个的电流。因此，根据本发明的理论，一个或多个负载160中的每个包括经过耦合以切换响应脉宽调制信号而流入相应负载的负载电流的开关。另外，根据本发明的理论，由于脉宽调制信号P1...PN是外部产生的，所以一个或多个负载160中的电流源的每个独立于开关电源105进行切换。
图1A的实例中的反馈选择器165使反馈电压145作为一个或多个负载160全体的开关电压V1至VN的连续统的最低值。在工作中，控制器140则使开关调节器105产生把反馈电压145保持在调节电压上的输出电压VO 152。在所述实例中，根据本发明的理论，反馈选择器165经过耦合，以便通过经耦合以选择在电源电路105的单个反馈端子上接收的一个单一反馈电压145的一个或多个相应二极管来组合从一个或多个负载160全体接收的反馈信号170的连续统。因此，在具有不止一个负载160的实例中，根据本发明的理论，电源电路105经过耦合，以便在任一时间仅对反馈信号170之一进行响应。在仅具有一个负载160的实例中，根据本发明的理论，电源105仅对从反馈信号170接收的开关电压的连续统的最低值进行响应。
在图1A所述的实例中，包括一个或多个负载160以及选择器电路165中的一个或多个相应二极管。在另一个实例中，根据本发明的理论，可包括具有单一开关电流源190和单一电压限制元件155的单个负载160。例如，在一个这样的实例中，只有多个LED中的单个负载160而不是多个负载160或LED串由电源105供电。因此，根据本发明的理论，包括具有来自开关电流源190的单一反馈信号170的单个负载160。根据本发明的理论，选择器电路165接收单一反馈信号170，并选择从反馈电压145的单一反馈信号170接收的开关电压的连续统的最低值。
在一个单一负载160的实例中，单个负载160具有开关电流源190和电压限制元件155，并且与具有耦合在电源电路105的单个反馈端子与单个负载160之间的单个二极管的反馈选择器电路165配合使用。根据本发明的理论，在工作中，反馈选择器电路165接收来自开关电流源190的单一反馈信号170，在被切换时从开关电流源190上的开关电压的连续统中选择单一反馈信号170电压的最低值，以及提供单一反馈信号170的这个最低值作为单一反馈电压145，电源105对所述单一反馈电压145进行响应。
电流源一般需要最小电压进行工作。仍然参照图1A的具有一个或多个负载160的具体电路实例，负载160的电流源185至190接收输出电压VO 152与电压限制元件155上的电压之间的差值。在一个实例中，电压限制元件155在一个或多个负载160的每个中通常具有不同的电压。一个或多个负载160中的每个经过耦合以便传导那个负载特定的负载电流。调节反馈电压145由设计人员选择为最小电压，以便帮助确保负载160中的电流源185至190的正确工作。因此，根据本发明的理论，图1A所示的电路实例以最高效率工作，因为电压V1至VN的最低值由反馈选择器165为反馈电压145选取，它因而应当产生最低输出电压VO 152，由此引起电流源中最低的必要功耗。
图2一般说明根据本发明的理论、包括电流源190和电压限制元件155的负载160的一个实例。所述电压限制元件155包括耦合在一起的LED串210。在图2中，晶体管215耦合到恒流吸收器的配置中的并联调节器220和电流检测电阻器225，以便调节LED串210中的电流。在一个实例中，并联调节器220是LMV431并联调节器。在工作中，电阻器205提供晶体管215和并联调节器220的工作所需的电流。晶体管230与电阻器235和240组成对端子180上的脉宽调制信号PN进行响应的开关。根据本发明的理论，当脉宽调制信号PN处于高电平时，晶体管230导通以消除来自晶体管215的基极电流，以及LED串210中的电流减小到零。
在一个实例中，当大约1.24伏特在电流检测电阻器225上时，则在LED串210中建立预期电流。在所述实例中，当晶体管215的集电极与发射极之间存在超过大约100毫伏时，晶体管215用作电流源。因此，在所述实例中，图1A的电路的示例开关调节器105将设计成把反馈电压VN调节到大约1.35伏特的最小值。
图3一般说明根据本发明的理论、包括电流源190和电压限制元件155的负载160的另一个实例。电压限制元件155包括耦合在一起的并联LED串310，如所述实例中所示。在一个实例中，当各并联串中的LED的数量大时，来自电流源190的电流接近相等地在这些串之间划分。图3所示实例中的电流源190包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)315，作为对图2所示的双极晶体管215实例的替代。如图3的实例中所示，MOSFET 315由NPN双极晶体管320从偏置电压305驱动。二极管325耦合到MOSFET 315的栅极，这在NPN晶体管230接通时允许MOSFET 315的栅极电容迅速放电，如所述实例中所示。
图4是框图，一般说明根据本发明的理论、向LED阵列提供电力的电路的另一个示例示意图。在所述实例中，图4说明可包括在图2或图3的电路实例中的具有负载160的电源的详细情况。在图4所示的具体实例中，集成电路U1405是Power Integrations，Inc.(San Jose，California)研制的DPA424G器件。根据本发明的理论，集成电路U1405包括功率MOSFET和执行开关125的功能的控制器以及图1A中的控制器140。在图4所示的具体实例中，选择器电路165包括经过耦合以接收来自一个或多个负载160中相应的每一个的反馈信号170的每一个的LL4148高速开关二极管。如图所示，选择器电路165中的多个二极管耦合在一起，以便提供单一反馈信号145，集成电路U1405对所述单一反馈信号145进行响应而调节输出电压VO 152。
在图4所示的电路中，电容器146经过耦合以提供反馈电压145，并且有效地为谷值检测器。在所述实例中，电容器146保持来自反馈选择器165的最低电压，而不管它是来自一个负载还是来自多个负载的最低电压。在各种实例中，根据本发明的理论，要注意，电容器146可能是分立电容器，或者可集成在集成电路中。
图5是框图，一般说明根据本发明的理论、向一串LED提供电力的电路的示例示意图。根据本发明的理论，图5所示的示例电路与图4所示的示例电路相似，但一个负载560在图5中表示为具有选择器电路565中的一个对应LL4148二极管以便选择电压VN 570的连续统的最低值。相反，图4所示的具体实例说明具有选择器电路165中的对应多个LL4148二极管的多个负载160。根据本发明的理论，图5所示电路的操作与图4所示的电路相似。
在以上详细说明中，参照具体示范实施例描述了本发明的方法及装置。但是很明显，可对其进行各种修改及变更，而没有背离本发明的广义精神和范围。因此，本说明和附图将被看作是说明性而不是限制性的。

Claims (30)

1.一种电路，包括：
具有输入端子、输出端子、能量传递元件和开关的开关电源电路，其中所述输入端子要经过耦合以接收电源电压，其中所述开关被耦合在所述输入端子和所述输出端子之间，从而所述开关的断开和闭合控制从所述能量传递元件到所述输出端子的能量传递以产生输出电压，其中多个负载要耦合在所述输出端子之间，其中所述开关电源电路经过耦合以在所述输出端子之间、在耦合在所述输出端子之间的所述多个负载中每一个上提供所述输出电压；以及
耦合在所述开关电源电路与所述多个负载之间的反馈选择器电路，其中所述反馈选择器电路经过耦合以接收来自所述多个负载中每一个的反馈信号，其中所述开关电源电路的开关经过耦合以在任一时间仅对所述反馈信号之一进行响应。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多个负载中每一个包括电压限制元件。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电压限制元件包括发光二极管。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反馈选择器电路经过耦合以通过耦合到所述开关电源电路的单一反馈端子的多个二极管来组合从所述多个负载接收的所述反馈信号。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电源电路是升压变换器。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多个负载中的每个经过耦合以传导那个负载特定的负载电流。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述多个负载中的每个包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的负载电流开关。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，每个负载电流开关被耦合成独立于所述开关电源电路进行切换。
9.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述多个负载中的每个包括耦合到所述负载电流开关的电流源。
10.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电源电路是逆向变换器。
11.如权利要求10所述的电路，其特征在于，所述多个负载中的每个包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的负载电流开关。
12.如权利要求11所述的电路，其特征在于，所述多个负载中的每个包括耦合到所述负载电流开关的电流源。
13.如权利要求11所述的电路，其特征在于，每个负载电流开关被耦合成独立于所述开关电源电路进行切换。
14.一种电路，包括：
具有输入端子和输出端子的电源电路，其中所述输入端子要经过耦合以接收电源电压，其中负载要耦合在所述输出端子之间，其中所述电源电路经过耦合以在所述输出端子之间提供将施加到耦合在所述输出端子之间的所述负载上的输出电压；以及
耦合在所述电源电路与所述负载之间的反馈选择器电路，其中所述反馈选择器电路经过耦合以接收来自所述负载的反馈信号，并从值的集合中选择所述反馈信号的最低值以提供单一反馈电压，所述电源电路对所述单一反馈电压进行响应。
15.如权利要求14所述的电路，其特征在于，所述负载包括电压限制元件。
16.如权利要求15所述的电路，其特征在于，所述电压限制元件包括发光二极管。
17.如权利要求14所述的电路，其特征在于，所述反馈选择器电路经过耦合以通过耦合到所述电源电路的单一反馈端子的二极管接收来自所述负载的反馈信号的值的集合。
18.如权利要求14所述的电路，其特征在于，所述电源电路是升压变换器。
19.如权利要求14所述的电路，其特征在于，所述负载经过耦合以传导那个负载特定的负载电流。
20.如权利要求19所述的电路，其特征在于，所述负载包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的开关。
21.如权利要求20所述的电路，其特征在于，所述开关被耦合成独立于所述电源电路进行切换。
22.如权利要求20所述的电路，其特征在于，所述负载包括耦合到所述开关的电流源。
23.如权利要求14所述的电路，其特征在于，所述电源电路是逆向变换器。
24.如权利要求23所述的电路，其特征在于，所述负载包括经过耦合以切换流入相应负载的负载电流的开关。
25.如权利要求24所述的电路，其特征在于，所述负载包括耦合到所述开关的电流源。
26.如权利要求24所述的电路，其特征在于，所述开关被耦合成独立于所述电源电路进行切换。
27.如权利要求15所述的电路，其特征在于，所述电压限制元件包括耦合在一起的一串发光二极管。
28.如权利要求27所述的电路，其特征在于，所述电压限制元件包括耦合在一起的并联发光二极管串。
29.如权利要求22所述的电路，其特征在于，所述电流源包括被配置为恒流吸收器的并联调节器和电流检测电阻器。
30.如权利要求20所述的电路，其特征在于，所述开关经过耦合以将所述负载中的电流减小到零。
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