CN101929632B - Led发光装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED发光装置以及驱动方法，并且公开了一种当采用脉冲宽度调制方法驱动时可以提高通过LED链的链电流的压摆率的技术。为此，本发明包括由多个连续且串联地连接的LED元件构成的LED链，连接至所述LED链的端部并且执行开关操作的电流控制开关，以及根据脉冲宽度调制信号控制所述电流控制开关的开关操作的运算放大器。当脉冲宽度调制信号在接通状态时，LED驱动器对运算放大器的输出电压采样，而当脉冲宽度调制信号在截止状态时，保持运算放大器的输出电压。

Description

LED发光装置及其驱动方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年6月26日递交韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2009-0057914的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及LED发光装置以及驱动方法。更特别地，本发明涉及一种采用脉冲宽度调制方法的LED发光装置及其驱动方法。
背景技术
LED发光装置包括由多个串联布置的LED元件构成的LED链(channel)，以及用于控制通过LED链的电流的恒定电流源。该恒定电流源包括流入电流源，该流入电流源通过使用运算放大器来控制通过每个LED链的电流使其恒定。
存在控制LED元件的亮度的模拟方法及脉冲宽度调制方法。模拟方法控制通过LED元件的持续电流的大小。脉冲宽度调制方法控制具有恒定大小且非持续流过LED元件的电流的脉冲宽度。当流过LED元件的电流较小时，模拟方法存在色度坐标变化，而因为脉冲宽度调制方法不存在色度坐标变化，所以主要使用脉冲宽度调制方法。
图1为示出脉冲宽度调制信号、流过LED链的链电流、以及运算放大器的输出电压的波形图。在图1中，(b)为(a)的波形图中脉冲宽度调制信号从高电平过渡到低电平的部分的放大视图。
参照图1，脉冲宽度调制PWM信号为具有特定周期的高脉冲信号。在脉冲宽度调制PWM信号为低电平的时段内，运算放大器输出高电平的输出电压Va。在运算放大器的输出电压Va在预定时间内为高电平的时段内，链电流ILED流过LED链。
然而，如(b)所示，当脉冲宽度调制PWM信号从高电平降至低电平时，运算放大器的输出电压Va不根据脉冲宽度调制PWM信号而升高。其具有预定延迟时间。这是由于运算放大器的通电延迟的原因。因此，在链电流ILED中产生预定延迟。
换句话说，存在运算放大器的输出电压Va及链电流ILED的压摆率(slewrate)劣化的问题。此外，为解决运算放大器的通电延迟，可为运算放大器提供大电流。但这会产生不必要的能量消耗。
在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此，上述信息中可能包括不构成已在国内为本领域一般技术人员所知悉的现有技术的信息。
发明内容
本发明在于解决上述问题，并且作出本发明，以提供一种LED发光装置和一种驱动方法，用于在采用脉冲宽度调制方法驱动时，提高流过LED链的链电流的压摆率。
一种LED发光装置，包括：由多个连续且串联地连接的LED元件构成的LED链；连接至所述LED链并且执行开关操作的电流控制开关；以及包括运算放大器的LED驱动器，该运算放大器根据脉冲宽度调制信号控制所述电流控制开关的开关操作。当脉冲宽度调制信号在接通状态时，LED驱动器对运算放大器的输出电压采样；而当脉冲宽度调制信号在截止状态时，根据采样电压保持运算放大器的输出电压。
此外，该LED发光装置还包括电容器，当脉冲宽度调制信号在接通状态时，采样电压对该电容器充电；而当脉冲宽度调制信号在截止状态时，运算放大器输出电容器的充电电压。该LED发光装置还包括第一开关单元，当脉冲宽度调制信号在截止状态时，该第一开关单元将电容器连接至运算放大器的第一输入端，并将运算放大器的第二输入端连接至运算放大器的输出端。
第一开关单元包括：将电容器连接至运算放大器的第一输入端的第一传输门；将运算放大器的输出端连接至运算放大器的第二输入端的第二传输门；以及将电流控制开关的栅极端接地的连接控制开关。LED发光装置还包括：产生预定参考电流的参考电流源；参考电阻器，其一端连接至参考电流源，并且另一端接地；以及检测电阻器，其一端连接至电流控制开关，并且另一端接地。
该LED发光装置还包括第二开关单元，当脉冲宽度调制信号在接通状态时，该第二开关单元将运算放大器的第一输入端连接至参考电阻器的一端，将运算放大器的第二输入端连接至检测电阻器的一端，并且将运算放大器的输出端连接至电流控制开关的栅极端和电容器。第二开关单元包括：将参考电阻器的一端连接至运算放大器的第一输入端的第一传输门；将电容器连接至运算放大器的输出端的第二传输门；将检测电阻器的一端连接至运算放大器的第二输入端的第三传输门；以及将运算放大器的输出端连接至电流控制开关的栅极端的第四传输门。
一种LED发光装置的驱动方法，该LED发光装置包括：由多个连续且串联地连接的LED元件构成的LED链；连接至所述LED链并执行开关操作的电流控制开关；以及包括运算放大器的LED驱动器，该运算放大器根据脉冲宽度调制信号控制电流控制开关的开关操作。所述方法包括：当脉冲宽度调制信号在接通状态时对运算放大器的输出电压采样的步骤；以及当脉冲宽度调制信号在截止状态时根据采样电压保持运算放大器的输出电压的步骤。
LED发光装置的驱动方法还包括：当脉冲宽度调制信号在接通状态时采样电压对电容器充电的步骤。对运算放大器的输出电压采样的步骤包括：将预定参考电压输入运算放大器的第一输入端的步骤；将取决于链电流的预定检测电压输入运算放大器的第二输入端的步骤；以及将电容器连接至运算放大器的输出端的步骤。
根据采样电压保持运算放大器的输出电压的步骤包括：将电容器连接至运算放大器的第一输入端的步骤；将运算放大器的第二输入端连接至运算放大器的输出端的步骤；以及截止电流控制开关的步骤。
如上所述，根据本发明，当通过脉冲宽度调制方法驱动时，可以提高流过LED链的链电流的压摆率。
附图说明
图1为示出脉冲宽度调制信号、流过LED链的链电流、以及运算放大器的输出电压的波形图；
图2为示出根据本发明的一个示范实施例的LED发光装置的电路图；
图3为示出当脉冲宽度调制PWM信号在接通状态时LED发光装置的驱动方法的视图；
图4为示出当脉冲宽度调制PWM信号在截止状态时LED发光装置的驱动方法的视图；
图5A为示出根据本发明的一个示范实施例的脉冲宽度调制信号、流过LED链的链电流、以及运算放大器的输出信号的波形图；
图5B为示出根据本发明的一个示范实施例的脉冲宽度调制信号、流过LED链的链电流、以及运算放大器的输出信号的波形图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，仅通过举例说明，示出和描述本发明的仅仅某些示范实施例。本领域技术人员应当意识到，可以以各种不同的方式对所描述的实施例进行修改，而所有这些不脱离本发明的精神和范围。
因此，应认为附图和描述本质上是说明性的而非限制性的。在整个说明书中，相同的标号表示相同的元件。在整个本说明书及随附的权利要求书中，当描述一个元件与另一元件“耦合”时，该元件可以与该另一元件“直接耦合”或者通过第三元件与该另一元件“电耦合”。
此外，除非有相反的明确说明，用词“包括”应被理解为意指包含所描述的元件，但不排除还包含任何其他的元件。
图2为示出根据本发明的一个示范实施例的LED发光装置的电路图。
参照图2，LED发光装置包括DC/DC转换器10、电阻分压器20、LED链30、参考电流源40、参考电阻器Rref、反相器IV1、电容器C1、LED驱动器50、以及第一开关单元60和第二开关单元70。
DC/DC转换器10输入一输入电压Vin并产生具有预定电平的输出电压VOUT。DC/DC转换器10感测分压VD并控制输出电压VOUT。
电阻分压器20采用电阻器对DC/DC转换器10的输出电压VOUT进行分压，并输出分压VD。电阻分压器20包括电阻器R1和电阻器R2。电阻器R1和电阻器R2串联连接在DC/DC转换器10的输出端与接地端之间。
LED链30包括多个连续串联连接的LED元件。参考电流源40产生参考电流Iref。参考电阻器Rref的一端连接至参考电流源40，并且参考电阻器Rref的另一端接地。
因为参考电流Iref流过参考电阻器Rref，所以在参考电阻器Rref的一端产生参考电压Vref。换句话说，参考电压Vref是根据参考电流Iref和参考电阻器Rref确定。
电容器C1的一端连接在传输门TG2和传输门TG5之间。电容器C1的另一端接地。反相器IV1使脉冲宽度调制信号反相并且输出反相脉冲宽度调制信号。脉冲宽度调制信号为具有预定周期的高脉冲信号。根据脉冲宽度调制信号的高脉冲宽度控制LED链30的多个LED元件的光输出。
当脉冲宽度调制信号为高电平(在下文中称为截止状态)时，LED驱动器50阻止链电流ILED流过LED链30。当脉冲宽度调制信号为低电平(在下文中称为接通状态)时，LED驱动器50根据参考电流Iref控制流过LED链30的链电流ILED的大小。当脉冲宽度调制信号在截止状态时，运算放大器AMP1的输出电压Va由电容器C1的充电电压Vc控制。
LED驱动器50包括运算放大器AMP1、电流控制开关M1、以及检测电阻器Rs。运算放大器AMP1根据脉冲宽度调制信号控制电流控制开关M1的开关操作。运算放大器AMP1的同相输入端(+)连接至传输门TG1和传输门TG2。反相输入端(-)连接至传输门TG3和传输门TG4。运算放大器AMP1的输出端OUT连接至传输门TG5和传输门TG6。
电流控制开关M1的漏极端连接至LED链30的一端，并且电流控制开关M1的源极端连接至检测电阻器Rs的一端。检测电阻器Rs的另一端接地。因为链电流ILED通过电流控制开关M1流入检测电阻器Rs，所以在检测电阻器Rs的一端产生检测电压Vs。
当脉冲宽度调制信号在截止状态时，第一开关单元60将电容器C1连接至运算放大器AMP1的同相输入端(+)，并且将运算符放大器AMP1的反相输入端与输出端连接。此外，第一开关单元60将连接控制开关M2的栅极端接地。第一开关单元60包括传输门TG2和TG4，以及连接控制开关M2。
当脉冲宽度调制信号在接通状态时，第二开关单元70将电容器C1和连接控制开关M1的栅极端连接至运算放大器AMP1的输出端OUT，将运算放大器的同相输入端(+)连接至参考电阻器Rref的一端，以及将运算放大器的反相输入端(-)连接至检测电阻器Rs的一端。
第二开关单元70包括传输门TG1、TG3、TG5、TG6。第二开关单元70和第一开关单元60的详细配置将在下文中予以描述。多个传输门TG1～TG5由不同的类型制成，并且例如可以是NMOSFET或者PMOSFET。
多个传输门TG1至TG5分别由脉冲宽度调制信号和反相脉冲宽度调制信号控制。详细而言，当脉冲宽度调制信号为低电平而反相脉冲宽度调制信号为高电平时，传输门TG1接通并且将参考电阻器Rref的一端连接至运算放大器AMP1的同相输入端(+)。
当脉冲宽度调制信号为高电平而反相脉冲宽度调制信号为低电平时，传输门TG2接通并且将电容器C1的一端连接至运算放大器AMP1的同相输入端(+)。
当脉冲宽度调制信号为低电平而反相脉冲宽度调制信号为高电平时，传输门TG3接通并且将检测电阻器Rs连接至运算放大器AMP1的反相输入端(-)。
当脉冲宽度调制信号为高电平而反相脉冲宽度调制信号为低电平时，传输门TG4接通并且将运算放大器AMP1的输出端OUT连接至运算放大器AMP1的反相输入端(-)。
当脉冲宽度调制信号为低电平而反相脉冲宽度调制信号为高电平时，传输门TG5接通并且将电容器C1的一端连接至运算放大器AMP1的输出端OUT。
当脉冲宽度调制信号为低电平而反相脉冲宽度调制信号为高电平时，传输门TG6接通并且将运算放大器AMP1的输出端OUT连接至电流控制开关M1的栅极端。
连接控制开关M2根据脉冲宽度调制信号将电流控制开关M1的栅极端连接至传输门TG6和接地端二者之一。
当脉冲宽度调制信号为低电平时，连接控制开关M2将电流控制开关M1的栅极端连接至传输门TG6。
当脉冲宽度调制信号为高电平时，连接控制开关M2将电流控制开关M1的栅极端连接至接地端。
图3为示出当脉冲宽度调制PWM信号在接通状态时LED发光装置的驱动方法的视图。
此外，根据多个传输门TG1至TG6的连接状态，图3简要地示出图2所示的电路。参照图3，对于脉冲宽度调制信号为低电平的时段，传输门TG1、TG3、TG5和TG6接通，而传输门TG2和TG4以及连接控制开关M2截止。
此时，参考电压Vref被输入运算放大器AMP1的同相输入端(+)，而检测电压Vs被输入运算放大器AMP1的反相输入端(-)。
运算放大器AMP1输出一输出电压Va。在运算放大器AMP1中，对输出电压Va进行控制，使得检测电压Vs与参考电压Vref相同。此时，运算放大器AMP1的输出端OUT连接至电容器C1。输出电压Va被采样。当脉冲宽度调制信号在接通状态时，电容器C1的充电电压Vc为运算放大器AMP1的输出电压Va。
图4为示出当脉冲宽度调制PWM信号在截止状态时LED发光装置的驱动方法的视图。
此外，根据多个传输门TG1至TG6的连接状态，图4简要地示出图2所示的电路。
参照图4，对于脉冲宽度调制信号为高电平的时段，传输门TG2和TG4以及连接控制开关M2接通，而传输门TG1、TG3、TG5和TG6截止。
此时，电容器C1与运算放大器AMP1的同相输入端(+)连接，而运算放大器AMP1的反相输入端(-)与输出端OUT连接。因此，运算放大器AMP1的输出电压Va根据电容器C1的充电电压Vc确定。
当脉冲宽度调制信号从接通状态变成截止状态时，充电电压Vc降低至比在脉冲宽度调制信号为接通状态时所采样得到的电压更小的电压。
图5A为示出根据本发明的一个示范实施例的脉冲宽度调制信号、流过LED链的链电流、以及运算放大器的输出信号的波形图。
图5B为示出根据本发明的一个示范实施例的脉冲宽度调制信号、流过LED链的链电流、以及运算放大器的输出信号的波形图。
图5B示出图5A所示的波形图中的放大的时段，在该时段中，脉冲宽度调制信号从高电平变成低电平。
参考图5A和图5B，对于脉冲宽度调制信号为高电平的时段，运算放大器AMP1的输出电压Va保持为充电电压Vc。
如图5A和图5B所示，与脉冲宽度调制信号为低电平的时段相比，充电电压Vc低。当脉冲宽度调制信号从高电平变成低电平时，运算放大器AMP1的输出电压Va快速上升。
据此，可提高运算放大器AMP1的输出电压Va以及链电流ILED的压摆率。
尽管结合当前认为实用的示范实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的实施例，相反地，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改及等同布置。

Claims (8)

1.一种LED发光装置，包括：
由多个连续且串联地连接的LED元件构成的LED链；
连接至所述LED链并且执行开关操作的电流控制开关；
以及包括运算放大器的LED驱动器，该运算放大器根据脉冲宽度调制信号控制所述电流控制开关的开关操作；
电容器；以及
第一开关单元，当所述脉冲宽度调制信号在截止状态时，该第一开关单元将所述电容器连接至所述运算放大器的第一输入端，以及将所述运算放大器的第二输入端连接至所述运算放大器的输出端，
其中，
当所述脉冲宽度调制信号在接通状态时，所述LED驱动器对所述运算放大器的输出电压采样；而当所述脉冲宽度调制信号在截止状态时，根据采样电压保持所述运算放大器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的LED发光装置，其中，
当所述脉冲宽度调制信号在接通状态时，所述采样电压对该电容器充电，以及
当所述脉冲宽度调制信号在截止状态时，所述运算放大器输出所述电容器的充电电压。
3.根据权利要求2所述的LED发光装置，其中，所述第一开关单元包括：
第一传输门，该第一传输门将所述电容器连接至所述运算放大器的第一输入端；
第二传输门，该第二传输门将所述运算放大器的输出端连接至所述运算放大器的第二输入端；以及
连接控制开关，该连接控制开关将所述电流控制开关的栅极端接地。
4.根据权利要求2所述的LED发光装置，还包括：
参考电流源，该参考电流源产生预定参考电流；
参考电阻器，该参考电阻器的一端连接至所述参考电流源并且另一端接地；以及
检测电阻器，该检测电阻器的一端连接至所述电流控制开关并且另一端接地。
5.根据权利要求4所述的LED发光装置，还包括：
第二开关单元，当所述脉冲宽度调制信号在接通状态时，该第二开关单元将所述运算放大器的第一输入端连接至所述参考电阻器的一端，将所述运算放大器的第二输入端连接至所述检测电阻器的一端，以及将所述运算放大器的输出端连接至所述电流控制开关的栅极端和所述电容器。
6.根据权利要求5所述的LED发光装置，其中，所述第二开关单元包括：
第一传输门，该第一传输门将所述参考电阻器的一端连接至所述运算放大器的第一输入端；
第二传输门，该第二传输门将所述电容器连接至所述运算放大器的输出端；
第三传输门，该第三传输门将所述检测电阻器的一端连接至所述运算放大器的第二输入端；以及
第四传输门，该第四传输门将所述运算放大器的输出端连接至所述电流控制开关的栅极端。
7.一种LED发光装置的驱动方法，该LED发光装置包括：
由多个连续且串联地连接的LED元件构成的LED链；连接至所述LED链并且执行开关操作的电流控制开关；以及包括运算放大器的LED驱动器，该运算放大器根据脉冲宽度调制信号控制电流控制开关的开关操作，其中，该方法包括：
当所述脉冲宽度调制信号在接通状态时对所述运算放大器的输出电压采样的步骤；以及
当所述脉冲宽度调制信号在截止状态时根据采样电压保持所述运算放大器的输出电压的步骤，
其中，
根据所述采样电压保持所述运算放大器的输出电压的步骤包括：
将电容器连接至所述运算放大器的第一输入端的步骤；
将所述运算放大器的第二输入端连接至所述运算放大器的输出端的步骤；以及
截止所述电流控制开关的步骤。
8.根据权利要求7所述的LED发光装置的驱动方法，还包括：
当所述脉冲宽度调制信号在接通状态时，所述采样电压对所述电容器充电的步骤；并且，
所述对运算放大器的输出电压采样的步骤包括：
将预定参考电压输入所述运算放大器的第一输入端的步骤；
将取决于LED链电流的预定检测电压输入所述运算放大器的第二输入端的步骤；以及
将所述电容器连接至所述运算放大器的输出端的步骤。
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