CN102480821B - 用于对发光二极管的功率参数再编程的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于对发光二极管的功率参数再编程的系统。根据本公开内容的一个实施例，监视串联的多个发光二极管(LED)模块。当LED模块被检测为失效或者不适当操作时，旁路开关从串联中去除特定LED模块并且修改向串联提供的电压。当LED模块被检测为具有过高温度时，限制向LED模块提供的电流。

Description

用于对发光二极管的功率参数再编程的系统
技术领域
本发明主要地涉及具有发光二极管的系统，并且更具体地涉及用于对发光二极管的功率参数再编程的系统。
背景技术
可以在并联DC/DC降压(buck)电路设计中提供常规发光二极管(LED)模块。在这样的设计中，电压总线Vbus具有固定电压和固定电流。多个DC/DC转换器并联耦合到固定Vbus，从而分别将固定Vbus电压转换成连接的LED模块需要的特定电压。这样的常规降压电路设计不仅成本高得无人问津而且效率也低。
因此在本领域中需要一种改进的LED系统。
发明内容
根据本公开内容的一个实施例，监视串联的多个发光二极管(LED)模块。当LED模块被检测为失效或者不适当操作时，旁路开关从串联中去除特定LED模块并且修改向串联提供的电压。当LED模块被检测为具有过高温度时，限制向LED模块提供的电流。
在下文描述具体实施方式之前，阐述本专利文献通篇使用的某些词语和短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”及其变体意味着无限制性的包括；术语“或者”为包含意义，从而意味着和/或；短语“与……关联”和“与之关联”及其变体可以意味着包括、包括在……内、与……互连、包含、包含在……内、连接到或者与……连接、耦合到或者与……耦合、可与……通信、与……配合、交织、并置、邻近于、限于或与……绑在一起、具有、具有……的性质等；并且术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何设备、系统或者其部分，这样的设备可以用硬件、固件或者软件或者它们中的至少两项的一些组合来实施。应当注意与任何特定控制器关联的功能可以本地或者远程集中或者分散。本专利文献通篇提供用于某些词语和短语的定义，本领域技术人员应当理解即使不是在大多数实例中，也是在许多实例中，这样的定义可以适用于这样定义的词语和短语的先前以及将来使用。
附图说明
为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在结合附图参照下文描述，在这些附图中相似标号代表相似部分：
图1是根据本公开内容一个实施例的发光二极管(LED)系统的简化电路图；
图2是根据本公开内容一个实施例的发光二极管(LED)系统的更具体的电路图；
图3示出了图2的可编程功率单元方案的更多细节；并且
图4A和图4B示出了根据公开内容的实施例的LED系统的示例集成。
具体实施方式
本专利文献中的用来描述本公开内容原理的下文讨论的图1至图4B和各种实施例仅为举例而不应当以任何方式理解为限制公开内容的范围。本领域技术人员将理解可以在任何适当布置的系统中实施本公开内容的原理。
针对背景技术中描述的难题，本公开内容的某些实施例教导使用可变和可再编程的Vbus。在某些实施例中，多个LED模块可以串联连接到可再编程的Vbus。此外，在某些实施例中，LED模块可以具有允许旁路失效LED模块的旁路特征(feature)。另外，在某些实施例中，可以根据当前联机的未旁路的LED模块来修改Vbus。
图1是根据本公开内容一个实施例的发光二极管(LED)系统100的简化电路图。图1的LED系统100包括微控制器单元(MCU)110、可编程的电压限制特征120、可编程的电流限制特征130、多个LED模块140(例如140a、140B、140n)和AC/DC转换器150。
AC/DC转换器150主要从输入102和103接收交流输入如110V/220V，并且提供直流输出，该直流输出在图2中表示为VBUS160。如下文所述，根据LED系统100的操作对VBUS 160的电流和电压进行修改或再编程。作为两个非限制例子，根据使用中的LED模块140的数目来修改VBUS 160的电压(例如使用可编程的电压限制特征120来产生修改的VBUS 162)。此外，可以通过使用可编程的电流限制特征130，根据LED模块140的温度来修改向LED模块140提供的电流。下文将描述各自的更多细节。
示出了相互串联连接的多个LED模块140(分别表示为140a、140b、140n)。虽然在这一实施例中示出了仅三个LED模块140，但是其它实施例可以具有更多或者更少LED模块。此外，虽然在这一实施例中示出了LED模块的特定配置，但是其它实施例可以包括其它LED模块设计。
MCU 110是与多个LED模块140中的各LED模块连通的控制器。MCU 110可以有选择地接合(engage)各相应LED模块140a、140b、140n上的开关142a、142b、142n，从而允许旁路串联中的LED模块140。CMU 110也可以使用可编程的电压限制特征120来修改向LED模块140a、140b、140n提供的电压。作为一个例子，可以提供VBUS 160的特定值作为AC/DC转换器150的输出，并且可编程的电压限制特征120可以调节该值以产生修改的VBUS 162。下文参照图2和图3描述可编程的电压限制特征120的附加细节。
MCU 110还可以使用可编程的电流限制特征130来修改向LED模块供应的电流。作为一个例子，在特定实施例中，MCU 110可以感测到一个或者多个LED模块140的温度已经上升至所不希望的水平。因而，MCU 110可以使用可编程的电流限制特征130以限制向LED模块140a、140b和140n提供的电流。下文参照图2和图3描述可编程的电流限制特征130的附加细节。
图2是根据本公开内容一个实施例的发光二极管(LED)系统200的更具体的电路图。虽然示出了LED系统200的特定配置，但是可以利用其它配置，这些其他配置包括具有更多、更少或者不同部件的LED系统。
示出了具有各种模块的MCU 210。在一个实施例中，MCU 210可以是本申请的受让人在MCU的“STM32”系列名下销售的MCU。MCU 210可以包括中央处理单元、存储器和逻辑。该逻辑可以作为软件、硬件或者软件和硬件的组合被嵌入。嵌入的逻辑可以可操作用以进行这里描述的过程。MCU 210还可以具有用于与其它部件通信的多种通信接口(数字和模拟等)。
这一实施例的MCU 210包括端口模块212、CTR和PD模块214、温度传感器模块216、Pwr CTR模块218、两个模数转换器/脉宽调制器模块(DAC1/PWM 217a、DAC2/PWM 217n)、三个模数转换器(ADC0 219a、ADC1 219b和ADC2 219c)、红外线模块(IrDA213)和实时时钟(RTN 215)。虽然在这一实施例中示出了MCU 210的特定部件，但是其它MCU可以包括更多、更少或者不同部件。
MCU 210作为控制器来操作。MCU 210的主要目的在于保证LED模块240(分别表示为MD1、MD2、MD3、MD4、MDn)的适当操作。具体而言，如下文更具体所述，特定实施例中的MCU 210不仅控制向LED模块240供应的电压和电流，并且可以在特定LED模块240失效或者不适当操作时有选择地接合针对这样的LED模块的旁路开关。
虽然未具体示出，但是特定实施例中的MCU 210可以检测各特定LED模块240的失效或者不适当操作。在特定实施例中，MCU210直接处理这样的检测。在其它实施例中，另一模块(未示出)可以处理该检测并且向MCU 210发送信息。当检测到失效或者不适当操作时，MCU 210可以使用CTR和PD模块214以通过相应通信路径CTR1、CTR2、CTR3、CTR4、CTR5…CTRn之一发送信号，以接合旁路开关S1、S2、S3、S4、S5、…Sn，从而允许旁路特定LED模块240。在特定实施例中，CTR和PD模块214也可以在MCU 210已经检测到特定LED模块240再次操作时，重新接合特定旁路开关S1、S2、S3、S4、S5、…Sn。
为了改变向LED模块240供应的电压，MCU 210可以使用端口模块212。具体而言，端口模块212可以闭合连接到一个或者多个电阻器寄存器的开关SW1、SW2、SW32、SW64、SW128，所述一个或者多个电阻器寄存器在图2中分别标记为“1”、“2”、…“32”、“64”和“128”。闭合的电阻器寄存器225的数目和具体电阻器寄存器可以依赖于旁路的特定LED模块240的数目和具体LED模块。在一些实施例中，LED模块240可以不都相同并且可以具有可变要求。在其它实施例中，一些或者所有LED模块240可以相同。如参照图3所述，开关SW1、SW2、SW32、SW64、SW128的闭合和特定电阻器寄存器的接合将修改Vref值237。响应于这一变化的Vref值237，将修改向LED模块供应的电压值262。向LED模块供应的电压值262由将参照图3描述的如下公式示出：V＝Vbase+(255-n)*ΔV。
在图2的实施例中，使用DAC1/PWM模块217a和/或DAC2/PWM模块217b来修改向LED模块供应的电流。具体而言，DAC1/PWM模块217a和/或DAC2/PWM模块217b可以提供所需的电流和/或电压的设置值，分别表示为DAC1和DAC2。在这一实施例中DAC1/PWM模块217a和/或DAC2/PWM模块217b的值(DAC1和DAC2)被提供给两个比较器292、294。
使用在ADC0模块219a和ADC1模块219b接收的输入(所述输入分别表示为ADC0和ADC1)来测量LED系统200的实际值。ADC0模块219a的值(表示为ADC0)来自比较器292和在两个电阻器R1和R2之间的电路中的输入。用于ADC1模块219b的值(表示为ADC1)可以来自另一个比较器294。在特定实施例中，比较ADC0的值与DAC2的值，并且比较ADC1的值与DAC1的值。当检测到差值时，可以对LED系统200进行修改以修改电流。例如，可以断开或者闭合一个或者两个MOSFET开关(Q1和Q2)。在特定实施例中，ADC0值可以测量Vbus电压，而ADC1值可以代表电流限制器。
作为第一非限制性例子，可以比较ADC0电压值与DAC2电压值。如果ADC0的电压值大于DAC2的电压值，则可以关断Q1。作为另一非限制性例子，可以比较DAC1电压值与ADC1电压值。如果ADC1电压值高于DAC1电压值，则可以关断Q1并且可以限制电流。
温度传感器模块216可以测量在各相应LED模块240的温度或者作为LED模块240的集合的温度。作为一个例子，可以向温度传感器模块216传达与各相应LED模块240上的散热器的温度或者与一个或者多个LED模块240连通的总散热器的温度。在检测到一个或者多个LED模块240达到不希望的值时，可以使用上述DAC1/DAC2和ADC0/ADC2的值来修改向LED模块240供应的电流。
除了上述控制之外，LED系统200也可以具有中断控制特征，该特征可以监视电路中的条件并且对与上文引用的DAC1/DAC2值分离的电流值或者电压值中的一项或者两项进行改变。
在图2中的MCU 210左边示出了可编程的功率单元290。可编程的功率单元290从输入202和203接收交流输入如110V/220V，并且提供根据接收的Vref输入237而变化的直流输出值262。作为非限制性例子，直流输出可以在50-350V与60-400W之间变化。在其它实施例中，这些相应值可以更高或者更低。也示出了集极(collector)共同电压VCC 292。参照图3更具体地描述用于直流输出的特定公式。
在特定实施例中，LED系统200可以包含各种其它特征，这些特征包括：低压差(dropout)调节器302(DC/DC LDO)；触控板304和遥控器306，其向IrDA模块213和/或ADC2 219c提供输入以例如指定LED模块240的调光；电池308；压电换能器203；以及操作模式设置器310，其为LED系统200的某些操作提供参数。
此外，中断线320可以向MCU 210提供反馈用于修改向系统200施加的电流和/或电压。
还有其它特定部件，例如地电位(G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8)、电阻器(R3、R4、R5和R6)、电感器L1、分流器(shunt)314和电容器C1。这样的部件的具体操作将根据图2变得清楚。
在特定实施例中，带圈的A符号和带圈的B符号表示如下点，在这些点可以在系统中(例如在串联LED模块240之前和之后)测量电压和/或电流。
图3示出了图2的可编程的功率单元方案290的更多细节。在向电磁干扰(EMI)滤波器/整流器330传递的输入202和203左边示出了110V/220V AC输入。向如下模块340传递EMI滤波器/整流器330的直流输出332，该模块340具有组合的功率因子纠正(PFC)、脉宽调制(PWM)和变压器。也向模块340传递与直流输出332并联、但是用电容器336分离的另一线信令334。
(在图2中也)示出了集极共同电压VCC 292，该电压在这一实施例中可以具有在5-35V之间的值。也示出了电压参考TL431，其可以具有值2.5V。在其它实施例中，用于VCC 292和电压参考TL431的值可以更低或者更高。
如上文所述，电压值262依赖于Vref 237的值。Vref 237的值依赖于通过闭合开关SW1、SW2、SW4、SW64、SW128中的一个或者多个开关来接合的寄存器电阻器225(标记为“1”、“2”、…“32”、“64”和“128”)的数目和具体寄存器电阻器。可编程的电压值(或者Vbus)262被示出为与当前串联中的LED模块数目和与之关联的电压值(例如在特定实施例中为0.5V至1.5V)的乘积相加的最小电压Vbase的函数。在这一特定实施例中，模块数目示出为255；然而在其它实施例中，LED模块数目可以多于或者少于255。也可以有分别与Vref值237串联和并联的两个其它电阻器R7和R8。
上文参照图1-3描述的LED系统可以使用于多种设置中的任何设置中，这些设置包括具有LED的普通照明(例如路灯)和用于电视机的LED背光。图4A示出了集成到普通照明中的LED系统，而图4B示出了集成到电视机中的LED系统。
参照图4A，在可以是街灯一部分的灯座412顶上示出了灯壳410。图1-3中所示部件可以在灯壳410或者灯座412中的一个或者两个中。一般而言，至少LED模块140、240可以位于灯壳410中以提供照明(箭头414所示)。灯壳410可以包括与照明关联的任何传统特征，例如玻璃或者塑料套(用于在允许光通过的同时覆盖LED模块140、240)、反射体(用于反射来自LED模块的光)等。虽然示出了普通照明的特定配置，但是图1-3的LED系统100、200可以集成到其它类型的照明(例如在特定方向上聚焦的定向灯)中。此外，图1-3的LED系统可以并入于诸如车灯、安全灯等各种不同类型的灯中。另外，在某些实施例中，可以使用图1-3的一些或者全部部件。例如在特定实施例中可以提供直流。因而，AC/DC转换器可以不是必需的。
参照图4B，示出了电视机420。图1-3的LED系统100、200可以集成为用于电视机420(该电视机可以是LCD电视机、LED电视机或者其它类型的电视机)的背光。类似于图4A，可以利用图1-3的系统100、200的所有部件或者一些部件。
虽然结合具体示例实施例进行了上文描述，但是本公开内容将让本领域技术人员清楚和/或向他们提示各种改变和修改。旨在于本公开内容覆盖如落入所附权利要求的范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (18)

1.一种监视系统，包括：
多个发光二极管LED模块；
可再编程的总线，可操作用以向所述LED模块提供功率；以及
微控制器单元，可操作用以修改所述可再编程的总线的电压；
其中，所述LED模块串联布置；
所述微控制器单元可操作用以在检测到所述多个LED模块中的至少一个LED模块的失效或者不适当操作时，有选择地从所述串联中电气去耦合所述LED模块中的所述至少一个LED模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述微控制器单元在所述多个LED模块中的至少一个LED模块被检测为失效或者不适当操作时修改所述可再编程的总线的电压。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述多个LED模块中的至少一些LED模块有选择地相互电耦合，并且
所述可再编程的总线有选择地电耦合到所述多个LED模块中的至少一些LED模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个LED模块中的至少一些LED模块包括对应的旁路开关，所述旁路开关可操作用以有选择地将LED模块电耦合到所述可再编程的总线或者与所述可再编程的总线去耦合。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述微控制器单元还可操作用以接合所述旁路开关。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述微控制器单元根据已经接合的旁路开关的数目来修改所述可再编程的总线的电压。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述微控制器单元还可操作用以修改向所述多个LED模块供应的电流。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述微控制器单元根据所述LED模块的温度来修改所述电流。
9.一种监视方法，包括：
检测电路中的多个发光二极管LED模块的操作；以及
响应于检测到的所述LED模块的操作来修改向所述多个LED模块提供的电压或者电流中的至少一项；
其中所述LED模块串联布置，所述方法还包括：
在检测到所述LED模块中的至少一个LED模块的失效或者不适当操作时，有选择地从所述串联中电气去耦合所述LED模块中的所述至少一个LED模块。
10.根据权利要求9所述的方法，其中检测所述多个LED模块的操作包括检测所述LED模块的温度、各所述LED模块的失效或者各所述LED模块的不适当操作中的至少一项，所述电路包括至少一个开关，所述方法还包括：
在检测到所述LED模块的温度在预定义阈值以上、检测到LED模块的失效、或者检测到LED模块的不适当操作时，接合所述至少一个开关。
11.根据权利要求9所述的方法，其中：
检测所述多个LED模块的操作包括检测所述LED模块的温度，并且
根据所述LED模块的温度来修改向所述多个LED模块提供的电流。
12.根据权利要求9所述的方法，其中：
检测所述多个LED模块的操作包括检测各所述LED模块的失效或者各所述LED模块的不适当操作，并且
根据检测到的所述多个LED模块中的至少一个LED模块的失效或者不适当操作，来修改向所述多个LED模块提供的电压。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括：
根据所述串联中的LED模块的数目来修改向所述多个LED模块提供的电压。
14.一种监视装置，包括：
处理系统；以及
存储的逻辑电路，所述存储的逻辑电路在执行时可操作用以：
检测电路中的多个发光二极管LED模块的操作；以及
响应于检测到的所述LED模块的操作来修改向所述多个LED模块提供的电压或者电流中的至少一项；
其中所述LED模块串联布置，并且所述逻辑电路还可操作用以：
在检测到所述LED模块中的至少一个LED模块的失效或者不适当操作时，有选择地从所述串联中电气去耦合所述LED模块中的所述至少一个LED模块。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述逻辑电路在检测所述多个LED模块的操作时检测所述LED模块的温度、各所述LED模块的失效或者各所述LED模块的不适当操作中的至少一项，所述电路包括至少一个开关，所述逻辑电路还可操作用以：
在检测到所述LED的温度在预定义阈值以上、检测到LED模块的失效、或者检测到LED模块的不适当操作时，接合所述至少一个开关。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述逻辑电路在检测所述多个LED模块的操作时检测所述LED模块的温度，并且所述逻辑电路根据所述LED模块的温度来修改向所述多个LED模块提供的电流。
17.根据权利要求14所述的装置，其中所述逻辑电路在检测所述多个LED模块的操作时检测各所述LED模块的失效或者各所述LED模块的不适当操作，并且所述逻辑电路根据检测到的所述多个LED模块中的至少一个LED模块的失效或者不适当操作来修改向所述多个LED模块提供的电压。
18.根据权利要求14所述的装置，其中所述逻辑电路根据所述串联中的LED模块的数目来修改向所述多个LED模块提供的电压。
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