CN102045921A - 具有采样和保持反馈控制的电路及方法 - Google Patents

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CN102045921A CN2010105057084A CN201010505708A CN102045921A CN 102045921 A CN102045921 A CN 102045921A CN 2010105057084 A CN2010105057084 A CN 2010105057084A CN 201010505708 A CN201010505708 A CN 201010505708A CN 102045921 A CN102045921 A CN 102045921A
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Abstract

本发明涉及具有采样和保持反馈控制的电路及方法，并针对一种驱动器电路以及用于保持驱动器电路的工作状态的方法。所述驱动器电路包括电容器，该电容器连接至运算放大器的反相输入端和通过一个开关连接至电流敏感型负载的一端。所述运算放大器的输出端连接至开关调整器，所述开关调整器的输出端连接至电流敏感型负载的另一端。能量存储元件连接至所述运算放大器的反相输入端。在PWM脉冲的第一部分期间，能量被存储在能量存储元件中，该能量在PWM脉冲的第二部分期间被用来产生误差信号。根据该误差信号产生驱动信号，该驱动信号在PWM脉冲的第二部分期间被用来产生对电流源进行偏置的电压。

Description

具有采样和保持反馈控制的电路及方法
技术领域
本发明总体上涉及电子电路，更具体地涉及用于驱动电流敏感型负载的方法和电路。
背景技术
半导体元件用在移动电话、便携式计算机、计算器、照相机、个人数字助理(PDA)、视频游戏控制器等便携式应用中，以及大型计算机、测试设备、汽车、通信、制造等非便携式应用中。在其中的一些应用中，可能期望半导体元件来驱动电流敏感型负载或器件，例如发光二极管(LED)。LED被称为电流敏感器件，因为LED的亮度由流经LED的电流量来控制。驱动LED的常用技术涉及利用脉宽调制(PWM)信号。图1示出了通过PWM信号驱动LED负载的示例。图1示出了现有技术中用于驱动LED串22的驱动器电路10的电路原理图。驱动器电路10包括运算放大器14，其输出端通过DC/DC变换器18耦接至电流敏感型负载16。更具体地讲，运算放大器14具有反相输入端、同相输入端、输出端和使能端，其中输出端连接至DC/DC变换器18的输入端，耦接同相输入端来接收工作电位源(例如参考电位VREF)，反相输入端共用地连接至开关20的一端和LED串22的一个LED的阴极。该阴极被称为LED串22的阴极。开关20的另一端连接至电流源24。开关20的控制端连接至运算放大器14的使能端，用于接收PWM信号。DC/DC变换器18的输出端耦接至LED串22的一个LED的阳极。该阳极被称为LED串22的阳极。
工作期间，PWM信号闭合和打开开关20，其中闭合开关20会开启或点亮LED串22，打开开关20会使LED串22变暗。当开关20闭合时，驱动器电路10以闭环结构工作；当开关20打开时，驱动器电路10以开环结构工作。在闭环结构中，电流源/吸收器24吸收恒流，LED串20产生光信号。为了吸收恒流，应当在电流源/吸收器24两端传输足够的电压。这通常通过感测连接至运算放大器14的LED串22的阴极端的电压并且将其与参考电压VREF进行比较来实现。响应于这些输入信号，运算放大器14产生误差信号，该误差信号被施加给DC/DC变换器18，以改变(即，增大或减小)其输出电压，从而调节连接至DC/DC变换器18的输出端的LED串22的那个LED的阳极端的电压。调节LED串22的阳极端的电压会进而将其阴极端的电压调节至目标值。然而，将PWM信号作为控制信号会导致LED串22的正向电压在其标称的“导通(on)”电压和其“断开(off)”电压之间切换，其中“断开”电压由暗电流确定。
如上所述，PWM信号通过打开开关20来使LED串22变暗。在变暗期间，即，当PWM信号不起作用时，反馈回路打开，LED串22的阴极上的电压不能够再用于确定系统反馈误差信号。当PWM信号再次开启，或者变为激活时，开关20闭合。然而，来自DC/DC变换器18的输出功率可能不会立刻等于LED串22所需的负载功率。图2示出了在开关20闭合之后和DC/DC变换器18能够传输其峰值输出电流之前存在延迟的曲线30。例如，该延迟为70微秒。当PWM信号变为激活时LED串22所需的能量超过了能够从DC/DC变换器18获得的能量。因此，最终的稳态工作条件不能保持LED串22所期望的恒流，这是由于PWM脉冲具有小于70微秒的间隔。在这种情况下，恒流调节失败，PWM调光变为非线性调光。图3示出了能够获得的能量与PWM信号的间隔之间的关系曲线35。在图3中，参考标号37表示的线示出了DC/DC变换器18所需的能量或电荷，以便DC/DC变换器18能够给LED串22提供足够的能量。参考标号39表示的线是LED串22能够获得的能量。在第一个70微秒，LED串22能够获得的能量小于LED串22所需的能量。该系统的缺点在于最小的有用PWM脉冲定时受到限制，这限制了系统性能。虽然响应较快的DC/DC变换器可以有助于提高系统性能，但是其增加了系统成本，并且可能引入诸如有害的电磁干扰(EMI)噪声等额外问题。
因此，有利的是，提供一种结构和方法，其能够在具有由开关调整器驱动并且不会引入额外误差源的例如LED串之类的电流敏感型负载的系统中使用PWM。该结构和方法的进一步优点是实现成本低。
附图说明
通过结合附图对以下的详细描述进行阅读能够更好地理解本发明，附图中相同的参考标号表示相同的元件，其中：
图1是现有技术中适于驱动电流敏感型负载的驱动器电路的电路原理图；
图2是图1的驱动器电路的峰值输出响应的曲线；
图3是图2的驱动器电路的能够获得的能量相对时间的曲线；
图4是根据本发明一个实施方式的用于驱动电流敏感型负载的驱动器电路的原理图；
图5是根据本发明另一个实施方式的用于驱动电流敏感型负载的驱动器电路的原理图；
图6是根据本发明另一个实施方式的用于驱动电流敏感型负载的驱动器电路的原理图；
图7是根据本发明另一个实施方式的用于驱动电流敏感型负载的驱动器电路的原理图；以及
图8是根据本发明另一个实施方式的用于驱动电流敏感型负载的驱动器电路的原理图。
具体实施方式
总体来说，本发明提供了一种具有采样和保持反馈控制机制的电路以及用于操作该电路的方法。根据本发明的一个实施方式，在PWM激活阶段期间在电容器上对阴极电压感测信号进行取样。在随后的PWM非激活阶段期间，能够获得该采样电压，以提供开关调整器要使用的反馈信号。根据另一个实施方式，在PWM激活阶段期间，LED串的工作正向电压被存储在电容器上，该存储电压使得能够在PWM非激活阶段期间连续调节LED串的阳极端的电压。本发明的实施方式的一个优点在于通过使用例如电容分压网络，可以在PWM非激活阶段期间，利用加权因子来调节LED串的阳极端的电压。
图4是根据本发明的一个实施方式的整体集成的驱动器电路100的电路原理图。图4示出了运算放大器102，其输出端通过开关调整器(switching regulator)112耦接至电流敏感型负载116。更具体地讲，运算放大器102具有反相输入端、同相输入端、输出端和使能端，其中输出端连接至开关调整器112的输入端，耦接同相输入端来接收例如参考电位VREF的电位源，以及反相输入端共用地连接至开关104的一端和能量存储元件110的一端。例如，能量存储元件110是采样和保持电容器，其可以是分立的电容器，也可以是驱动器电路100的整体集成的一部分。另外，开关104的第二端共用地连接至开关106的一端和电流敏感型负载116的一端，从而形成节点117。开关106的另一端耦接至电流源/吸收器108。开关104和106具有控制端，这两个控制端彼此连接并且连接至PWM延迟元件118的输入端。优选地，延迟元件118是下降沿触发的延迟元件，其在PWM脉冲的下降沿开始时进行延迟，即拉长PWM信号的脉冲宽度。开关104和106的控制端以及PWM延迟元件118的输入端耦接在一起，用来接收用作控制信号的PWM脉冲或PWM信号。采样和保持电容器110以及电流源/吸收器108的各自一端耦接来接收工作电位源Vss。例如，工作电位源Vss为地电位。
延迟元件118的输入端连接至延迟电容器120的一端，其输出端连接至运算放大器102的使能端。耦接延迟电容器120的另一端来接收工作电位源Vss。应当注意，延迟元件118和电容器120是可以省略的可选特征。开关调整器112的输出端连接至负载116的一端，并且将驱动信号传输给负载116。例如，驱动器电路100用于驱动诸如发光二极管(LED)、一串或者多个串联连接的LED之类的电流敏感型负载。例如，电流敏感型负载116由以串联结构连接的多个LED1221，...，122n组成。更具体地讲，LED 1221的阳极连接至开关调整器112的输出端，LED 1221的阴极耦接至LED 122n的阳极，LED 122n的阴极连接至开关104和106的共用连接端。因此，LED 1221的阳极和LED 122n的阴极用作电流敏感型负载116的端子。LED 1221，...，122n还被称为LED串。参考标号122后的下标“n”是整数，其表示LED串可以由一个、两个、三个等LED组成，其中当LED个数多于一个时，串联连接LED。如上所述，电流敏感型负载116可以由单个LED(例如LED 1221)组成，其阳极连接至开关调整器112的输出端，其阴极共用地连接至开关104和106。
工作时，PWM脉冲或信号从逻辑低电压电平转变到逻辑高电压电平，逻辑高电压电平将开关104和106闭合，从而将驱动器电路100的反馈回路闭合。当脉冲处于逻辑高电压电平时，其被称为脉冲的第一部分。闭合开关104会将LED 122n的阴极连接至运算放大器102的反相输入端，而闭合开关106会将LED 122n的阴极连接至电流源/吸收器108。电流源/吸收器108连接至LED 122n的阴极，恒流ILOAD将流经LED 1221，...，122n。响应于电流ILOAD和来自开关调整器112的输出电压，LED 1221，...，122n发光。在开关104和106处于闭合位置时，采样和保持电容器110被充电到LED 122n的阴极(即，节点117)的电压电平。换句话说，在开关104和106闭合时，能量被存储在采样和保持电容器110中。除了对采样和保持电容器110充电之外，定时电容器120也被充电到为延迟元件118设置延迟时间的电压电平。在闭环结构中，电流源/吸收器108吸收电流ILOAD，LED 1221，...，122n产生光信号。为了吸收电流ILOAD，应当给节点117传输足够的电压。这通常通过感测连接至运算放大器102的LED 122n的阴极电压并且将其与参考电压VREF进行比较来实现。运算放大器102产生误差信号，该误差信号施加给开关调整器112，以改变(即，增大或减小)其输出电压，从而调节LED 1221的阳极电压。调节LED 1221的阳极电压进而将LED 122n的阴极电压调节至其目标值，即，调节LED串1221，...，122n的阳极端上的电压将会调节LED串1221，...，122n的阴极端上的电压。
当PWM脉冲处于逻辑低电压电平时，开关104和106打开。脉冲的这部分可以称为第二部分。开关104和106打开，在脉冲的第一部分期间存储在电容器110中的能量用来产生误差信号。更具体地讲，存储在电容器110中的能量给运算放大器102的反相输入端提供输入信号，运算放大器在其输出端产生误差信号。该误差信号表示当开关104和106闭合时在LED 122n的阴极(即，节点117)上出现的电压。响应于该误差信号，开关调整器112在其输出端产生输出电压，该输出电压施加给负载116，即LED 1221，...，122n。开关调整器112的输出电压被称为驱动信号或驱动电压，用来产生节点117处的电压。节点117处的电压是开关调整器112的输出电压和负载116两端的电压之间的差。因此，即使PWM脉冲处于逻辑低电压电平，误差信号也能将反馈控制回路保持在激活状态。另外，延迟元件118和延迟电容器120用作定时器电路，该定时器电路连同来自采样和保持电容器110的信号来延长反馈误差信号被发送到开关调整器112的时间量。这通过延迟PWM信号脉冲的下降沿的起始来实现。可以选择延迟电容器120的电容值来调节打开开关104和106之后保持反馈控制回路的时间量，以适应开关调整器112的响应时间延迟。
图5是根据本发明的另一个实施方式的驱动负载116A的整体集成的驱动器电路150的电路原理图。图5示出了运算放大器102，其输出端通过开关调整器112耦接至电流敏感型负载116A。更具体地讲，运算放大器102具有反相输入端、同相输入端、输出端和使能端，其中输出端连接至开关调整器112的输入端，耦接同相输入端来接收例如参考电位VREF的电位源，以及反相输入端共用地连接至开关104的一端以及采样和保持电容器154的一端。应当注意，电容器154可以是分立的电容器，也可以是驱动器电路150的整体集成部分。
开关104的第二端连接至选择器电路156的输出端。优选地，出现在选择器电路156的输出端上的电压基本上等于其输入端上的最低电压电平。驱动器电路150包括开关1581、1582、...、158x，其中开关1581的一端连接至选择器电路156的输入端166，一端连接至电流源1721，控制端共用地连接至开关104、1582、...、158x的控制端和运算放大器102的使能输入端。开关104、1581、1582、...、158x的控制端还被耦接来接收脉冲信号，例如作为脉宽调制信号的一部分的脉冲信号。
作为LED串12211、...、122n1一部分的LED 122n1的阴极连接至输入端166和开关1581的一端，从而形成节点1611。开关1582的一端连接至选择器电路156的输入端168，一端连接至电流源1722，控制端共用地连接至开关104、1581和158x的控制端以及运算放大器102的使能输入端。共用地连接在一起的开关104、1581和158x的控制端还被耦接用来接收脉冲信号，例如作为脉宽调制信号的一部分的脉冲信号。开关158x的一端连接至选择器电路156的输入端170，一端连接至电流源172x，控制端共用地连接至开关104、1581和158x的控制端以及运算放大器102的使能输入端，并且被耦接来接收脉冲信号，例如作为脉宽调制信号的一部分的脉冲信号。作为LED串12212、...、122n2一部分的LED 122n2的阴极连接至输入端168和开关1582的一端，从而形成节点1612。作为LED串1221x、...、122nx一部分的LED122nx的阴极连接至输入端170和开关158x的一端，从而形成节点161x。以下还会进一步描述LED串12211、...、122n1，12212、...、122n2和1221x、...、122nx。开关1581、1582、...、158x的另一端分别耦接至电流源/吸收器1711、1712、...、171x。采样和保持电容器154的一端共用地连接至开关104的一端和运算放大器102的反相输入端，另一端连接至开关调整器112的输出端和LED 12211、12212、...、1221x的阳极。
图5所示的驱动器电路150驱动电流敏感型负载116A，电流敏感型负载116A由多个串联连接的LED 12211、...、122n1、多个串联连接的LED 12212、...、122n2和多个串联连接的LED 1221x、...、122nx组成。每组串联连接的LED可以被称作LED串。LED 12211的阳极连接至开关调整器112的输出端，LED 12211的阴极耦接至LED 122n1的阳极，LED 122n1的阴极连接至节点1611处的输入端166和开关1581的一端；LED 12212的阳极连接至开关调整器112的输出端，LED 12212的阴极耦接至LED 122n2的阳极，LED 122n2的阴极连接至节点1612处的输入端168和开关1582的一端；以及LED 1221x的阳极连接至开关调整器112的输出端，LED 1221x的阴极耦接至LED 122nx的阳极，LED 122nx的阴极连接至节点161x处的输入端170和开关158x的一端。连接在一起并且连接至开关调整器112的输出端的LED 12211、12212、...、122n1的阳极可以被称作多个LED串12211、...、122n1，12212、...、122n2和1221x、...、122nx(即，负载116A)的阳极端。参考标号122后的下标“n”是整数，其表示LED串可以由一个、两个、三个等LED组成，其中当LED数量多于一个时，串联连接LED。参考标号122后的下标“x”是整数，其表示可以存在一个或多个LED串。应当注意，每个LED串可以由单个LED构成，例如LED 12211、12212、...、1221x，每个LED的阳极均连接至开关调整器112的输出端，每个LED的阴极共用地连接至开关104和106。
工作时，PWM脉冲或信号从逻辑低电压电平转变为逻辑高电压电平，逻辑高电压电平将开关104、1581、1582和158x闭合，从而将驱动器电路150的反馈回路闭合。脉冲的这一部分可以称作脉冲的第一部分。闭合开关104使得电压选择器156的输出端连接至运算放大器102的反相输入端；闭合开关1581使得输入端166和LED 122n1的阴极连接至电流源/吸收器1721；闭合开关1582使得输入端168和LED122n2的阴极连接至电流源/吸收器1722；以及闭合开关158x使得输入端170和LED 122nx的阴极连接至电流源/吸收器172x。电流源/吸收器1721、...、172x连接至LED 122n1、...、122nx的阴极，恒定的负载电流ILOAD1流经LED 12211、...、122n1，恒定的负载电流ILOAD2流经LED12212、...、122n2，以及恒定的负载电流ILOADx流经LED 1221x、...、122nx。负载电流ILOAD1、ILOAD2、...、ILOADx的总和被称为总负载电流ILOADT。
响应于负载电流ILOAD1和来自开关调整器112的输出电压，LED12211、...、122n1发光，并在输入端166(即，节点1611)上出现电压VC1；响应于负载电流ILOAD2和来自开关调整器112的输出电压，LED 12212、...、122n2发光，并在输入端168(即，节点1612)上出现电压VC2；以及响应于负载电流ILOADx和来自开关调整器112的输出电压，LED 1221x、...、122nx发光，并在输入端170(即，节点161x)上出现电压VCx。当开关104和1581处于闭合位置时，能量被存储在采样和保持电容器154中，即电容器154被充电到具有最低电压电平的输入端166、168或170的电压电平。为了吸收恒流，应当分别在电流源/吸收器1721、1722、...、172x两端，即，给节点1611、1612、...、161x传输足够的电压。出现在电压选择器156的输出端上的电压输入到运算放大器102的反相输入端。响应于反相输入端上的电压和参考电压VREF，运算放大器102产生误差电流，该误差电流被施加给开关调整器112，以改变(即，增大或减小)其输出电压，从而调节LED12211、12212、...、1221x的阳极电压。调节LED 12211、12212、...、1221x的阳极电压进而会将它们各自的阴极电压调节到目标值。
当PWM信号的脉冲处于逻辑低电压电平时，开关104、1581、1582、...、158x打开。脉冲的这部分可以称为第二部分。当开关104、1581、1582、...、158x打开时，存储在电容器154中的能量被用来产生误差信号。更具体地讲，存储在电容器154中的能量给运算放大器102的反相输入端提供输入信号，运算放大器102在其输出端上产生误差信号。该误差信号表示当开关104、1581、1582、...、158x闭合时出现在电压选择器156的输出端上的电压。响应于该误差信号，开关调整器112在其输出端上产生输出电压，该输出电压被施加给负载116A，即，LED 12211、...、122n1，12212、...、122n2和1221x、...、122nx。开关调整器112的输出电压被称为驱动信号或驱动电压，用来产生节点1611、1612、...161x的电压。节点1611处的电压是开关调整器112的输出电压和LED 12211、...、122n1两端的电压之间的差；节点1612处的电压是开关调整器112的输出电压和LED 12212、...、122n2两端的电压之间的差；以及节点161x处的电压是开关调整器112的输出电压和LED 1221x、...、122nx两端的电压之间的差。节点1611、1612、...161x处的电压分别将电流源/吸收器1721、1722、...、172x保持在激活工作模式。因此，虽然PWM脉冲处于逻辑低电压电平，误差信号也能将反馈控制回路保持在激活状态。
图6是根据本发明的另一个实施例的整体集成的驱动器电路200的电路原理图。图6示出了运算放大器202，其输出端通过开关调整器112耦接至电流敏感型负载116。更具体地讲，运算放大器202具有反相输入端、同相输入端、以及输出端，其中输出端连接至开关调整器112的输入端，耦接同相输入端用来接收电位源(例如参考电位VREF)，以及反相输入端共用地连接至开关104的一端、采样和保持电容器110的一端、以及采样和保持电容器204的一端。电容器204可以被称为能量存储元件。采样和保持电容器204的另一端共用地连接至开关调整器112的输出端和负载116的一端。应当注意，电容器110和204可以是分立的电容器，也可以是驱动器电路200的整体集成部分。另外，开关104的第二端共用地连接至开关106的一端和电流敏感型负载116的一端。开关106的另一端耦接至电流源/吸收器108。开关104和106的控制端彼此连接，并且被耦接用来接收控制信号。采样和保持电容器110的另一端被耦接用来接收工作电位源Vss。优选地，工作电位源Vss为地电位。
如上所述，开关调整器112的输出端连接至负载116的一端。例如，驱动器电路200用于驱动电流敏感型负载，诸如发光二极管(LED)、一串或多个串联连接的LED、多个以并联结构连接的LED串等等。电流敏感型负载116可以有多个以串联结构连接的LED1221、...、122n组成。更具体地讲，LED 1221的阳极连接至开关调整器112的输出端，LED 1221的阴极连接至LED 122n的阳极，以及LED122n的阴极连接至开关104和106的共用连接端，从而形成节点117。因此，LED 1221的阳极和LED 122n的阴极用作电流敏感型负载116的端子。LED 1221、...、122n也被称为LED串。参考标号122后的下标“n”是整数，其表示LED串可以由一个、两个、三个等LED组成，其中当LED个数多于两个时，串联连接这些LED。如上所述，电流敏感型负载116可以由单个LED组成，例如LED 1221，其阳极连接至开关调整器112的输出端，其阴极共用地连接至开关104和106。
工作时，PWM脉冲或信号从逻辑低电压电平转变为逻辑高电压电平，逻辑高电压电平将开关104和106闭合，从而将驱动器电路200的反馈回路闭合。逻辑高电压电平可以被称为脉冲或信号的第一部分。闭合开关104使得将LED 122n的阴极连接至运算放大器202的反相输入端，而闭合开关106使得将LED 122n的阴极连接至电流源/吸收器108。电流源/吸收器108连接至LED 122n的阴极，恒流ILOAD流经LED1221、...、122n。响应于电流ILOAD和来自开关调整器112的输出电压，LED 1221、...、122n发光。当开关104和106处于闭合位置时，能量被存储在采样和保持电容器110和204中。该能量将电容器110和204充电到在LED 122n的阴极上的电压电平，即，节点117处的电压电平。在闭环结构中，电流源/吸收器108吸收恒流，LED 1221、...、122n产生光信号。为了吸收恒流，应当向节点117或者在电流源/吸收器108两端传输足够的电压。这通常通过感测连接至运算放大器202的LED122n的阴极电压并且将其与参考电压VREF进行比较来实现。运算放大器202产生误差电流，该误差电流被施加给开关调整器112，以改变(即，增大或减小)其输出电压，从而调节LED 1221的阳极电压。调节LED 1221的阳极电压进而会将LED 122n的阴极电压调节为其目标值，即调节LED 1221的阳极电压就会调节LED串1221、...、122n的阳极端的电压，这进而会调节LED串122n的阴极端的电压。更具体地讲，节点117处的电压可以通过从开关调整器112输出端上的电压减去LED串1221、...、122n两端的电压来确定。开关调整器112输出端上的电压也被称为驱动电压。
当PWM信号处于逻辑低电压电平时，开关104和106打开。处于逻辑低电压电平的脉冲信号可以被称为脉冲的第二部分。开关104和106打开，电容器110和204提供误差信号，该误差信号表示当开关104和106闭合时出现在LED 122n的阴极(即，节点117)上的电压或误差信号。即使PWM脉冲处于逻辑低电压电平，该误差信号也能将反馈控制回路保持在激活状态。另外，包括采样和保持电容器204还将改变LED 1221的阳极所提供的误差信号的信号分量。优选地，采样和保持电容器110和204具有相同的电容值。由于耦接工作电位源Vss来接收地电位，所以采样和保持电容器110的一端被耦接用来接收地电位，电容器110和204用作电容分压网络，使得当PWM脉冲处于逻辑低电压电平并且电容器110和204具有相同的电容值时，有效电压贡献降低了两倍。因此，提供采样和保持电容器110和204可以给反馈误差信号提供或者引入用户可控的加权因子。
图7是根据本发明的另一个实施方式的连接至电流敏感型负载116A的整体集成的驱动器电路250的电路原理图。驱动器电路250包括运算放大器102、采样和保持电容器154、电压选择器156、开关1581、1582、...、158x、电流源1721、1722、...、172n、以及LED串12211、...、122n1，12212、...、122n2和1221x、...、122nx，已经参照图5对这些元件进行了描述。驱动器电路250还包括采样和保持电容器110，其一端共用地连接至电容器154、运算放大器102的反相输入端和开关104，一端连接至开关调整器112的输出端。
电容器154和110用作电容分压网络，从而使得当电容器110和154具有相同的电容值时，PWM非激活脉冲期间的有效电压贡献会降低2倍，除此之外，驱动LED串的驱动器250的操作类似于驱动器150的操作。应当注意，负载116A可以由彼此并联的两个或多个LED1221x、...、122nx组成。
图8是根据本发明的另一个实施方式的整体集成的驱动器电路300的电路原理图。除了驱动器电路300不包括采样和保持电容器110之外，驱动器电路300与图6所示的驱动器电路200类似。
工作时，PWM脉冲或信号从逻辑低电压电平转变为逻辑高电压电平，逻辑高电压电平将开关104和106闭合，从而将驱动器电路300的反馈回路闭合。这部分PWM脉冲可以被称为第一部分。闭合开关104使得LED 122n的阴极连接至运算放大器202的反相输入端，而闭合开关106使得LED 122n的阴极连接至电流源/吸收器108。电流源/吸收器108连接至LED 122n的阴极，则恒流ILOAD流经LED 1221、...、122n。响应于电流ILOAD和来自开关调整器112的输出电压，LED1221、...、122n发光，并且电容器204被充电，以存储LED串1221、...、122n两端的正向电压。在开关104和106处于闭合位置时，电容器204被充电到LED 122n的阴极电压电平。在闭环结构中，电流源/吸收器108吸收恒流，LED 1221、...、122n产生光信号。为了吸收电流ILOAD，应当在电流源/吸收器108两端传输足够的电压。这通常通过感测连接至运算放大器202从而出现在运算放大器202的反相输入端上的LED122n的阴极电压来实现。参考电压VREF在运算放大器202的同相输入端上。响应于输入信号，运算放大器202产生误差信号，该误差信号被施加给开关调整器112，来改变(即，增大或减小)其输出电压，从而调节LED 1221的阳极电压。开关调整器112的输出电压也被称为驱动信号。调节LED 1221的阳极电压进而可以调节LED 122n的阴极电压，因此可以将节点117处的电压调节为期望值，其中节点117处的电压通过从驱动信号(即，开关调整器112的输出端上的电压)中减去出现在LED 1221、...、122n两端上的电压来确定。
当PWM脉冲或信号处于逻辑低电压电平时，开关104和106打开。脉冲的这个部分可以称为脉冲的第二部分。开关104和106打开，则电容器204提供误差信号，该误差信号表示当开关104和106闭合时出现在LED 122n的阴极或节点117上的电压或误差信号。即使PWM脉冲处于逻辑低电压电平，该误差信号也将反馈控制回路保持在激活状态。采样和保持电容器204所存储的电压被引回LED串1221、...、122n的阳极，这使得误差信号在PWM信号的激活和非激活阶段(例如PWM信号的逻辑高电平状态和逻辑低电平状态)都是时间上连续的。根据该方法，在PWM信号的激活阶段感测整个LED串1221、...、122n的工作电压，而在PWM信号的非激活阶段感测LED1221的阳极，从而使得开关调整器112能够补充PWM脉冲期间耗散的能量，并且在不产生调节损失的情况下保持稳态条件。
目前为止，应当理解，已经提供了具有采样和保持反馈控制机制的电路和用于操作该电路的方法。根据本发明的一个实施方式，采样和保持反馈控制机制增强了驱动电流敏感型负载(例如，利用恒流的LED串)的开关调整器的PWM调光性能。该电路和方法包括提供足够长时间的误差信号，该误差信号使得开关调整器能够做出响应并且传输与PWM脉冲期间耗散的能量相等的输出能量电平，从而满足正在应用的PWM调光的稳定工作条件。在相关的PWM激活脉冲的时间间隔之外的时间出现和存在误差信号。例如，在PWM激活脉冲的末端，LED或LED串的阴极电压被存储在采样和保持电容器中，该采样和保持电容器可以位于集成控制电路的内部或者外部，该电容器可以与控制电路整体集成在一起。所存储的误差信号使得即使在PWM脉冲终止之后也能使反馈控制保持激活。可选地，可以将定时器电路与采样和保持信号一起使用，以延长馈入开关调整器的反馈误差信号的时间，从而允许开关调整器补充PWM脉冲期间耗散的能量。这保证了适应期望的PWM定时间隔的稳态操作。定时电路可以是电容器，其允许用户选择电容值，从而允许用户选择定时，以适应开关调整器的响应时间延迟。
本发明实施方式的一个优点在于LED二极管串的总正向电压被存储在采样和保持电容器上，从而允许开关调整器(例如，DC/DC变换器)不仅能对PWM脉冲的激活阶段做出响应，也能对PWM脉冲的非激活阶段做出响应。另一个有利特征在于用户可以通过包括电容分压器来修改误差信号的阳极信号贡献，例如可以使用电容值相同的两个电容器，其中一个电容器被布置在采样和保持节点(例如，运算放大器的反相输入端)和地之间，从而PWM非激活脉冲期间的有效阳极电压贡献被降低了2倍。因此，用户可控的加权因子可以引入反馈误差信号中。
另一个优点在于可以使用这些实施方式来补偿诸如与在开关调整器输出端上出现的大容量电容器等效串联电阻(ESR)相关的系统寄生电压损失之类的二阶效应。
虽然在此公开了特定的实施方式，但并不是要将本发明局限于所公开的实施方式。所属领域的技术人员应意识到在不脱离本发明的思想的情况下可以进行变型和变化。本发明包含所有落入所附权利要求范围内的这些变型和变化。

Claims (10)

1.一种用于保持电路的工作状态的方法，包括如下步骤：
利用脉冲的第一部分将能量存储在第一能量存储元件(110)中；
在脉冲的第二部分期间，利用存储在第一能量存储元件(110)中的能量来产生误差信号；
利用所述误差信号来产生驱动信号；以及
根据所述驱动信号来产生第一节点(117，161x)处的第一电压。
2.如权利要求1所述的方法，其中将能量存储在第一能量存储元件(110)中的步骤包括：
利用脉冲的第一部分来闭合第一开关(104)和第二开关(106)，其中闭合第一开关(104)使得第一节点(117，161x)电耦接到第一能量存储元件(110)；以及
利用第一节点(117，161x)处的第一电压对第一能量存储元件(110)进行充电。
3.如权利要求2所述的方法，其中对第一能量存储元件(110)进行充电的步骤包括从所述驱动信号中减去电流敏感型负载(116A)两端的电压以产生第一节点(117，161x)处的第一电压，还包括利用第一节点(117，161x)处的第一电压来对第二能量存储元件(154)进行充电。
4.如权利要求3所述的方法，其中脉冲的第一部分以脉冲的上升沿开始，脉冲的第二部分以脉冲的下降沿开始，以及所述方法还包括对脉冲的下降沿进行延迟的步骤。
5.如权利要求2所述的方法，还包括：
利用脉冲的第二部分来打开第一开关(104)和第二开关(106)；以及
将存储在第一能量存储元件(110)中的能量施加给放大器(102，202)的输入端，其中误差信号出现在所述放大器(102，202)的输出端上，其中利用所述误差信号来产生驱动信号的步骤包括将所述误差信号输入到输出驱动信号的开关调整器(112)，还包括利用第一节点(117，161x)处的第一电压来将电流源(108)保持在激活模式。
6.如权利要求1所述的方法，其中根据驱动信号产生第一节点(117，161x)处的电压的步骤包括产生第二节点处的第二电压，以及其中将能量存储在第一能量存储元件(110)中的步骤包括：
利用脉冲的第一部分来闭合第一开关(104)和第二开关(106)，其中闭合第一开关(104)和第二开关(106)的步骤产生了分别流经第一节点(117，161x)和第二节点(161x)的第一电流和第二电流；
将第一节点或第二节点耦接至第一能量存储元件(110)，其中在第二节点上出现第二电压；以及
通过从驱动信号中减去电流敏感型负载(116A)的第一部分两端的电压来产生第一电压，从驱动信号中减去电流敏感型负载(116A)的第二部分两端的电压来产生第二电压，利用第一电压或第二电压来对第一能量存储元件(110)进行充电。
7.一种驱动器电路(100，150，200，250)，包括：
运算放大器(102，202)，具有第一输入端、第二输入端和输出端；
第一开关(104)，具有控制端、第一端和第二端，耦接该控制端来接收控制信号，该第一端耦接至运算放大器(102)的第一输入端；
第二开关(106，1581)，具有控制端、第一端和第二端，第二开关的控制端耦接至第一开关(104)的控制端，用于接收控制信号，以及第二开关(106，1581)的第一端耦接至第一开关(104)的第二端；
第一电流源(108，1721)，具有第一导电端和第二导电端，第一导电端耦接至第二开关(106，1581)的第二端；以及
第一能量存储元件(110，154，204)，具有第一端和第二端，第一能量存储元件(154)的第一端耦接至所述运算放大器(102，202)的第一输入端。
8.如权利要求7所述的驱动器电路(100，150，200，250)，还包括：
开关调整器(112)，具有输入端和输出端，该输入端耦接至所述运算放大器(102，202)的输出端；以及
第二能量存储元件(110，154，204)，具有第一端和第二端，第一端共用地耦接至第一能量存储元件(110，154，204)的第一端和所述运算放大器(102，202)的第一输入端，第二端耦接至所述开关调整器(112)的输出端。
9.如权利要求7所述的驱动器电路(100，150，200，250)，其中耦接第一能量存储元件(110)的第二端来接收工作电位源(Vss)，所述驱动器电路还包括：
脉宽调制延迟元件(118)，具有输入端、第一输出端和第二输出端，该输入端共用地连接至第一开关(104)的控制端和第二开关(106，1581)的控制端，用于接收控制信号；以及
第二能量存储元件(120)，具有第一端和第二端，该第一端耦接至所述脉宽调制延迟元件(118)的第二输出端，耦接该第二端来接收第一工作电位源(Vss)。
10.如权利要求7所述的驱动器电路(100，150，200，250)，还包括：
电压选择器(156)，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中该输出端连接至第一开关(104)的第二端，该第一输入端连接至第二电流源(1711)的第一端；
第三开关(158x)，具有控制端、第一端和第二端，第三开关(158x)的控制端耦接至第一开关(106)的控制端和第二开关(1581)的控制端，用于接收控制信号，第三开关(158x)的第一端耦接至所述电压选择器(156)的第二输入端；以及
第二电流源(172x)，具有第一导电端和第二导电端，该第一导电端耦接至第三开关(158x)的第二端。
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