CN102742353A - 用于大面积固态oled的、使用斜坡脉冲调制的电子驱动器调光控制 - Google Patents

用于大面积固态oled的、使用斜坡脉冲调制的电子驱动器调光控制 Download PDF

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Abstract

公开了电子驱动器装置和方法，用于驱动对有机LED或者其他大面积固态光源的供电，其中，开关模式DC电流源根据控制输入提供DC电流以驱动光源，以及控制器对于调光设定点信号或者值的至少一些值提供斜坡脉冲调制的控制输入到电流源，以通过控制驱动电流的di/dt来缓解破坏电流尖峰。

Description

用于大面积固态OLED的、使用斜坡脉冲调制的电子驱动器调光控制
背景技术
大面积固态照明器件(例如有机发光二极管(OLED))在建筑物、道路照明，以及在其他区域的照明应用中变得更加受欢迎，其同样在多种多样的标志和光学显示的应用中变得更加受欢迎。这样的应用要求使用寿命长且不带色移或者流明退化以达到商业可行。因此，保持对有改进的OLED驱动器装置和技术的需要，以控制带有调光能力的一致照明，同时为了延长的可使用的器件使用寿命，减缓闪烁和过早器件的退化。
发明内容
本公开提供了用于对OLED和其他大面积固态光源供电的驱动器和方法，其中，开关模式DC电流源根据控制输入提供DC电流以驱动光源，以及控制器对于调光设定点信号或者值的范围的全部或者一部分提供斜坡脉冲调制的控制输入到电流源。斜坡调制包含在驱动电流电平之间的受控的转变，以限制器件电流(di/dt)高变化率、从而避免或减缓过早流明退化以及色移。
提供了驱动器装置，其包括根据控制输入提供电流以对一个或多个大面积固态光源供电的开关模式DC电流源，以及根据设定点信号或者值提供控制输入到电流源的控制器。控制器对于设定点信号或者值的至少某些值、提供作为斜坡脉冲调制的波形的控制输入。调制的波形包括在两个或者多个控制输入值之间的转变，其具有受控的递增轮廓(具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的上升时间值)以及还包括受控的递减轮廓(具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的下降时间值)。在一些实施例中，上升时间值和下降时间值是相同的，例如在一些实现中大约1毫秒。在其他实施例中，上升时间值和下降时间值是不相等的。在一些实施例中，递增轮廓和/或递减轮廓是线性的。在某些实施例中，递增轮廓和递减轮廓至少一个的全部或者一部分是非线性的。在一些实施例中的驱动器包括感测光源电流的反馈电路以及提供反馈信号到控制器，其中控制器至少部分地根据反馈信号提供脉冲调制的控制输入到电流源。此外，在某些实施例中，控制器在调制频率大约100-2000赫兹处提供脉冲调制的控制输入。
提供了用于对至少一个大面积固态光源供电的方法。方法包括根据控制输入控制开关模式DC电流源，以提供DC电流从而对至少一个大面积固态光源供电。方法进一步包括对于设定点信号或者值的至少某些值、作为脉冲调制的波形提供脉冲调制的控制输入到电流源。脉冲调制的波形包括控制输入值之间的转变，其具有受控的递增轮廓(具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的上升时间值)和受控的递减轮廓(具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的下降时间值)。在一些实施例中上升时间值和下降时间值大约是1毫秒，并且在某些实施例中上升时间值和下降时间值是不相等的。轮廓的一个或者两者可能是线性的，且递增轮廓和/或递减轮廓的全部或者一部分可以是非线性的。
附图说明
在以下详细描述和附图中阐述了一个或多个示例性实施例，在附图中：
图1A是图示带有开关模式DC电流源和控制器的驱动器装置的示意图，所述控制器提供用于驱动大面积固态光源的斜坡脉冲调制控制。
图1B是图示带有开关模式DC电流源也带有控制器的另一个示例性驱动器装置的示意图，所述开关模式DC电流源包含有降压转换器和输出开关，所述控制器提供用于开关来驱动大面积固态光源的斜坡脉冲调制控制。
图2是示出用于控制在图1A和图1B的驱动器装置中的DC电流源的选择性调制的控制输入和对应的调光水平设定点值的曲线图；以及
图3A-3H是图示图1A和图1B驱动器装置的调光操作中的示例性斜坡脉冲调制的驱动器电流的曲线图。
具体实施方式
现在参考到附图，其中，贯穿所有附图相同的附图标记用于指示相同的元件，以及其中多种特征不一定按比例绘成，本公开涉及用于对大面积固态光源供电的电子驱动器和方法，其可能用于结合多种类型和串联/并联配置的此类光源来使用。本公开的概念可能与有机LED(OLED)光源或者具有大截面积的其他固态照明器件相联合地使用。
首先参考图1A、1B和图2，图1A中图示了用于对一个或多个大面积固态光源102(在这个情况中两个面板(panel)平行组合，每个面板包括用于照明应用的四个串联耦合的4伏、50毫安OLED面板)供电的电子驱动器装置100。驱动器100包括开关模式DC电流源130，其操作以根据由控制器140提供的控制输入144提供DC电流到光源102。在一个实施例中，DC源130是开关模式DC-DC转换器，其从整流器110接收输入DC功率，整流器110转换来自输入终端104的输入交流功率。转换器130提供DC电流用于对一个或多个大的固态光源102(例如，OLED)赋能。任何合适的开关模式DC电源130可使用在驱动器100中，驱动器可内部供电(例如，通过电池，太阳能电池等等)或者其可从输入供给(例如，转换在输入104接收到的交流功率的整流器110)通过转换生成DC输出功率。源130在输出终端130a(+)和130b(-)提供DC输出电压并操作以供给DC电流到耦合在终端130a和130b之间的负载，负载在这个情况中包括OLED面板102。控制器140可以是模拟电路或者是基于处理器的电路(例如，包括微控制器、微处理器、逻辑电路等等)或者是其结合，其至少部分地基于接收的设定点142提供一个或多个控制输入144到DC电流源130。驱动器100提供输出终端112a和112b，用于连接一个或者多个大面积固态光源102(例如，当由驱动器100提供电流时用于照明应用的一个或多个OLED)。
图1B示出另一个示例性驱动器装置100，其中，开关模式DC电流源130包括由来自控制器140的第一控制输入144a控制的降压转换器(buck converter)132a。在这个实施例中，DC-DC转换器130还包括由来自控制器140的第二控制输入144b操作的输出开关132b和串联扼流圈L。输出开关132b在第一(“ON”)状态是可操作的，以允许电流从电源130流向光源102，以及在第二(“OFF”)状态阻止电流从电源130流向负载102。在一个示例性形式的操作中，降压转换器132a根据围绕输入144a的调节回路操作，同时根据第二控制输入144b操作开关132b。在这个情况中，控制器140通过用于开关的输入144b选择性地提供输出开关132b的斜坡脉冲调制控制，用于在调光操作期间驱动大面积固态光源。
通过图1A和图1B的驱动器装置中的反馈电路150，可生成一个或者多个反馈信号152，在某些实施例中提供该反馈信号到控制器140。图示的示例中的分流器器件150允许感测流过光源负载102的负载电流，以及提供电流反馈信号152(IFB)到控制器140。控制器140可以用反馈信号152推断或者计算光源102和/或电源130的性能的一个或者多个方面，以及对控制输入144做出任何必须的调整。
图2提供示出控制输入144的曲线图200以及示出对应的示例性调光水平设定点值142的对应的曲线图210。在一个示例中，控制器140对于设定点信号或者值142的至少一些值来实现电流源130的选择的脉冲宽度调制(PWM)控制，用于控制图1A中的驱动器装置的DC电流源。在这个示例性形式的操作中，控制器140作为100%输出的恒量值提供控制输入144到源130，以及从外部源(例如，从用户操作的墙壁调光旋钮或者滑动控制)接收调光设定点信号或者值142。当调光水平设定点142指示需要光输出低于100%时，控制器140根据设定点信号或者值142提供脉冲调制的控制输入144到电流源130。
当用户改变调光设定点142到低于额定功率的100%(例如，在曲线图210的t1)时，控制器140在调制周期TPWM调制控制输入144，以在电流的第一电平处提供每个周期TPWM的某些部分(例如，在一个示例中100%，其具有提供100%额定电流的转换器132a和“ON”或者闭合的开关132b)，并且在输出电流IOUT的第二电平提供其余部分(例如，“OFF”的开关132)。以这种方式，在低于100%额定电流处驱动OLED光源102以及对光输出调光。在图2中的t2，进一步减少用户选择的调光水平142，以及控制器140在每个PWM周期TPWM内通过减少接通持续时间来调整带有调制的脉冲，以及控制器140在相似的方式下操作，以根据设定点142、通过调整提供到DC电流源130的脉冲调制的控制输入144，提供任何期望的调光水平。
在某些实施例中，将控制DC源130以提供不带脉冲调制的100%额定电流，以及提供调制的控制输入144用于较低调光水平的某些范围，以及在其它实施例中，将脉冲调制的信号144贯穿调光范围0%-100%使用，其中，将预期所有这样的实施例对于设定点信号或者值142的至少某些值提供脉冲调制的控制输入144到源130。在图1A的示例中，将提供调制的控制输入144作为用于源130的设定点，其调节源130的输出到达那个电平。在图1B的示例中，将转换器132a调节到单DC电流电平，以及提供调制的控制输入144b到输出开关132b，以选择性地将转换器输出与OLED负载102耦合/解耦。可以使用任何形式的调制技术，包括但不限于脉宽调制(PWM)、频率调制(FM)、时分复用(TDM)等等。在某些实施例中，对于设定点信号或者值142的至少某些值，在大约100赫兹或者更高和大约2千赫兹或者更低的调制频率处，控制器140提供脉冲调制的控制输入144到电流源130。就这一点而言，为了避免或者缓解OLED源102提供的光输出中不期望的用户可察觉的闪烁，在高于大约100赫兹的频率处执行调制是优选的。此外，脉冲的调光有利地避免了通过线性调光技术典型经历的色移，其中线性调光技术调整非调制的DC电流电平以调光光输出。另外，OLED器件102的脉冲的调光消除了线性调光时器件的个别部分在其他前关闭的问题。
此外，控制器140对于设定点信号或者值142的至少某些值提供斜坡脉冲调制(RPM)信号144到DC源130。就这一点而言，发明人意识到OLED类型和其他大面积固态照明器件102可能有极大的电容，以及进一步地这样的器件102在脉冲的调光情况下驱动的电流电平之间的转变期间可能易受过量电流浪涌的影响。控制器140没有使用新颖的RPM驱动技术，由于电容性负载102，驱动电流IOUT的快速变化可导致高电流尖峰(包括电流过冲和下冲情况)。这样的过量电流转变(在输出112处的高di/dt)通过分离有机界面、导致减少的操作寿命、流明退化、色移、和/或早期的器件故障，可能使OLED 102退化。因此，当调制的调光本身帮助抗击色移时，在传统脉冲的调光方法中每个开和关的周期中大的电容引起的电流中的尖峰。这个可能损害器件102以及导致非常不良的流明贬值、色移、以及最后导致器件故障。控制器140提供的RPM调光，在没有过早器件退化的情况下保持颜色在所有光水平一致，同时允许0%-100%的调光能力。RPM允许大面积OLED器件中的所有脉冲的调制方法的使用，以在没有由传统的脉冲方法通常导致的损害的情况下获得这些好处。
斜坡的脉冲调制(RPM)有利地控制dv/dt以及脉冲调制调光的每个开关周期得到的di/dt，以及将可能与任何形式的脉冲调制一起使用。就这一点而言，控制器140控制在调制方法独立的电平(每个开关事件)之间每个转换的斜升时间和斜降时间(下图图3A-图3H中的tup、tdown)。在一些实施例中，将梯形调制形状与保持在大约1毫秒的两个方向中的转换时间一起使用，但是可使用波形的其他形式、转换轮廓等等，其中将转变时间控制在大约100微秒到2毫秒之内。以这种方式，控制器140限制OLED器件102经历的di/dt，以及因此控制由尝试快速改变电压感应的电流尖峰的大小。就这点而言，为了优化DC源130中的效率，传统的脉冲调制效果将指向替换最小化转变时间。另一方面，为了缓解上面提到的OLED退化、色移、可察觉的闪烁等等问题，本公开的控制器140积极地加强驱动电流IOUT的上升时间和下降时间上的限制。在实践中，控制器140依靠控制输入144可以实现这些目标，控制输入144使用任何适合的波形来限制dv/dt以及得到的di/dt，比如线性转变、非线性转变、指数的或者对数的曲线转变、s曲线转变等等。此外，控制器140的数字实现可以在控制输入144中提供不连续的步骤，以在状态间转变，优选地是有大量充足数量的、足够持续时间的不连续电平，以使得最后结果是对状态的缓慢改变的模拟转变的相当准确的近似。
还参考图3A-3H，在调光水平设定点142的全部或者至少一部分范围上，开关模式DC电流源130的脉冲的调制控制提供由控制器140实现的斜坡脉冲调制。就这一点而言，控制器140提供作为脉冲调制的波形的控制输入144，该波形在至少两个控制输入值之间具有转变，该转变具有受控的递增(上升)轮廓(具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的上升时间值tup)以及受控的递减(下降)轮廓(具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的下降时间值tdown)。在一些实施例中，上升时间值tup以及下降时间值tdown是相同的，例如，上升时间值tup以及下降时间值tdown在大约1毫秒的+/-2%内。在其他实施例中，上升时间值tup以及下降时间值tdown是不相等的，其中上升时间值tup在某些情况下可以比下降时间值tdown长，以及在其它示例中上升时间值tup比下降时间值tdown短。此外，在一些实施例中，递增轮廓和递减轮廓之一或者两者可以是线性的(例如，作为时间的函数基本直线转变)，以及在其它实施例中递增轮廓和递减轮廓之一或者两者的至少一部分是非线性的。
图3A-3H提供在上文驱动器100中可能的斜坡脉冲调制几个非穷尽的示例，其中，示例示出的是调光水平设定点142的一些非100%的值。图3A-3C分别提供曲线图300、310以及320，作为时间的函数、示出驱动器输出电流(IOUT)曲线302、312、以及322，其中，控制器140调制降压转换器控制输入或输出开关132b，以生成输出电流，输出电流在第一电流电平I1和第二较低电平I2之间变化，其中线性上升转变和下降转变一般具有在大约100微秒和2之间的相等持续时间tup和tdown。在这些示例中的调制技术可能在电平I1和I2之一或者两者处提供非零停顿时间(dwell time)，即使不是严格要求，其中电平之一或者两者可能包含零停顿时间(例如，图3C)，以及其中停顿时间可能根据调光设定点142的值而改变。此外，高的和低的电流电平I1和I2可以(但不需要)对应源130的0%和100%的输出电平。
图3D和3E的曲线图330和340图示了其中波形输出曲线332和342具有不相等的上升持续时间和下降持续时间tup和tdown的示例。此外，如图3F的曲线图350所示，曲线斜坡调制波形352可能包含到或者来自任何数量的不同电流电平I1-I4的转变。
图3G和3H的曲线图360和370示出其它示例性实施例，其中，将可能使用指数的、对数的、和/或s形转变轮廓，优选地在接近转变的末端处有平滑的(即，低di/dt)部分以便减缓电流过冲和/或下冲，其中，转变可能(但不需要)包含线性部分，以及其中转变时间tup和tdown可能(但不需要)是相等的。例如，图3G的曲线图362提供了具有对数轮廓的上升转变和下降转变，其中变化率在转变末端处减少。图3H的曲线图372包括s形的上升转变轮廓和下降转变轮廓，其中，图示的调制电平/技术包括在第一电流电平和第二电流电平I1和I2处的非零停顿时间，其中其它示例(或者相同实施例的其它调制电平)不需要在电平I1和I2之一或者两者处具有非零停顿时间，以使得调制可能变成整个或者部分正弦曲线。
上面的示例只是说明本公开的多种方面的几个可能的实施例，其中，本领域技术人员一旦阅读和理解本说明书及附图就会想到等效的变更和/或修改。特别是考虑到通过上面描述的组件(组装件，器件，系统，电路等)来执行的多种功能时，除非另有说明，否则用来描述这些组件的术语(包括引用“部件”)是为了对应任何组件，如硬件、软件、或其组合，其执行的是所描述的组件的特定功能(即，在功能上等同)，即使不是结构上等效于公开的结构，该公开的结构执行本公开的图示实现中的功能。此外，尽管本公开的具体特征可能在关于几个实现的仅一个中已图示和/或描述，但是这样的特征可能与其他实现的一个或者多个其它特征结合，因为对于任何给定的或者具体的应用可能是期望的和有利的。而且，除非另有规定，否则单一的组件或者物件意在包含两个或多个这样的组件或物件。此外，在某种程度上，用语“包括”、“具有”、“带有”，或其变形用在具体描述和/或权利要求书中，这些用语旨在与用语“包括”相似的方式表示包含性。本发明参考优选实施例来描述。明显地，一旦阅读和理解前面的详细描述，其他人会想到修改和改变。本发明旨在解释为包括所有此类的修改和变更。

Claims (20)

1.一种用于对一个或者多个大面积固态光源供电的电子驱动器装置，所述驱动器装置包括：
DC电流源，其操作以根据控制输入提供DC电流从而对至少一个大面积固态光源供电；
控制器，其对于设定点信号或者值的至少一些值操作，以根据所述设定点信号或者值提供脉冲调制的控制输入到所述电流源，所述控制器提供作为具有至少两个控制输入值之间的转变的脉冲调制的波形的所述控制输入，所述转变具有受控的递增轮廓以及具有受控的递减轮廓，所述受控的递增轮廓具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的上升时间值，所述受控的递减轮廓具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的下降时间值。
2.如权利要求1所述的电子驱动器装置，其中，所述上升时间值和所述下降时间值是相同的。
3.如权利要求2所述的电子驱动器装置，其中，所述上升时间值和所述下降时间值大约是1毫秒。
4.如权利要求3所述的电子驱动器装置，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个是线性的。
5.如权利要求3所述的电子驱动器装置，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个的至少一部分是非线性的。
6.如权利要求5所述的电子驱动器装置，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓这两者的至少一部分都是非线性的。
7.如权利要求1所述的电子驱动器装置，进一步包括反馈电路，其操作以感测提供到所述至少一个大面积固态光源的所述DC电流以及提供反馈信号到所述控制器，所述反馈信号指示提供到所述至少一个大面积固态光源的所述DC电流，其中，至少部分地根据所述反馈信号，所述控制器对于所述设定点信号或者值的至少某些值提供脉冲调制的控制输入到所述电流源。
8.如权利要求1所述的电子驱动器装置，其中，所述上升时间值和所述下降时间值是不相等的。
9.如权利要求8所述的电子驱动器装置，其中，所述上升时间值比所述下降时间值长。
10.如权利要求8所述的电子驱动器装置，其中，所述上升时间值比所述下降时间值短。
11.如权利要求8所述的电子驱动器装置，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个是线性的。
12.如权利要求8所述的电子驱动器装置，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个的至少一部分是非线性的。
13.如权利要求1所述的电子驱动器装置，其中，所述控制器对于所述设定点信号或者值的至少某些值，在大约100赫兹或者更高和大约2千赫兹或者更低的调制频率处提供所述脉冲调制的控制输入到所述电流源。
14.如权利要求1所述的电子驱动器装置，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个是线性的。
15.如权利要求1所述的电子驱动器装置，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个的至少一部分是非线性的。
16.一种对至少一个大面积固态光源供电的方法，所述方法包括：
根据控制输入控制DC电流源，以提供DC电流从而对至少一个大面积固态光源供电；
对于设定点或者值的至少某些值，根据所述设定点信号或者值、作为脉冲调制的波形提供脉冲调制的控制输入到所述电流源，所述脉冲调制的波形具有至少两个控制输入值之间的转变，所述转变具有受控的递增轮廓以及具有受控的递减轮廓，所述受控的递增轮廓具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的上升时间值，所述受控的递减轮廓具有控制输入值之间的、大约100微秒或者更多以及大约2毫秒或者更少的下降时间值。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述上升时间值和所述下降时间值大约是1毫秒。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述上升时间值和所述下降时间值是不相等的。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个是线性的。
20.如权利要求16所述的方法，其中，所述递增轮廓和所述递减轮廓的至少一个的至少一部分是非线性的。
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