CN100551182C - 通量补偿led驱动器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种通量补偿LED驱动器系统和方法包括用于具有关联的通量仓索引的发光二极管(LED)串的驱动器，包括响应于增益信号(34)并且生成通量索引驱动电流(36)的电源转换器(22)；可操作地连接到所述电源转换器(22)并且可操作来接收所述LED串(26)的LED连接器(24)；和比较检测的驱动电流信号(38)和驱动电流设定值(28)以生成所述增益信号(34)的增益块(32)。所述增益块(32)响应于通量索引选择器(30)以调节用于所述关联的通量仓索引的增益信号(34)。

Description

通量补偿LED驱动器系统和方法
技术领域
本发明一般涉及发光二极管(LED)驱动器，更具体来说涉及用于具有通量(flux)补偿的LED驱动的系统和方法。
背景技术
发光二极管(LED)在诸如交通信号和标示牌(signage)之类的各种应用中正更广泛地被使用。LED被预计在不久的将来在汽车应用中替代白炽灯，并且几年内在许多一般的照明应用中替代白炽灯、卤素灯(halogen)和荧光灯。LED以提供高效率的明亮的照明。
然而，由于工作特性(operating characteristics)和制造限制(manufacturing limitations)，LED也存在某些问题。LED对于小的电压变化表现出大的电流变化，所以LED驱动器必须控制到LED的电流。虽然已有一个解决方案通过将电阻器和LED串联放置来限制电流，但这样的解决方案不能在具体的应用中针对具体LED的功能和效率要求进行优化。
LED制造中大的工艺变化导致工作性能的大的变化。为了说明工作特性变化，制造商对工作特性进行采样，并且将LED分成具有相似操作特性的多批(batches)，称为仓(bin)。仓的例子包括电压仓，其说明电压的差异；通量仓，其说明在给定的驱动电流下的光输出差异；和颜色仓，其说明颜色的差异。制造商通常为具有特定特性的LED分配仓代码。例如，可以将通量仓代码P分配给在给定的电流下产生20到30流明通量的LED，将通量仓代码Q分配给在相同的电流下产生30到40流明通量的LED。
LED驱动器可以通过电流控制来补偿在电压仓之间的变化，但是没有简单的校正(correction)可以提供用来补偿在通量仓之间的变化。目前，具有不同驱动电流设置的不同的LED驱动器被用于每个通量仓，或者LED驱动器在内部被更改以提供具有期望的驱动电流设置的LED驱动器。对于不同的通量仓使用不同的LED驱动器导致在制造和储备用于每个不同的驱动电流设置的不同LED驱动器上的额外费用。
期望能提供克服上面的缺点的LED驱动系统和方法。
发明内容
本发明的一个方面提供用于具有关联的通量仓索引的发光二极管(LED)串的驱动器，包括：电源转换器，其响应于增益信号并且生成通量索引的驱动电流；LED连接器，其可操作地连接到所述电源转换器并且可操作来接收所述LED串；和增益块，其比较检测的驱动电流信号和驱动电流设定值(setpoint)以生成所述增益信号。所述增益块响应于通量索引选择器以调节用于所述关联的通量仓索引的增益信号。
本发明的另一方面提供用于发光二极管(LED)串的通量控制方法，包括：确定用于所述LED串的通量仓索引；提供驱动电流设定值；使驱动电流流经所述LED串；检测所述驱动电流以生成检测的驱动电流信号；和响应于在所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值之间的差别来控制所述驱动电流。所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值中的至少一个响应于所述通量仓索引被按比例缩放(sca1e)。
本发明的另一方面提供用于发光二极管(LED)串的通量控制系统，包括：用于确定所述LED串的通量仓索引的装置；用于提供驱动电流设定值的装置；用于使驱动电流流经所述LED串的装置；用于检测所述驱动电流以生成检测的驱动电流信号的装置；用于响应于在所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值之间的差异来控制所述驱动电流的装置；和用于响应于所述通量仓索引来按比例缩放所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值中的至少一个的装置。
本发明的另一方面提供照明系统，包括：发光二极管(LED)驱动器，该LED驱动器具有LED连接器并且响应于检测的驱动电流信号；和第一LED组件，该第一LED组件具有可操作地连接到第一关联的部件的第一LED串。该第一LED组件可操作地连接到该LED连接器并且该第一关联的部件生成该检测的驱动电流信号。
从下面结合附图阅读的、目前优选的实施例的具体描述，本发明的上述和其他特征和优点将变得更清楚。详细的描述和附图仅为描述本发明，而不是限制本发明，本发明的范围由所附的权利要求和它的等同物所限定。
附图说明
图1是根据本发明制成的具有通量补偿的LED驱动系统的方框图；
图2-图4是根据本发明制成的具有通量补偿的LED驱动电路的实施例的示意图；
图5和6是根据本发明制成的照明系统的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明制成的具有通量补偿的LED驱动系统的方框图。LED驱动器根据具体LED串的通量仓索引控制经过该具体LED串的驱动电流而补偿在LED串之间的制造通量变化。LED驱动器根据通量索引选择器(诸如连接点、可变部件，和/或数据连接)处的信息确定合适的通量索引的驱动电流。
LED驱动器20包括电源转换器22、LED连接器24、和增益块32。电源转换器22响应于来自增益块32的增益信号34，并且生成图1中由箭头指示的通量索引的驱动电流36。LED连接器24可操作地连接到电源转换器22以提供通量索引的驱动电流36到LED串26，该LED串26具有关联的通量仓索引。增益块32比较检测的驱动电流信号38和驱动电流设定值28以生成增益信号34。增益块32响应于通量索引选择器30以调节增益信号34用于关联的通量仓索引。
LED串26包括连接在LED连接器24的两端的一个或者多个LED。LED串26具有关联的通量仓索引，该关联的通量仓索引指示在给定的驱动电流下LED串26中LED的光输出。该关联的通量仓索引可以是从LED制造商获得的通量仓代码，或者可以用实验方法确定。电源转换器22可以是能够提供通量索引的驱动电流36到LED串26的任何电源转换器。
图2-4是具有根据本发明制成的通量补偿的LED驱动电路的实施例的示意图，其中相同的元件和图1共享相同的标号(reference number)。图2的实施例使用连接点作为通量索引选择器，用为LED串选择的连接点来调节通过增益块的检测的驱动电流信号。图3的实施例使用可变部件作为通量索引选择器，用为可变部件选择的部件值来调节通过增益块的驱动电流设定值。图4的实施例使用数据连接作为通量索引选择器，用由数据连接提供并存储在LED驱动器中的所选择的通量数据来确定通量索引的驱动电流。
参见图2，通量索引选择器30包括第一连接点50和第二连接点52。LED连接器24包括上游端子54(upstream terminal)和下游端子56。下游端子56与该连接点中的一个的连接，通过按比例缩放(scaling)检测的驱动电流信号38来调节增益块32的增益信号。
增益块32包括连接在第一连接点50和第二连接点52之间的第一电阻器58，连接在第二连接点52和接地点(common)之间的第二电阻器60，连接在第一电阻器58和第二电阻器60两端的电流反馈放大器64，连接在电流反馈放大器64的输出和负输入之间的第三电阻器62，以及连接在电流反馈放大器64的输出和驱动电流设定值28的两端的误差放大器66。误差放大器66的输出提供增益信号34到电源转换器22。在通量索引选择器30和电流反馈放大器64的输出之间的检测的驱动电流电路中生成检测的驱动电流信号38。在到误差放大器66的输入处的驱动电流设定值电路中生成驱动电流设定值28。
在操作中，用户确定用于LED串的通量仓索引，并且连接下游端子56到与该通量仓索引对应的连接点。对于第一通量仓索引的例子，用户连接下游端子56到与第一通量仓索引对应的第一连接点50。通过在第一电阻器58和第二电阻器60两端的电压降落检测通量索引的驱动电流36以生成检测的驱动电流电压68。检测的驱动电流电压68由电流反馈放大器64按比例缩放以生成检测的驱动电流信号38。误差放大器66比较检测的驱动电流信号38和驱动电流设定值28，并且提供增益信号34到电源转换器22以控制通量索引的驱动电流36。检测的驱动电流信号38响应于第一通量仓索引被按比例缩放。对于第二个通量仓索引的例子，用户连接下游端子56到与第二通量仓索引对应的第二连接点52。通过在第二电阻器60两端的电压降落检测通量索引的驱动电流36以生成检测的驱动电流电压68。电流反馈放大器64按比例缩放检测的驱动电流电压68以生成检测的驱动电流信号38。误差放大器66比较检测的驱动电流信号38和驱动电流设定值28，并且提供增益信号34到电源转换器22以控制通量索引的驱动电流36。检测的驱动电流信号38响应于第二通量仓索引被按比例缩放。
本领域的技术人员将理解，包括第一电阻器58和第二电阻器60的检测电阻器串联可以被扩展具有额外的电阻器和在额外的检测电阻器之间的额外的连接点以容纳与所期望的一样多的通量仓索引。
参见图3，通量索引选择器30是可操作地连接到部件连接器82的可变部件80(诸如电阻器)，在图3中相同的元件和图2共享相同的标号。可变部件80和第一电阻器86并联。第一电阻器86和第二电阻器84在参考电压Vref和接地点之间串联。分压器85包括第一电阻器86、第二电阻器84、和可变部件80。分压器85从第一电阻器86和第二电阻器84的接合点提供驱动电流设定值28。可变部件80通过按比例缩放驱动电流设定值28来调节增益块32的增益信号。
增益块32包括在参考电压Vref和接地点之间串联连接的第一电阻器86和第二电阻器84、和LED串26串联连接并且连接在电流反馈放大器64两端的第三电阻器88、和连接到电流反馈放大器64的输出和在第一电阻器86和第二电阻器84的接合点之间的误差放大器66。误差放大器66的输出提供增益信号34到电源转换器22。在第三电阻器88和电流反馈放大器64的输出之间的检测的驱动电流电路产生检测的驱动电流信号38。在通量索引选择器30和到误差放大器66的输入之间的驱动电流设定值电路中生成驱动电流设定值28。
在操作中，用户确定用于LED串26的通量仓索引，选择具有与该通量仓索引对应的分量值的可变部件80，并且在部件连接器82处连接可变部件80。在这个例子中该可变部件80是电阻器。和第一电阻器86并联连接的可变部件80，降低了在接地点和第一电阻器86与第二电阻器84的接合点之间的分压器85的电阻，减少了驱动电流设定值28。这在驱动电流设定值28和检测的驱动电流信号38之间产生差异：电源转换器22减少通量索引的驱动电流36以减少检测的驱动电流信号38并且平衡(balance out)该系统。响应于该通量仓索引按比例缩放驱动电流设定值28。
本领域的技术人员将理解，可变部件80并不限于电阻器。可变部件80可以是无源电路或者有源电路，并且可以包括一个或者多个部件，诸如电阻器、温度补偿电阻器、电容器、感应器等等。正或者负温度补偿电阻器可以如期望的那样被用来补偿随着变化的工作温度的驱动电流要求中的变化。此外，可变部件80的放置并不限于在图3中示出的例子，并且不限于按比例缩放驱动电流设定值28。在可选实施例中，可变部件80可以被串联或者并联连接到第三电阻器88以按比例缩放检测的驱动电流信号38。在另外的可选实施例中，可变部件80可以被连接在参考电压Vref和到误差放大器66的输入之间来按比例缩放驱动电流设定值28。
参见图4，通量索引选择器30是提供通量数据的数据连接100，该通量数据被存储在LED驱动器20中。数据连接100被可操作地连接到具有存储器106的微处理器104，并且提供具有通量数据的数据信号102到微处理器104。微处理器104接收检测的驱动电流信号38，并且提供增益信号34到电源转换器22。LED串26被连接到LED连接器24以从电源转换器22接收通量索引的驱动电流36。
在操作中，图4例子中的LED驱动器20大多和图2与图3中描述的实施例一样起作用，但是，微处理器104担当增益块，在微处理器中而不是使用离散部件比较和按比例缩放值。驱动电流设定值与检测的驱动电流信号38比较，并且响应于该差异由微处理器104生成增益信号34以控制来自电源转换器22的通量索引的驱动电流36。包括通量数据的数据信号102可以在制造时提供给LED驱动器20，和/或可以在LED驱动器20已被安装后例如通过电源线上的传输、无线连接等被提供。
通量数据可以包括驱动电流设定值、用于与特定LED串26的通量仓索引对应的驱动电流设定值的缩放因子、用于与特定LED串26的通量仓索引对应的检测的驱动电流信号38的缩放因子、和/或特定的LED串26的通量仓索引。在一个实施例中，通量数据包括驱动电流设定值，其为用于特定LED串26的通量仓索引的驱动电流设定值。在另一个实施例中，驱动电流设定值是存储在存储器106中的常数，并且通量数据包括与特定LED串26的通量仓索引对应的驱动电流设定值缩放因子。在又一个实施例中，通量数据包括与特定LED串26的通量仓索引对应的检测的驱动电流信号缩放因子。在又一个实施例中，通量数据包括特定LED串26的通量仓索引。存储器包括函数或者表格以将通量仓索引转换为用于驱动电流设定值和/或检测的驱动电流信号38的缩放因子。本领域的技术人员将理解，各种设定值、缩放因子、函数和表格可以通过数据连接100下载新的值来如期望的那样在存储器106中被改变。
图5和图6是根据本发明制成的照明系统的示意图，在图中相同的元件和图1共享相同的标号。图5包括单个LED组件，而图6包括多个并联的LED组件。在该实施例中，每个LED组件包括LED串和关联的部件。
参见图5，LED驱动器20通过LED连接器24提供通量索引的驱动电流36到LED组件110。LED组件110包括具有一个或者多个LED的LED串26和关联的部件112，该关联的部件被可操作地连接到LED串26并且提供检测的驱动电流信号38到LED驱动器20。LED串26具有高电压端和低电压端，在高电压端通量索引的驱动电流36进入LED串26，在低电压端通量索引的驱动电流36离开LED串26。LED驱动器20响应于检测的驱动电流信号38来调节通量索引的驱动电流36。关联的部件112的部件值可以被选择为与LED串26的通量仓索引对应。在该例子中，关联的部件112是电阻器。关联的部件112可以整合到LED组件110和/或LED串26。
参见图6，通过连接LED连接器142到LED连接器24，第二LED组件130可以和LED组件110并联连接。第二LED组件130包括具有一个或者多个LED的LED串26和关联的部件134，该关联的部件134可操作地连接到LED串132并且可操作地和关联的部件112并联连接以提供检测的驱动电流信号38到LED驱动器20。在该例子中，关联的部件134是电阻器。第二LED组件130可以具有和LED组件110不同的电流要求，但是通常具有相同的电压要求。
在操作中，将用于并联LED组件的关联的部件并联按比例缩放检测的驱动电流信号38以产生合适的通量索引的驱动电流36。例如，假定关联的部件的电阻值为100欧姆(Ohm)且在LED连接器的两端施加100伏特(Volt)的电压。对于如图5所示的单个LED组件，检测的驱动电流信号38对应100V/100Ω或者1安培(Amp)驱动电流。对于如图6所示的并联LED组件，检测的驱动电流信号38对应于100V/50Ω或者2安培(Amp)驱动电流，是单个LED组件情况下的两倍。关联的部件的电阻值不必相等，并且对于具有不同驱动电流要求的LED组件可以不相等。继续上面在LED连接器的两端施加有100伏特电压的例子，对于要求0.5安培并且具有200欧姆的关联的部件电阻值的一个LED组件，和要求0.1安培并且具有1000欧姆的关联的部件电阻值的三个LED组件，检测的驱动电流信号38对应于100V/125Ω或0.8安培驱动电流。
本领域的技术人员将理解，对图5和图6的例子可以作出许多有用的改变。在一个实施例中，关联的部件可以是有源或者无源电路，并且可以包括一个或者多个部件，如电阻器、温度补偿电阻器、电容器、电感器等等。对于电感器，LED驱动器20可以强加高频率信号到通量索引的驱动电流36上以检测该电感器。对于电阻器，电阻器可以是如所期望那样的正或负温度补偿电阻器以便补偿随着变化的工作温度的驱动电流要求的变化。此外，关联的部件的放置不限于示出的例子。关联的部件可以连接到LED串的高压侧(high side)或者和LED串并联。对于并联电阻器作为关联的部件，当电路被加电时，LED驱动器20可以周期性地或恒定地施加小的反向电压以检测电阻器值。在一个实施例中，关联的部件可以检测关联的LED串的失败并指示LED驱动器20切断通量索引的驱动电流36以避免对剩余的好LED组件的损害。在另一个实施例中，具有相同的标称电流要求的LED组件串联连接并且其中一个LED组件的关联的部件连接到LED驱动器20以提供检测的驱动电流信号38。单个关联的部件控制用于全部串联的LED组件的通量索引的驱动电流36。
虽然在这里公开的本发明的实施例目前认为是优选的，但是可以在不偏离本发明的范围的情况下而作出各种改变和修改。本领域的技术人员将理解，图1至图6所描述的实施例是示例性的，并且可选电路可以如期望的那样被用于特定的应用。本发明的范围由附加的权利要求所表明，并且在等价的含义和范围内的所有改变都包含在本发明中。

Claims (24)

1.一种用于具有关联的通量仓索引的发光二极管串的驱动器，包括：
电源转换器(22)，该电源转换器(22)响应于增益信号(34)并且生成通量索引的驱动电流(36)；以及
发光二极管连接器(24)，该发光二极管连接器(24)可操作地连接到所述电源转换器(22)并且可操作来接收所述发光二极管串(26)；其特征在于，
所述驱动器还包括增益块(32)，该增益块(32)比较检测的驱动电流信号(38)和驱动电流设定值(28)以生成所述增益信号(34)；
其中所述增益块(32)响应于通量索引选择器(30)以调节用于所述关联的通量仓索引的所述增益信号(34)。
2.如权利要求1所述的驱动器，其中所述通量索引选择器(30)包括多个连接点，每个连接点具有对应的通量仓索引，并且所述发光二极管连接器(24)到所述连接点之一的连接调节用于所述对应的通量仓索引的所述检测的驱动电流信号(38)。
3.如权利要求1所述的驱动器，其中所述通量索引选择器(30)包括可变部件(80)，该可变部件(80)具有对应的通量仓索引，并且可变部件(80)的选择调节用于对应的通量仓索引的所述检测的驱动电流信号(38)。
4.如权利要求3所述的驱动器，其中所述可变部件(80)从由电阻器、温度补偿电阻器、电容器、和电感器组成的组中选择。
5.如权利要求1所述的驱动器，其中所述通量索引选择器(30)包括数据连接(100)并且所述增益块(32)包括微处理器(104)。
6.如权利要求5所述的驱动器，其中所述数据连接(100)提供通量数据到所述微处理器(104)，所述通量数据从由所述驱动电流设定值、具有第一对应的通量仓索引的驱动电流设定值缩放因子、具有第二对应的通量仓索引的检测的驱动电流信号缩放因子、和所述关联的通量仓索引组成的组中选择。
7.如权利要求6所述的驱动器，其中所述微处理器(104)具有用于存储所述通量数据的存储器(106)。
8.如权利要求1所述的驱动器，其中通量索引选择器(30)包括关联的部件112，该关联的部件112整合到所述发光二极管串(26)。
9.如权利要求8所述的驱动器，其中所述关联的部件(112)从由电阻器、温度补偿电阻器、电容器和电感器组成的组中选择。
10.如权利要求1所述的驱动器，其中通量索引选择器(30)包括多个可操作地并联连接的关联的部件(112)，所述多个关联的部件(112)中的每一个与多个发光二极管串中的一个相关联。
11.一种用于发光二极管串的通量控制方法，包括：
提供驱动电流设定值；
使驱动电流流经所述发光二极管串；
检测所述驱动电流以生成检测的驱动电流信号；和
响应于在所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值之间的差别来控制所述驱动电流；其特征在于，
确定用于所述发光二极管串的通量仓索引；以及
响应于所述通量仓索引按比例缩放所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值中的至少一个。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述检测的驱动电流通过如下而被按比例缩放：
提供多个连接点，所述连接点中的每一个具有对应的通量仓索引；和
连接所述发光二极管串到与为所述发光二极管串确定的所述通量仓索引对应的连接点。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述检测的驱动电流信号在检测的驱动电流电路中生成，并且该检测的驱动电流信号通过调节所述检测的驱动电流电路的阻抗来按比例缩放。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述驱动电流设定值在驱动电流设定值电路中生成，并且通过调节所述驱动电流设定值电路的阻抗来按比例缩放所述驱动电流设定值。
15.一种用于发光二极管串的通量控制系统，包括；
用于提供驱动电流设定值的装置；
用于使驱动电流流经所述发光二极管串的装置；
用于检测所述驱动电流以生成检测的驱动电流信号的装置；
用于响应于在所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值之间的差异来控制所述驱动电流的装置；其特征在于，
所述通量控制系统还包括用于确定所述发光二极管串的通量仓索引的装置；和用于响应于所述通量仓索引来按比例缩放所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值中的至少一个的装置。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述缩放装置包括多个用于连接发光二极管串的装置，所述连接装置中的每一个具有对应的通量仓索引。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述用于按比例缩放的装置包括从由用于调节所述提供装置的阻抗的装置和用于调节所述检测装置的阻抗的装置组成的组中选择的装置。
18.一种照明系统，包括：
根据权利要求1-10中任何一个的发光二极管驱动器(20)；
通量索引选择器(30)；和
第一发光二极管组件(110)，该第一发光二极管组件(110)具有可操作地连接到第一关联的部件(112)的第一发光二极管串(26)；
其中，该第一发光二极管组件(110)可操作地连接到所述发光二极管驱动器(20)，并且所述第一关联的部件(112)生成所述检测的驱动电流信号(38)。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述第一发光二极管串(26)具有高电压端和低电压端，并且所述第一关联的部件(112)以从由与所述高电压端串联连接、与所述低电压端串联连接、以及与在所述高电压端和所述低电压端之间并联连接组成的组中所选择的方式被可操作地连接到第一发光二极管串(26)。
20.如权利要求18所述的系统，还包括：
第二发光二极管组件(130)，该第二发光二极管组件(130)具有可操作地连接到第二关联的部件(134)的第二发光二极管串(132)；
其中，所述第二发光二极管组件(130)可操作地并联连接到所述第一发光二极管组件(110)并且所述第二关联的部件(134)可操作地并联连接到所述第一关联的部件(112)。
21.如权利要求18所述的系统，其中，所述第一关联的部件(112)从由电阻器、温度补偿电阻器、电容器和电感器组成的组中选择。
22.如权利要求18所述的系统，其中，所述第一关联的部件(112)为可操作地并联连接到所述第一发光二极管串(26)的电阻器，所述发光二极管驱动器(20)可操作来施加反向电压到所述第一关联的部件(112)。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述发光二极管驱动器(20)可操作来在从由所述发光二极管驱动器(20)被加电时和周期性时间组成的组中所选择的时间施加所述反向电压。
24.如权利要求18所述的系统，其中，所述第一关联的部件(112)可操作来在所述第一发光二极管串(26)失败时关断所述发光二极管驱动器(20)。
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