CN101222805A

CN101222805A - 一种用于多串led分时调整的方法及使用该方法的驱动装置

Info

Publication number: CN101222805A
Application number: CNA2007103036537A
Authority: CN
Inventors: 王钊; 尹航; 田文博
Original assignee: Vimicro Corp
Current assignee: Vimicro Corp
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: CN101222805B; US7710049B2; US20090167197A1

Abstract

本发明披露了一种用于多串LED分时调整的方法，其中该每串支路上具有多个LED，并利用一具有预定占空比的开关模块控制开启与关断，包括采集通过该每一串支路的电流以形成反馈信号；提供一选通装置，用于控制所采集的该每一串支路的反馈信号分时供给；将该每一串支路的反馈信号分别与一预定的参考信号相比较；利用该比较后的误差结果调整该开关模块的占空比，以调整施加在该多串LED的电压直到所述反馈信号收敛于该预定的参考信号。通过引入反馈信号进行及时的电流调整，而忽略了不同LED之间PN结电压的差异，有效地避免了由于制造而导致的LED的特性不同，从而保证了各个LED装置亮度的一致。

Description

一种用于多串LED分时调整的方法及使用该方法的驱动装置

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其是涉及一种利用LED进行分时调整以提供均有亮度的方法和装置。

背景技术

由于发光二极管(LED)具有可靠、低耗能、低工作温度以及长使用寿命等优越性能，LED在人们生活当中越来越普及。众所周知，LED灯在直流电源下工作能够发挥出高亮度和长寿命的优点。在现有技术中，大多数的现有技术的感应式升压型LED驱动电路仅仅能驱动一个支路，其中这一支路上可以串联有多个LED，这样，就保证了每个LED的亮度的一致性，因为流过该每一个LED的电流是相等的。也就是说，各个LED之间的电流差异是零，其匹配良好。

目前，随着显示屏尺寸的增大，对于LCD显示屏来说，需要更多的LED以提供背照光。已经研制出了许多驱动电流以驱动具有多个支路的WLED。图1显示了这种现有技术的驱动电路，具有两个支路的LED装置20经过一个开关模块10接入电源，其中该每一各支路均串联有多个LED，例如：在第一个支路中串联有D11～D14，在第二个支路中串联有D21～D24，并且从该LED装置20中进行采样以便利用PWM控制器对整个LED装置20进行控制。如果，有相同的电流下，该每一LED的正向偏压相同，那么该每一支路上的电流就会匹配良好。遗憾的是，由于制造LED时，个体的差异不可避免，找到众多拥有相同PN结电压的LED几乎是不可能的。当每一个支路中串联3～5个LED时，在预定的电流下每个支路的压差可能会很大，甚至有时会相差1V左右，这就使得当利用同一个电源来驱动多个LED支路时而导致的电流不匹配。显然，这种现有技术的驱动装置忽略了WLED之间正向偏压的差异。此外，由于仅仅在第一个支路D11～D14中串联了采样电阻R1，它仅仅是对第一个支路进行电流的调整，以适应其它支路的电流。显然，在并联有更多的支路时，调整是非常有限的。

还有一些具有电荷泵的LED驱动电路被研制出可以驱动多个LED支路，但是在每个支路中仅仅具有一个LED装置，其应有也是有限的。如果在这种现有技术的驱动装置中，串联多个LED装置，同样会导致各个支路之间电流不匹配的问题。

为了解决各个支路之间电流匹配的问题，一些改进的设计方案引入了内部电流调整环(internal current regulation loop)，如图2所示。然而，这个调整电路将耗费额外的功率而导致效率降低。在两个支路之间，LED正向偏压的差异会消耗在MN1或MN2上。这种功耗最终会转变成热能。有时，这些热能非常大而影响电路的可靠性。此外，这个附加的调整电路又会引起复杂的稳定性的问题，并需要更多的设计以作保证。这些附加的设计还会占用更大的芯片面积，以及增加了芯片的成本。此外，MN1和MN2需要大功率以承受大电流，而运算放大器OP1和OP2需要占用更大的区域，因为其内的补偿电容的面积一般都很大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于多串LED的分时调整的方法以及应用该方法的驱动装置，以使每个串的LED分别得到调整，实现彼此之间电流和功效的匹配。

根据本发明的一种用于多串LED分时调整的方法，其中该每串支路上具有多个LED，并利用一具有预定占空比的开关模块控制开启与关断，该方法的特征在于：采集通过该每一串支路的电流以形成反馈信号；提供一选通装置，用于控制所采集的该每一串支路的反馈信号分时供给；将该每一串支路的反馈信号分别与一预定的参考信号相比较；利用该比较后的误差结果调整该开关模块的占空比，以调整施加在该多串LED的电压直到所述反馈信号收敛于该预定的参考信号。

根据本发明的一种分时调整方法的驱动装置，包括一采样电路，用于采集通过该每一串支路的电流以形成反馈信号；一选通装置，用于控制所采集的该每一串支路的反馈信号分时供给；一比较电路，将该每一串支路的反馈信号分别与一预定的参考信号相比较；和一调制控制器，根据该比较后的误差结果调制出具有预定占空比的信号，用于调整该开关模块的占空比，以进一步调整施加在该多串LED的电压直到所述反馈信号收敛于该预定的参考信号。

本发明的令每个支路LED分时工作的方法，通过引入反馈信号进行及时的电流调整，而忽略了不同LED之间PN结电压的差异，有效地避免了由于制造而导致的LED的特性不同，从而保证了各个LED装置亮度的一致。

本发明的驱动装置可以有效地降低成本，并有效地减少用于多串LED驱动的PCB板的尺寸。本发明均可以用于电荷泵WLED驱动装置和感应式WLED驱动装置。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的较佳实施例的描述，使得本发明的上述技术方案以及其它有点显而易见。

图1是一种现有技术的具有多个支路的LED的驱动装置；

图2是另一种现有技术的驱动装置，显示了一个内部电流调整电路；

图3是本发明的具有分时调整功能的驱动装置，显示了在每个支路上均采样反馈信号；

图4是本发明的选通装置的示意图，显示了利用一个D触发器而进行分时供应输出信号；

图5是PWM控制器的示意图，显示了利用反馈信号来调整电路的占空系数。

图6是本发明驱动装置的时序图；

图7显示了PWM控制器所输出的波形图；

图8显示了PWM控制器所输出的波形随误差放大器输出信号的变化示意图。

具体实施方式

下文，将详细描述本发明。

参阅图3，本发明的驱动装置包括一个开关模块10，具有一个预定的占空比；多串支路并联的LED装置20，其中每串支路上并联有多个LED，例如：第一支路上的D11～D14以及第二支路上的D21～D24；一个选通装置30，接收来自多串支路的采样信号FB1和FB2，用于控制各个支路进行分时工作；以及一个PWM控制器40，最终实现对整个电路的占空比加以调整。本发明在每一个支路中还串联有采样电阻R1和R2，以便将通过每个支路的电流信号转换成电压信号，并做为反馈信号FB1和FB2。此外，为保证每个支路能够及时关断，本发明在该每个支路中还串联有一个开关元件MN1和MN2，以对各个支路能够进行关断控制。

具体地，参阅图4，本发明的选通装置30包括：一对传输门SWA1和SWA2，其输入端用于接收来自采样电路的FB1和FB2，用于控制每一传输门的导通的控制级，以及输出级；一用于产生分时信号的D触发器DFF1，包括有输入端d，用于接收一使能信号ENA的时钟信号端ck，复位端r，正向输出端q和反向输出端qb；和一对逻辑与门AND1和AND2，其一个输入端分别与D触发器的正向输出端q和反向输出端qb连接，而他们的另一个输入端均与使能信号ENA连接，并且，其输出端分别连接到一对传输门SWA1和SWA2的控制极。

当复位端r信号UV到来的时候，本发明首先对D触发器DFF1复位。其次，同时参考图6，将D触发器DFF1的输入端与反向输出端qb连接起来。当连接到clk端的使能信号ENA上跳沿到来的时候，D触发器DFF1将数据发送给正向输出端q，并将该数据取非发送到反向输出端qb。这样，逻辑与门AND1的两个输入端分别接收到该使能信号ENA和正向输出端q的输出信号时，进一步将该该输出端q的信号进行输出，即信号ON_1，直到该使能信号ENA的下跳沿到来时，该逻辑与门AND1关断。接下来，当使能信号ENA的下一个上跳沿到来时，D触发器DFF1将数据发送给反向输出端qb，并将该数据取非发送到正向输出端q。这样，逻辑与门AND2的两个输入端分别接收到该使能信号ENA和反向输出端qb的输出信号时，进一步将该输出端qb的信号进行输出，即信号ON_2，直到该使能信号ENA的下跳沿到来时，该逻辑与门AND2关断。可见，一对逻辑与门AND1和AND2是分时导通的。

当有信号ON_1供给传输门SWA1的控制极时，该传输门SWA1导通，来自第一支路的反馈信号FB1向下传输；反之，当有信号ON_2供给传输门SWA2的控制极时，该传输门SWA2导通，来自第二支路的反馈信号FB2向下传输。这样，来自各个支路的反馈信号可以被交替地传输到控制器40，以便进一步做调整。

参阅图5，本发明的控制器40包括：一误差放大器42，其正向输入端接收一个预定的参考电压V_Ref，反向输入端接收来自选通装置30的反馈信号FB1或FB2；一PWM控制器44，其正向输入端用于接收该误差放大器42所输出的误差信号42；一个用于产生三角波信号的振荡器46，与该PWM控制器44的反向输入端相连；和一个驱动器48，用于驱动开关模块10。本发明的该放大器42将反馈信号FB1或FB2与参考电压信号V_Ref进行比较，并将比较结果进行适当放大用于输出，即信号CMP。

PWM控制器44可以将振荡器46产生的三角波信号Ramp与误差放大器的输出信号CMP进行比较，以输出一定占空比(高电平的时间占一个周期时间的比例)的方波信号PWMO。参阅图7，误差放大器根据Ref和FB的电压来决定输出CMP信号，由于FB连接在误差放大器的负输入端，所以如果FB比Ref的电压低，CMP的电压就会升高，从图8可以看出，如果CMP电压升高，PWMO的占空比(高电平的时间占一个周期时间的比例)就会增大，对于如图3所示的开关型升压电路来说，VBST的电压和VIN满足下列等式：

VBST = \frac{1}{1 - D} . VIN

--------------------------------------------------公式一

其中D为开关的占空比，也等于PWMO信号的占空比，其值在0％和100％之间。由此式可知，如果D增大，VBST的电压会升高，从而LED的电流会增加，在采样电阻R1或R2上的压降会增加，即FB1或FB2的电压会增加，这种负反馈最终使FB1或FB2的电压和Ref的电压趋于相等。在环路调节稳定时，FB的电压应近似等于Ref的电压。所以该第一支路的LED的调整电流应满足下列关系式：

I_{1} = \frac{V_{FB 1}}{R_{1}} = \frac{V_{Ref}}{R_{1}}

-------------------------------公式二

同理，当第二支路LED处于环路调节状态时，其调整电流应满足下列关系式：

I_{2} = \frac{V_{FB 2}}{R_{2}} = \frac{V_{Ref}}{R 2}

--------------------------------公式三

如果R1＝R2，则第一串LED的电流等于第二串LED的电流。可见，本发明的分时调整方法可以忽略LED的个体差异，而直接与采样电阻和参考电压相关。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种用于多串LED分时调整的方法，其中该每串支路上具有多个LED，并利用一具有预定占空比的开关模块控制开启与关断，该方法的特征在于：

采集通过该每一串支路的电流以形成反馈信号；

提供一选通装置，用于控制所采集的该每一串支路的反馈信号分时供给；

将该每一串支路的反馈信号分别与一预定的参考信号相比较；

利用该比较后的误差结果调整该开关模块的占空比，以调整施加在该多串LED的电压直到所述反馈信号收敛于该预定的参考信号。

2.根据权利要求1所述的分时调整方法，其特征在于，采集通过该每一串支路的电流的步还包括在每一串支路上串联一采样电阻，用于将该电流信号转换成电压信号。

3.根据权利要求2所述的分时调整方法，其特征在于，提供一选通装置的步还包括

提供多个传输门，用于分别接受各串支路的反馈信号，其中该传输门具有一栅极；

提供一D触发器，利用该D触发器的正向输入端和反向输入端将一使能信号转换成分时信号，分别输出给各该传输门的栅极。

4.根据权利要求3所述的分时调整方法，其特征在于，将该每一串支路的反馈信号分别与一预定的参考信号相比较的步还包括

提供一误差放大器，其反向输入端用于接受来自各串支路的反馈信号。

5.根据权利要求4所述的分时调整方法，其特征在于，调整该开关模块的占空比的步包括

提供一脉宽调制比较器，用于将该误差放大器所输出的误差信号与一具有预定频率的三角波信号进行比较后输出一具有预定占空比的信号。

6.根据权利要求5所述的分时调整方法，其特征在于，该每串支路的调整电流满足下列关系式：

I = \frac{Vref}{R}

其中，I表示该每串支路的调整电流，Vref表示该预定的参考电压信号，R表示该每一支路的采样电阻。

7.根据权利要求3至6任意项所述的分时调整的方法，其特征在于，还包括

在各串支路中分别提供一个开关元件，利用该分时信号控制该开关元件的导通与关断。

8.一种使用如权利要求1的分时调整方法的驱动装置，包括

一采样电路，用于采集通过该每一串支路的电流以形成反馈信号；

一选通装置，用于控制所采集的该每一串支路的反馈信号分时供给；

一比较电路，将该每一串支路的反馈信号分别与一预定的参考信号相比较；和

一调制控制器，根据该比较后的误差结果调制出具有预定占空比的信号，用于调整该开关模块的占空比，以进一步调整施加在该多串LED的电压直到所述反馈信号收敛于该预定的参考信号。

9.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，该采样电路包括一串联在该每串支路上的采样电阻。

10.根据权利要求所述的驱动装置，其特征在于，该选通装置包括

至少两个传输门，该每一传输门具有

一栅极；

一输入端，分别接收各串支路的反馈信号，和

一输出端；以及

一D触发器，具有

一时钟信号端，用于接收一使能信号；

一正向输出端，用于输出该使能信号的其中一个时段的信号，和

一反向输出端；用于输出该使能信号另一个时段的信号。

11.根据权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，该选通装置还包括多个逻辑与门，用于将该正向输出端和反向输出端输出的信号分别与该使能信号进行“逻辑与”后供给各该传输门的栅极。

12.根据权利要求11所述的驱动装置，其特征在于，该每串支路中还串联有

一开关元件，其栅极与该每一逻辑与门的输出级相连。

13.根据权利要求11或12所述的驱动装置，其特征在于，该比较电路包括一误差放大器，其中各该反馈信号经汇集后供给该比较器的反向输入端，其正向输入端用于接收一预定的参考电压。

14.根据权利要求13所述的驱动装置，其特征在于，该调制控制器包括

一振荡器，用于产生预定频率的三角波信号；

一脉宽调制比较器，用于输出具有预定占空比的信号，其反向输入端用于接受该三角波信号，其正向输入端用于接受该误差放大器的输出信号，和

一驱动器，将该调制出的具有预定占空比的信号供给该开关模块，以控制该开关模块的开启与关断的时间。