CN102668701A - 用于具有功率因数校正能力的智能发光二极管驱动器的方法及装置 - Google Patents

用于具有功率因数校正能力的智能发光二极管驱动器的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制一个或一个以上LED串的电路及方法。所述电路包括耦合到一个或一个以上检测器的可编程控制器，其中所述一个或一个以上检测器经配置以检测一个或一个以上LED或LED驱动器的一个或一个以上可测量参数。所述控制器经配置以接收来自所述一个或一个以上检测器的与所述一个或一个以上可测量参数相关的信息，且使用所述信息来确定所述LED串的所需驱动电压。所述控制器与具有功率因数校PFC能力的电源相关联。所述控制器向所述电源提供指示一个或一个以上LED串的所述所需驱动电压的控制信号。所述电源还接收ac电压及电流波形作为输入，且执行与所述ac波形相关的功率因数校正及整流波形。所述电源基于所述控制信号产生所述所需驱动电压。

Description

用于具有功率因数校正能力的智能发光二极管驱动器的方法及装置
依据35U.S.C.§120主张优先权
本专利申请案为2009年3月23日申请待决且转让给本受让人的第12/409,088号专利申请案的部分接续案，且所述专利申请案以引用的方式明确地并入本文中。
共同待决专利申请案的参考：
本专利申请案与以下美国专利申请案相关：
2008年3月11日申请且转让给本受让人的第12/046,280号美国专利申请案，且所述专利申请案以引用的方式明确地并入本文中；及
2008年4月28日申请且转让给本受让人的第12/111,114号美国专利申请案，且所述专利申请案以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明涉及商业电子显示系统，比如电视机及计算机。具体来说，本发明涉及用于商业电子显示系统中增强且有效的功率分布的技术，其包含对用于背光照明目的的发光二极管(LED)串的功率分布。
背景技术
背光用于照射液晶显示器(“LCD”)。具有背光的LCD用于蜂窝式电话及个人数字助理(“PDA”)的小型显示器中，以及用于计算机监视器及电视机的大型显示器中。通常，背光的光源包含一个或一个以上冷阴极荧光灯(“CCFL”)。背光的光源也可为白炽灯泡、电致发光面板(“ELP”)或一个或一个以上热阴极荧光灯(“HCFL”)。
显示器工业正积极追求将LED用作背光技术中的光源，这是因为CCFL具有许多不足之处：CCFL不容易在低温下点燃，CCFL需要足够的闲置时间来点燃，以及CCFL要求小心处置。此外，LED一般比其它背光源具有更高的产生的光对功耗的比率。正因为如此，具有LED背光的显示器可比其它显示器消耗更少功率。LED背光照明在传统上一直用于小型、廉价的LCD面板中。然而，LED背光照明在比如用于计算机及电视机的显示器等大型显示器中正变得越来越常见。在大型显示器中，需要多个LED以为LCD显示器提供足够背光。
用于驱动大型显示器中的多个LED的电路通常利用分布于多个串中的LED而布置。图1展示具有背光照明系统的示范性平板显示器10，所述背光照明系统具有三个独立LED串1、2及3。第一LED串1包含跨所述显示器10离散散布且串联连接的七个LED4、5、6、7、8、9及11。所述第一串1是受控于驱动电路或驱动器12。第二串2是受控于驱动电路13，且第三串3是受控于驱动电路14。可通过电线、迹线或其它连接元件而串联连接所述LED串1、2及3的LED。
图2展示具有背光照明系统的另一示范性平板显示器20，所述背光照明系统具有三个独立LED串21、22及23。在此实施例中，所述串21、22及23是以垂直方式而布置。所述三个串21、22及23彼此并联。第一串21包含串联连接的七个LED 24、25、26、27、28、29及31，且是受控于驱动电路或驱动器32。第二串22是受控于驱动电路33，且第三串23是受控于驱动电路34。所属领域的一般技术人员应了解，所述LED串也可以水平方式或以另一配置而布置。
在LED串中有许多参数，所述参数可经控制以优化LED串及驱动器的效率或/及其它操作目标，所述参数包含温度、发光强度、颜色、电流及电压。举例来说，电流是显示器的重要特征，这是因为LED中的电流控制所述LED的亮度或发光强度。LED的强度或发光度是流过所述LED的电流的函数。图3展示LED的发光强度随正向电流而变的代表性曲线图。随着所述LED中的电流增加，由所述LED产生的光的强度增加。LED中的电流必须足够高以满足所需亮度要求。LED串的驱动电流是施加到所述LED串的驱动电压的函数。在常规显示器中，LED串的驱动电压固定于比所需更高的电平处，所述电平通常具有称为裕度(headroom)的大边限，以确保在最坏物理、电气及环境条件下所述LED串的操作，以及适应由各个制造商所制造的LED的变动。此引起功率浪费。
商业电子显示系统通常是插入到壁式插座中，壁式插座在美国提供约110伏交流电(VAC)且在一些其它国家提供约220VAC。所述显示系统的一些内部电组件利用ac电压及电流而操作，例如变压器。然而，所述显示系统的其它内部电组件利用直流(dc)电压及电流而操作，例如用于背光照明目的的LED串。
为了驱动所述LED串，常规电子显示系统首先通过使用整流器电路而将从壁式插座接收的ac电压及电流转换为dc电压及电流。所属领域的一般技术人员应了解，所述整流器电路可为半波整流器或全波整流器。通常，所述整流器电路的输出通过dc-dc转换器而进一步处理。所述dc-dc转换器可为开关调节器或线性调节器。所述dc-dc转换器可为功率因数校正电路的一部分。接着，所述dc-dc转换器的输出通常通过使用另一dc-dc转换器而按比例调整，以获得所述LED串的所需驱动电压。通过消除dc-dc按比例调整转换器而减少显示系统组件的数目将是可取的。
发明内容
下文呈现一个或一个以上方面的简化概述以便提供对此类方面的基本理解。此概述不是所有预期方面的全面概要，且既不希望识别所有方面的关键或重要元素，也不希望描绘任何方面或所有方面的范围。其唯一目的是以简化形式呈现一个或一个以上方面的一些概念作为随后呈现的具体实施方式的序言。
根据一个或一个以上方面及其相对应揭示内容，结合具有功率因数校正能力的智能发光二极管驱动器而描述各种方面。根据相关方面，提供一种用于控制一组发光二极管串的电路。所述电路包含：可编程控制器，其具有一个或一个以上相关联检测器，所述可编程控制器经由所述相关联检测器而获得与一组发光二极管串的一个或一个以上可测量参数相关的数据，至少部分基于所述可测量参数而确定驱动值，且基于所述驱动值而产生控制信号；电源系统，其具有功率因数校正能力，所述电源系统获得所述控制信号作为第一输入，且获得ac波形电压作为第二输入，且至少部分基于所述控制信号或所述ac波形电压中的至少一者而产生驱动电压；及可编程可变电阻器，其包含于所述电源中，用于设定促进所述电源产生所述驱动电压的输入电流及电压控制回路的一组操作条件。
另一方面涉及一种用于控制一组发光二极管串的方法。所述方法包含：确定包含于所述发光二极管串中的至少一个发光二极管的至少一个特性；至少部分基于所述特性而产生用于所述发光二极管串中的至少一者的驱动电压的控制信号；执行与电源的ac电流及ac电压波形输入相关的功率因数校正；及至少部分基于所述控制信号及位于输入电流及电压控制回路中的可编程可变电阻器的值而产生所述驱动电压。
又一方面涉及一种促进对一组发光二极管串的控制的系统。所述系统包含：可编程控制器，其与一组检测器相关联，所述组检测器测量包含由所述发光二极管串中的发光二极管中的至少一者发射的光的环境温度、发光强度或波长中的至少一者的数据，所述控制器至少部分基于所述数据而确定驱动值，且基于所述驱动值而产生控制信号；电源，其具有功率因数校正能力，所述电源获得所述控制信号作为第一输入，且获得ac波形电压作为第二输入，且至少部分基于所述ac电压而产生驱动电压；及可编程可变电阻器，其包含于所述电源中，所述可编程可变电阻器设定促进所述电源产生所述驱动电压的一组输入电流及电压控制回路操作条件，其中状态机至少部分基于以下输入中的至少一者而控制所述可编程可变电阻器：经由零交叉检测器而产生的零交叉信号、经由输入电压控制的输入电流回路而获得的输入线电压值、经由运算放大器而获得的离散错误电压、经由三极管区域检测器而获得的限制三极管区域信号，或经由输入电压前馈校正回路而获得的输入电压前馈校正信号。
为了实现前述及相关目的，所述一个或一个以上方面包括下文充分描述及在权利要求书中特别指出的特征。以下描述及附图详细阐述所述一个或一个以上方面的某些说明性特征。然而，这些特征仅指示可利用各种方面的原理的各种方式中的几种，且此描述希望包含所有此些方面及其等效物。
附图说明
本发明的以上及其它目的及优点在结合附图考虑以下具体实施方式之后将显而易见，附图中相同参考标号始终指代相同部分，且附图中：
图1说明根据本说明书的一方面实施发光二极管串的实例显示器；
图2说明根据本说明书的一方面实施发光二极管串的实例显示器；
图3为说明根据本说明书的一方面的发光二极管中的电流与发光强度之间的关系的实例图表；
图4为说明根据本说明书的一方面的电功率系统的无功功率、视在功率及有功功率之间的示范性关系的曲线图；
图5说明根据本发明的一方面的ac电压及电流波形之间的实例相位滞后；
图6说明根据本说明书的一方面的控制器的实例实施例；
图7说明根据本说明书的一方面的控制器的实例实施例；
图8说明根据本说明书的一方面的控制器的实例实施例；
图9说明根据本说明书的一方面的控制器的实例实施例；
图10说明根据本说明书的一方面的控制器的实例实施例；
图11说明根据本发说明书的一方面的实例系统；
图12说明根据本说明书的一方面的实例系统；
图13说明根据本说明书的一方面的实例系统；及
图14说明根据本说明书的一方面的实例方法。
具体实施方式
现参看图式而描述各种方面。在以下描述中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以便提供对一个或一个以上方面的全面理解。然而，显而易见，此(些)方面可在无这些特定细节的情况下实践。
如本申请案中所使用，术语“组件”、“模块”、“系统”及其类似物既定包含计算机相关的实体，比如但不限于硬件、固件、硬件及软件的组合、软件或执行中的软件。举例来说，组件可为但不限于运行于处理器上的处理程序、处理器、对象、可执行对象、执行线程、程序及/或计算机。以说明方式，运行于计算装置上的应用程序及所述计算装置都可为组件。一个或一个以上组件可常驻于处理程序及/或执行线程内，且组件可定位于一个计算机上且/或分布于两个或两个以上计算机之间。再者，这些组件可从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读媒体执行。所述组件可通过本地及/或远程处理程序比如根据具有一个或一个以上数据包的信号(比如来自一个与本地系统、分布式系统中的另一组件交互及/或跨网络(比如因特网)通过所述信号与其它系统交互的组件的数据)而进行通信。
此外，术语“或”既定表示包容性“或”，而不是排除性“或”。即，除非另有指明，或从上下文中明确看出，否则短语“X利用A或B”既定表示自然包容性排列的任一者。即，以下情况的任一者均满足短语“X利用A或B”：X利用A；X利用B；或X利用A及B两者。再者，除非另有指明或从上下文中明确看出是指单数形式，否则如本申请案及所附权利要求书中所使用的冠词“一”应一般解释为表示“一个或一个以上”。
将根据可包含许多装置、组件、模块及其类似物的系统呈现各种方面或特征。应了解及明白，所述各种系统可包含额外装置、组件、模块等，且/或可不包含结合所述图式所论述的装置、组件、模块等的全部。也可使用这些方法的组合。
本发明涉及用于控制一个或一个以上发光二极管(LED)或LED驱动器的电路及方法。LED的发光度为通过施加到所述LED的驱动电压及流过所述LED的驱动电流而产生的功率的函数。图4说明示范性电功率系统的功率分量关系。具体来说，图4展示电功率系统的无功功率、视在功率及有功功率之间的关系。有功功率为电路在特定时间内执行工作的能力。视在功率为所述电路的电流及电压的乘积。归因于存储于负载中且返回到源的能量，或归因于使从所述源汲取的电流的波形失真的非线性负载，所述视在功率可大于所述有功功率。功率因数(PF)是有功功率与视在功率的比率，且可在数学上定义为如下：
PF＝有功功率÷视在功率
PF＝(Vrms×Irms×Cosine A)÷(Vrms×Irms)
PF＝Cosine A
其中，rms是指均方根，÷是指除法，×是指乘法，及A为如图4中所示视在功率与有功功率之间的角度。
图5说明正弦电流及电压波形之间的随时间(t)而变的关系。在此关系中，电流波形(I)滞后于电压波形(V)由“相移”表示的相位差。图5中所示的“相移”对应于图4中所示的角度“A”。换句话说，所述电压及电流波形为纯正弦，功率因数为所述电流及电压正弦波形之间的相位角(A)的余弦。当所述电压及电流波形为同相时，功率因数等于1，且当电流波形超前或滞后于电压波形90度时，功率因数为零。理想地，功率因数1在功率系统中为可取的，这是因为其向负载提供最大功率。
功率因数为介于0与1之间的数字，其经常表达为百分比，例如07PF是指70％功率因数。在电功率系统中，对于转移相同量有用功率来说，具有低功率因数的负载比具有高功率因数的负载汲取更多电流。较高电流增加配电系统中所损失的能量，且需要较大电线及其它设备。因为较大设备的成本及浪费的能量的缘故，电力公用设施将通常向有低功率因数的工业或商业客户收取更高费用。
可利用电容器或电感器的无源网络而校正具有低功率因数的线性负载(比如感应马达)。比如整流器等非线性负载使从所述系统汲取的电流失真。在此类情形下，有源功率因数校正用于抵消所述失真且提高所述功率因数。
本发明的电路包括耦合到一个或一个以上检测器的可编程分散控制器，其中所述一个或一个以上检测器经配置以检测一个或一个以上LED或LED驱动器的一个或一个以上可测量参数。所述控制器经配置以接收来自所述一个或一个以上检测器的与所述一个或一个以上可测量参数相关的信息。所述控制器还经配置以调整一个或一个以上可控制参数，直到一个或一个以上检测器指示所述LED或LED驱动器的一者中的一个或一个以上可测量参数满足参考条件为止。所述控制器经配置以接着设定所述可控制参数的一者或一者以上以在相对于满足所述参考条件时所处的所述可控制参数的值的值处操作。
本发明还包含一种用于控制一个或一个以上LED或LED驱动器的方法。所述方法包括：检测所述一个或一个以上LED或LED驱动器的一个或一个以上可测量参数；接收来自所述一个或一个以上检测器的与所述一个或一个以上可测量参数相关的信息；调整所述一个或一个以上LED或LED驱动器的一个或一个以上可控制参数，直到所述一个或一个以上LED或LED驱动器中的所述可测量参数满足参考条件为止；及设定所述可控制参数以在相对于满足所述参考条件时所处的所述可控制参数的值的值处操作，其中所述设定通过可编程分散控制器执行。
图6说明一配置，其中可使用本发明的用于控制负载63或负载驱动器64中的至少一个参数的控制器62。负载63可为LED串或LED阵列，且驱动器64可为LED串或LED阵列的驱动器。在图6中，检测器61耦合到负载63及/或驱动器64。检测器61检测负载63及/或驱动器中的可测量参数，比如温度、电压、电流、发光强度或发光波长分布或颜色。第12/111,114号美国专利申请案的三极管区域检测器为可与本发明的控制器62一起使用的检测器61的实例，此专利申请案的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。负载63耦合到电源60，电源60提供用于LED串63的驱动电压。负载63还耦合到驱动器64，驱动器64调节负载63的操作。控制器62耦合到电源60，使得控制器62可控制来自电源60的驱动电压。如图6中所示，本发明的可编程控制器62为分散的。即，控制器62并不是电源回路的控制回路的必要部分，但控制器62可影响电源回路。在图6的实例中，可起始电源60，且驱动器64可在无来自可编程分散控制器62的任何交互的情况下使负载63处于一组操作条件。因此，包括电源60、负载63及驱动器64的驱动器回路可独立于控制器62而操作。然而，在发生某个事件或历时某间隔时，所述可编程分散控制器可调整所述驱动器回路的操作以校准及/或优化所述驱动器回路的参数。
在以下实例中，检测器61为三极管区域检测器，例如第12/111,114号美国专利申请案中所揭示的三极管区域检测器。然而，此仅为示范性的且并不是限定性的。在检测器61为耦合到LED驱动器64的三极管区域检测器的情形下，控制器62经配置以控制驱动器64及/或电源60来使驱动电压逐步下降，直到三极管区域检测器61设定三极管区域旗标为止。控制器62接着致使电源60及/或驱动器64以高于设定三极管旗标时所处的驱动电压某一可编程电平的驱动电压操作。控制器62致使电源60及/或驱动器64将驱动电压设定为足够高以避免在三极管区域中操作，由此优化电路中的功率耗散及改进电路效率。
在以上实例中，控制器62致使电源60及/或驱动器64使驱动电压逐步下降。然而，控制器62也可致使电源60及/或驱动器64根据控制器62的所需应用而使驱动电压逐步上升。此外，控制器62可依据应用而控制某一其它可控制参数，比如电流、功率或电阻。此外，除了控制器62致使驱动电压逐步上升或逐步下降外，控制器62还可等待直到驱动电压或其它可控制参数增加或减少，直到满足参考条件为止。此外，在以上实例中，控制器62致使电源60及/或驱动器64将驱动电压设定为足够高以避免在三极管区域中操作。依据控制器62的应用，控制器62可致使电源60及/或驱动器64将驱动电压设定在相对于满足如由检测器61检测到的参考条件时所处的驱动电压的任何点处。参考条件可为偏离于检测到的参数的常数，使得当检测到的参数在相对于针对检测到的参数的某个参数的正或负常数内时满足参考条件。参考条件可为检测到的参数及参考参数的函数。参考条件也可为多个所测量参数的函数，比如电压、波长及强度的组合。
如图7中所示，在一个实施例中，控制器72可包括数/模转换器(“DAC”)及状态机。本发明的可编程控制器可为可编程的，且可以模拟、数字或这些装置的某一组合以及以硬件、软件、固件或这些媒体的某一组合而实施。检测器71、电源70、负载73及驱动器74可在结构上及功能上分别与图6中的对应物61、60、63及64相同或类似。
如图8中所示，可编程分散控制器86可耦合到一个或一个以上检测器83、84、85，所述一个或一个以上检测器耦合到一个或一个以上负载及驱动器80、81、82。在此实施例中，电源87耦合到一个或一个以上负载及驱动器80、81、82。控制器86如上文所论述而操作，从而致使电源87及/或驱动器80、81、82调整可控制参数，直到检测器83、84、85中的至少一者检测到在所述检测器所耦合到的负载及/或驱动器80、81、82中满足参考条件为止。控制器86可致使电源87及/或驱动器80、81、82在相对于满足负载或驱动器80、81、82的至少一者中的参考条件时所处的可控制参数的值的可控制参数的设定处操作。控制器86用以致使电源87及/或驱动器80、81、82设定所述可控制参数的触发器可为在负载或驱动器80、81、82的一者中满足参考条件的检测，或所述触发器可为在负载或驱动器80、81、82的一者以上中满足参考条件的某一组合。控制器86可经编程以引发介于满足负载或驱动器80、81、82的一者或一者以上中的所述参考条件的时间与设定所述可控制参数的时间之间的延迟。
如图9中所示，本发明的控制器906可联合一个或一个以上其它控制器909而使用。在图9的实例中，集成电路芯片910包括控制器906及检测器903、904。集成电路芯片910还可包括控制器909、检测器905及驱动器902。在替代实施例中，第二集成电路芯片911可包括控制器909及检测器905。检测器903、904、905分别耦合到负载及驱动器900、901、902。负载及驱动器900、901、902耦合到电源907。控制器906、909可耦合到用于芯片间通信(“SIC”)的系统908，比如在第12/046,280号美国专利申请案中所揭示的系统，此专利申请案的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。当检测器903、904、905检测到在相应负载及/或驱动器900、901、902的一者中或在相应负载及驱动器900、901、902的某一组合中满足参考条件时，控制器906、909中的至少一者致使电源907设定负载及驱动器900、901、902中的可控制参数。
本发明的控制器62、72、86或906(其可集成于具有LED、LED照明系统或LED相关驱动系统的液晶显示器中)例如可依某个定期或可调整间隔或在某些事件(比如最初启动)之后或在某个可测量系统参数改变之后设定一个或一个以上可控制参数。控制器62、73、86或906也可相对于所述一个或一个以上负载及/或驱动器的至少一者中的额外可测量系统参数中的改变而起始对可控制参数的调整。额外可测量参数可与通过检测器所检测到的可测量参数相同，或额外可测量参数可为不同的可测量参数。
图10说明本发明的示范性系统1000的功能框图。系统1000可例如在液晶显示器中实施，且可用于控制用于背光照明的LED串。另外或替代地，可在发光二极管照明系统或发光二极管相关驱动系统中实施系统1000。所属领域的一般技术人员将了解，系统1000的应用并不限于LED负载，且电视及照明应用中所涉及的其它负载也适用于系统1000。所属领域的一般技术人员还将了解，系统1000并不限于显示器应用，且可用于其它应用，例如用于LED街道照明。
系统1000包含具有功率因数校正能力的电源1026。电源1026将驱动电压提供到多个LED串1、2及n。可通过使用一个或一个以上集成电路(IC)芯片而实施电源1026。串1的LED 1006耦合到LED驱动器1012及控制器1018。串2的LED 1008耦合到LED驱动器1014及控制器1020。串n的LED 1010耦合到LED驱动器1016及控制器1022。驱动器1012、1014或1016可包含场效晶体管以分别通过LED串1、2或n而可控制地提供从电源1002到接地的电流路径。控制器1018、1020或1022可代表控制器42、53、66或906，且也可称为效率优化器，这是因为其目的之一为分别优化LED串1、2或n的效率。
控制器1018、1020或1022可为控制LED串1、2及n的操作的集中控制器，或者为可影响LED串1、2及n的操作但不为集中控制器的一部分的独立分散控制器。控制器1018、1020及1022可位于相同集成电路芯片或不同集成电路芯片上。
如上文所论述，控制器1018、1020及1022接收来自一个或一个以上检测器的输入，所述输入指示其相应串1、2及n的操作或靠近其相应串1、2及n的环境条件。一个此输入可包含三极管区域电压检测。三极管区域是指LED串1、2或n的操作状态，其中流过所述LED串1、2或n的电流由于由电源1026所供应的驱动电压的增加而直接增加。在三极管区域之外，由电源1026所供应的驱动电压的增加不会直接改变流过LED串1、2或n的电流。三极管区域的电压上限代表适当驱动LED串1、2或n所需的最小驱动电压。
在本发明的一个实施例中，控制器1018、1020及1022通过智能多路复用器1024耦合到电源。在本发明的另一实施例中，控制器1018及1020及1022在不使用智能多路复用器1024的情况下耦合到电源1026。在使用智能多路复用器1024的实施例中，智能多路复用器1024的目的为在介于电源1026与控制器1018、1020及1022之间的交互上提供更多灵活性。举例来说，多路复用器1024可将各种串1、2及n与电源1026的交互的时序定序，或仅可容许某些串1、2或n与电源1026交互。
电源1026通常可用于电视机及其它电子系统的电源中，且本发明的系统1000可通过例如透明地承袭可用于其中实施系统1000的电视机中的电源的益处而智能且自适应地优化LED串1、2及n的驱动需求。系统1000可在图10中所示的节点A处耦合到电源1026。电源1026接收例如来自壁式插座的AC功率输入以及在节点A处来自系统1000的输入，且将DC功率输出提供到LED串1、2及n。
在本发明中，在节点A处注入控制信号，所述控制信号代表用于LED串1、2及n的所需驱动电压。所述控制信号可包含例如电流信号，所述电流信号代表用于前导串的三极管区域电压的限制(例如，上限或下限)。举例来说，所述前导串可包含具有所有LED串1、2及n的三极管区域电压的最高上限的LED串1、2或n。本发明的控制器1018、1020或1022可例如在初始化之时并且在之后周期性地不时地监视针对各种LED串1、2及n的三极管区域电压限制。本发明因此通过容许系统1000仅提供必要驱动电压且通过消除对电源1026的输出电压的任何dc-dc按比例调整的需要而提供高效功率管理。在常规系统中，通常提供比三极管区域电压的上限高得多的驱动电压，以提供足够裕度，以适应可随时间及温度而发生的LED串中的最坏情况LED制造变动及物理改变，包含利用不同LED更换损坏的LED。此外，在常规系统中，中间dc-dc电源被放置于电源1026与LED串1、2及n之间以将电源1026的输出按比例调整为用于LED串的驱动电压。本发明无需中间dc-dc电源，这是因为电源1026基于节点A处所提供的控制信号而提供所需驱动电压。本发明的控制器1018、1020及1022通过不时地评估三极管区域限制且通过消除常规放置于电源1026与LED串1、2及n之间的中间dc-dc按比例调整转换器而提供对驱动电压的运行中调整。中间dc-dc按比例调整转换器的消除提供了在电路组件及功率方面的节省，且还提供对LED串的自适应功率调整。本发明因此减少了功率浪费，且增强了功率分布系统的有效性及效率。
智能多路复用器1024向电源1026提供电流信号(或者电压信号)，所述电流信号指示用于驱动LED串1、2及n的所需电源电压。具有内建功率因数校正模块的电源通常可用于电视机及其它消费型显示系统内。举例来说，由Unitrode公司制造的UC3854集成电路芯片及由Linear Technology公司制造的LT1249集成电路芯片提供功率校正电路且用于电视机中。本发明的系统1000的节点A可耦合到UC3854芯片的第11号引脚(Vsense引脚)及LT1249芯片的第6号引脚(Vsense引脚)。
图11说明图10中所说明的电源1026的实例实施例。图10中所示的实例电源1026使用升压调节器1104。所属领域的一般技术人员将了解，具有降压、升压、返驰正向及其它功率转换器的电源在市场上可购得，且适用于本发明。图11的电源1026包含由升压功率转换器1104、多路复用器1114及电阻器R8及R15组成的输入电流控制回路1112。交流(AC)电压线耦合到全波整流器1102且充当到电源1026的输入。全波整流器1102耦合到电阻器R8及R15。全波整流器1102产生全波整流正弦波电压信号Vin。升压切换调节器1104可迫使线电流(Iin)遵循线电压(Vin)的包络且与线电压同相。
智能多路复用器1024的输出可耦合到运算放大器1110的反相输入。作为替代，控制器1018、1020或1022的输出可耦合到运算放大器1110的反相输入。由控制器1018、1020或1022或智能多路复用器1024(在节点A处)提供到运算放大器1110的反相输入的电流信号指示LED串1、2及n的所需驱动电压。运算放大器1110的非反相输入耦合到参考电压。
运算放大器1110的输出耦合到多路复用器1114。运算放大器1110将信号Verr提供到多路复用器1114。多路复用器1114将Verr电压信号与Vsine电压信号相乘。Vsine电压信号为全波整流正弦波电压信号，其由于因电阻器R8及R15引起的电压Vin的下降而产生。由输入电流控制回路1112所产生的电流与Verr电压乘以Vsine电压成比例。dc-dc转换器1104将驱动电压Vout及驱动电流Iout提供给负载1108，驱动电压Vout及驱动电流Iout是通过使用从效率优化器1018、1020或1022所接收的控制信号输入而产生。图10中所说明的LED串1、2及n可由图11中的负载1108表示。
本发明提供优于常规功率因数校正系统的优点，这是因为本发明直接使用效率优化器1018、1020或1022的输出来驱动LED串1、2及n。在常规功率因数校正系统中，中间直流(dc)到直流(dc)功率调节器与PFC电源介接以将PFC电源的输出电压调整为较高电平，以鉴于时间、温度及其它因素而向LED串提供足够高而驱动产品变动及操作情况下的广范围LED的最坏情况情形驱动电压。在此情形下，中央控制器将所需驱动电压传送到调节器。因此，在常规系统中，功率因数校正电路的输出经调整以提供所需驱动电压及电流。在本发明的系统及方法中，到电源1026的输入可通过效率优化器1018、1020或1022调整以将所需驱动电压及电流提供到LED串1、2及n。电阻器R3及R4以及平方框1116及除法框1106形成线变动校正回路。所属领域的一般技术人员将了解，本发明的技术可适用于在商业显示系统中可用的广范围的电源，且图11中所说明的电源1026仅为示范性电源。
图12说明根据本发明的一方面的图10中所说明的电源1026的额外实例实施例。图11展示电源1026的完全模拟实施方案，而图12关注离散时间系统实施方案。如上文所论述，交流(AC)电压线耦合到全波整流器1102且充当到电源1026的输入。然而，已通过智能校准技术而取代输入模拟电流控制回路1112。举例来说，已通过含R8及Rmulstep的电阻器网络而取代图11的模拟乘法器1114，其中Rmulstep为经由状态机1204(下文论述)的输出而控制的可编程可变电阻器。
零交叉检测器1202识别AC输入波形的零交叉，或接近来自全桥整流器1102的半正弦波输出的零交叉。零交叉检测器1202可为低频率取样零交叉检测器，这是因为通过每个循环约同时检查输出电压，可减轻波纹的大量不良影响。理论上，当AC波形为零时，输出电压处于平均值。
零交叉检测器的输出可提供为到状态机1204的输入。再者，零交叉检测器1202的输出可提供到运算放大器1110以用于取样及保持或其它目的。运算放大器1110还可从由电阻器R24及电阻器R25组成的分压器获得输入。运算放大器1110提供Verr(上文论述)作为到状态机1204的输入。再者，状态机1204从三极管检测器1206(在并入的参考第12/111,114号美国专利申请案中所揭示)获得详细展示三极管区域的上边界的信号。
在图11的先前实例实施例中，利用乘法器，使得由输入电流控制回路1112所产生的电流与Verr电压乘以Vsine电压成比例。在此实施例中，状态机1204的输出控制可编程可变电阻器Rmulstep，可编程可变电阻器Rmulstep确定输入电流及电压控制回路，其中状态机1204的输出至少部分基于输入ac波形、经由三极管区域检测器1206确定的上三极管区域、按比例调整的全整流线电压(例如，Vsine)及由运算放大器1110所提供的Verr的所检测到的零交叉。
图13说明根据本发明的一方面的图10中所说明的电源1026的又一实施例。图13类似但又不同于图12中所揭示的实施例。特定来说，图13的电源1026包含输入电压前馈校正回路1302，输入电压前馈校正回路1302由例如电阻器R26、R27及电容器C10组成。输入电压前馈校正回路1302可由状态机1204利用以对归因于Vin rms2改变的可能广的控制范围变动问题产生不利影响。举例来说，前馈输入1302可实施为向量，所述向量由状态机1204使用以用于信号处理目的，比如以选择适应于Vin的值的表、映射等。
鉴于上述的实例系统，将参考图14的流程图较好地了解可根据所揭示的标的物实施的方法。虽然为了简化解释的目的，所述方法展示及描述为一系列框，但是应了解及理解，所主张的标的物并不受所述框的次序限制，这是因为一些框可以不同次序及/或与本文中所描绘及描述的其它框同时出现。此外，可能不需要所有所说明的框来实施下文中所描述的方法。
现转向图14，展示根据本发明的一方面的实例方法。在1402处，可为构成一个或一个以上发光二极管串(见图1)的一个或一个以上发光二极管确定一组特性。所述特性可为多个可测量参数的任一者，其包含但不限于由所述发光二极管中的至少一者发射的光的环境温度、发光强度或波长。如前所论述，所述特性可经由与一个或一个以上可编程控制器相关联的一组检测器确定。另外或替代地，所述可编程控制器及/或检测器可包含于、含于电源中或以其它方式与所述电源集成。
在1404处，可产生控制信号。所述控制信号可将驱动电压的所需值指示给一个或一个以上接收装置，比如电源。在1406处，可通过所述电源对输入ac电压执行功率因数校正。如前所论述，功率因数校正可用于对准电压及电流波形以便获得最佳效率。在1408处，可至少部分基于控制信号及位于输入电流及电压控制回路中的可编程可变电阻器的值而产生所述所需驱动电压。所述可编程可变电阻器的值可经由状态机控制，其中所述状态机至少部分基于零交叉信号、线电压Vsine的样本、离散错误电压、限制三极管区域信号或输入电压前馈校正值中的至少一者而控制所述可编程可变电阻器。如前所论述，所述零交叉信号可经由包含于电源中的低频率零交叉检测器而确定。类似地，所述限制三极管区域信号可经由包含于所述电源中的三极管区域检测器而确定。
如本文中所使用，术语“相对于”意味着相对于值B而建立值A指明A为值B的函数。介于A与B之间的函数关系可在数学上或通过参考理论或经验关系而建立。如本文中所使用，耦合意味着通过电线、迹线或其它连接元件而直接或间接串联连接。耦合元件可接收来自彼此的信号。
结合本文中所揭示的实施例描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路可利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或设计成执行本文中所描述的功能的其任何组合而实施或执行。通用处理器可为微处理器，但作为替代，所述处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如DSP及微处理器的组合、多个微处理器的组合、结合DSP核的一个或一个以上微处理器或任何其它此类配置。另外，至少一个处理器可包括可操作以执行上述步骤及/或动作的一者或一者以上的一个或一个以上模块。
此外，结合本文中所揭示的方面而描述的方法或算法的步骤及/或动作可直接体现于硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合中。软件模块可常驻于RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。示范性存储媒体可耦合到所述处理器，使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息及将信息写入到所述存储媒体。作为替代，所述存储媒体可与所述处理器成一体式。此外，在一些方面中，所述处理器及所述存储媒体可常驻于ASIC中。另外，所述ASIC可常驻于用户终端中。作为替代，所述处理器及所述存储媒体可作为离散组件而常驻于用户终端中。另外，在一些方面中，方法或算法的步骤及/或动作可作为代码及/或指令的一者或任何组合或集合而常驻于机器可读媒体及/或计算机可读媒体上，所述机器可读媒体及/或计算机可读媒体可并入在计算机程序产品中。
在一个或一个以上方面中，所描述的功能可实施于硬件、软件、固件或其任何组合中。如果实施于软件中，那么所述功能可存储于计算机可读媒体上或作为一个或一个以上指令或代码在计算机可读媒体上发射。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，所述通信媒体包含促进计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。以举例方式，且并不限制，此计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于以指令或数据结构形式携带或存储所需程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。此外，任何连接可称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或比如红外、无线电及微波等无线技术而从网站、服务器或其它远程源发射软件，那么所述同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或比如红外、无线电及微波等无线技术包含于媒体的定义中。如本文中所使用的磁盘及光盘包含紧密光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性再现数据，而光盘通常利用激光以光学方式再现数据。上文的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。
虽然前述揭示内容论述说明性方面及/或实施例，但是应注意，在不偏离通过所附权利要求书所界定的所描述的方面及/或实施例的范围的情况下可在本文中作出各种改变及修改。此外，虽然所描述的方面及/或实施例的元件可通过单数形式描述或主张，但除非明确指出限于单数形式，否则也预期复数形式。另外，除非另有指出，否则任何方面及/或实施例的全部或一部分可与任何其它方面及/或实施例的全部或一部分一起使用。

Claims (20)

1.一种用于控制一组发光二极管串的电路，其包括：
可编程控制器，其具有一个或一个以上相关联检测器，所述可编程控制器经由所述相关联检测器而获得与一组发光二极管串的一个或一个以上可测量参数相关的数据，至少部分基于所述可测量参数而确定驱动值，且基于所述驱动值而产生控制信号；
电源系统，其具有功率因数校正能力，所述电源系统获得所述控制信号作为第一输入，且获得ac波形电压作为第二输入，且至少部分基于所述控制信号或所述ac波形电压中的至少一者而产生驱动电压；及
可编程可变电阻器，其包含于所述电源中，用于设定促进所述电源产生所述驱动电压的输入电流及电压控制回路的一组操作条件。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述可编程可变电阻器经由状态机来控制。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述状态机至少部分基于以下输入中的至少一者而控制所述可编程可变电阻器：零交叉信号、输入线电压值、离散错误电压、限制三极管区域值或输入电压前馈校正值。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述零交叉信号经由包含于所述电源中的零交叉检测器而确定。
5.根据权利要求3所述的电路，其中所述限制三极管区域信号经由包含于所述电源中的三极管区域检测器而确定，其中所述三极管区域检测器确定上限三极管区域或下限三极管区域中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述可测量参数包含以下至少一者：所述发光二极管串中的发光二极管的至少一者的环境温度、所述发光二极管串中的所述发光二极管的至少一者的发光强度，或由所述发光二极管串中的所述发光二极管的至少一者发射的光的波长。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述可编程控制器包含数/模转换器、状态机、数字处理电路或模拟处理电路中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的电路，其中包含于所述可编程控制器中的所述状态机也为包含于所述电源中的状态机。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路实施于以下至少一者中：液晶显示器、发光二极管照明系统或发光二极管相关驱动系统。
10.一种用于控制一组发光二极管串的方法，其包括：
确定包含于所述发光二极管串中的至少一个发光二极管的至少一个特性；
至少部分基于所述特性而产生用于所述发光二极管串的至少一者的驱动电压的控制信号；
执行与电源的ac电流及ac电压波形输入相关的功率因数校正；及
至少部分基于所述控制信号及位于输入电流及电压控制回路中的可编程可变电阻器的值而产生所述驱动电压。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括经由状态机而控制所述可编程可变电阻器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述状态机至少部分基于以下至少一者而控制所述可编程可变电阻器：零交叉信号、输入线电压值、离散错误电压、限制三极管区域信号或输入电压前馈校正值。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括经由包含于电源中的零交叉检测器而确定所述零交叉信号。
14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括经由包含于电源中的三极管区域检测器而确定所述限制三极管区域信号。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述特性包含以下至少一者：所述发光二极管串中的发光二极管中的至少一者的环境温度、所述发光二极管串中的所述发光二极管中的至少一者的发光强度，或由所述发光二极管串中的所述发光二极管中的至少一者发射的光的波长。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括经由包含于可编程控制器中的检测器而确定所述特性。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述可编程控制器包含以下至少一者：数/模转换器、状态机、数字处理电路或模拟处理电路。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述可编程控制器及电源共享一个或一个以上组件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述组件包含所述状态机。
20.一种促进对一组发光二极管串的控制的系统，其包括：
可编程控制器，其与一组检测器相关联，所述组检测器测量包含以下至少一者的数据：由所述发光二极管串中的发光二极管中的至少一者发射的光的环境温度、发光强度或波长，所述控制器至少部分基于所述数据而确定驱动值，且基于所述驱动值而产生控制信号；
电源，其具有功率因数校正能力，所述电源获得所述控制信号作为第一输入，且获得ac波形电压作为第二输入，且至少部分基于所述ac电压而产生驱动电压；及可编程可变电阻器，其包含于所述电源中，所述可编程可变电阻器设定促进所述电源产生所述驱动电压的一组输入电流及电压控制回路操作条件，其中状态机至少部分基于以下输入中的至少一者而控制所述可编程可变电阻器：经由零交叉检测器而产生的零交叉信号、经由受输入电压控制的输入电流回路而获得的输入线电压值、经由运算放大器而获得的离散错误电压、经由三极管区域检测器而获得的限制三极管区域信号，或经由输入电压前馈校正回路而获得的输入电压前馈校正信号。
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