CN102812780A

CN102812780A - 用于运行至少一个led的线路布置和方法

Info

Publication number: CN102812780A
Application number: CN2010800656754A
Authority: CN
Inventors: 拉尔夫·赫英; 彼得·尼德迈尔; 格奥尔格·福斯特
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram GmbH; Osram Co Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-12-05
Also published as: US20130020957A1; JP5538616B2; DE102010003136A1; WO2011116843A1; JP2013525944A; EP2522198A1; KR20130038250A

Abstract

本发明涉及一种用于运行至少一个LED的线路布置，其具有：至少一个带有与至少一个LED连接的输出端的开关调节器（14）；至少一个具有控制电极的短路开关（KS），其中该短路开关（KS）与至少一个LED并联连接；和控制装置（10），其具有至少一个用于输入辐射信号（VS）的辐射信号输入端和与短路开关（KS）的控制电极连接的第一输出端；其中至少一个开关调节器（14）还包括用于启动和停止该开关调节器（14）的启动-停止-输入端，其中控制装置（10）还包括第二输出端，其与至少一个开关调节器（14）的启动-停止-输入端连接，其中该控制装置（10）设计用于依据辐射信号（VS）在其第二输出端上提供启动-/停止信号，用于启动和停止至少一个开关调节器（14）。本发明还涉及一种相应的方法，用于运行这种线路布置上的至少一个LED。

Description

用于运行至少一个LED的线路布置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行至少一个LED的线路布置，其具有：至少一个带有用于与至少一个LED连接的输出端的开关调节器，至少一个带有控制电极的短路开关，其中至少一个LED的短路开关并联；和控制装置，其带有至少一个用于输入辐射信号的辐射信号输入端和与短路开关的控制电极连接的输出端。此外，本发明还涉及一种用于运行这种线路布置中的至少一个LED的相应的方法。

背景技术

本发明所基于的问题涉及应用在成像单元、例如在投影器中的LED、特别是功率LED的运行。以下特别将辐射信号理解为可见波长范围内的和红外波长范围内的射束。目前，LED的最短接通持续时间为大约4μs。为了实现这种短暂的时间段，必须确保亮度迅速提升和减弱。

由现有技术中为此公开了两种方法：在将线性调节器用在电压源上的情况下，能够实现所期望的迅速的亮度提升-和减弱时间，其中，甚至能够以高分辨率调整流过LED的电流。然而，使用线性调节器会导致高损耗功率。第二种方法是使用开关调节器用于触发LED，其中，开关调节器始终处于运行状态，与LED并联的短路开关在LED不应发光的时候用于使LED短路。在LED短路期间，由短路开关承载开关调节器的输出电流。在开关调节器上进行对电流振幅的调节。这种变体也会导致不期望的高损耗。

发明内容

因此，本发明的目的在于，这样改进一个这种线路布置，在损耗尽可能小的情况下能够确保LED的期望的短暂接通时间。该目的还在于提供一种用于运行至少一个LED的相应方法。

该目的通过具有独立权利要求1所述特征的线路布置以及具有独立权利要求13所述特征的方法得以实现。

本发明的基础认识是，由开关调节器提供的输出电流（经过较长时间段的观察）仅仅在相比较短的持续时间内需要真正地用于触发LED。而在大部分时间内，开关调节器的输出电流未经使用就转化为损耗功率。特别显著的是，在使用多个LED的投影器中，LED的接通持续时长和断开持续时长不均衡，其中，LED发出波长不同的射束，并且仅仅依次地被触发用于发出射束。因此，本发明为了降低损耗功率而提出，依据辐射信号、这就是说在必要时运行开关调节器。因此，根据本发明，至少一个开关调节器还包括启动-停止-输入端，用于启动并停止开关调节器，其中，控制装置还包括第二输出端，它与至少一个开关调节器的启动-停止-输入端连接，其中，该控制装置设计用于依据辐射信号在其第二输出端上提供启动/停止信号用于启动和停止该至少一个开关调节器。因此，这使得散热措施，例如风扇能够明显更少地发生故障。由此能够减少散热措施所需的能量。此外，也减少了例如因风扇导致的噪声扩散。

通过该措施，能够在不需要触发至少一个LED发出射束期间避免损耗功率。该时间相当于线路布置的多达三分之二的运行时间。如果牢记流过至少一个LED的电流可以在30A的数量级中，则非常明显地在很大程度上避免损耗功率。因此，尽管根据本发明使用开关调节器能够实现低于3μs范围内的接通持续时间，却能使损耗明显低于使用线性调节器。

一种特别优选的实施方式的特征在于，控制装置设计用于在其第二输出端上提供启动信号，用于启动至少一个开关调节器，与其第一输出端上提供的用于非导电通断短路开关的信号相比，该启动信号提前了能够预先给定的第一持续时间。这考虑到，开关调节器的开关需要大约两到三个开关周期，用于使开关调节器的电感充分磁化。基于由此在功率构件中形成开关损耗而不希望为了缩短这个时间段而放大开关频率。因为在控制装置中、特别是设计为视频电子设备的控制装置中存在何时触发LED发出射束的信息，所以存在准时地事先启动开关调节器的可能性，使得在接通LED时，开关调节器就已经能够在其输出端上提供额定电流。在此，在5至50μs、优选为10微秒的数量级中的准备时间就足够了。

控制装置还能够设计用于在开关调节器的第二输出端上提供停止信号，用于停止至少一个开关调节器，该停止信号与其第二输出端上提供的、用于导电通断短路开关的信号在时间上相关、特别是推迟了可预先给定的第二持续时间，或者与其同时发生。在此，在控制装置中存在的信息被用来关闭开关调节器，该信息是：在哪个时间点不再触发LED发出射束。通过这项措施，只在必要的时间运行该开关调节器，从而让LED在期望的时间段内提供预先给定的额定电流。由此实现损耗功率的最小化。

优选地，控制装置还包括第三输出端，用于与成像元件连接，特别是与DLP（Digital Light Processing数字光处理装置）连接，其中控制装置设计用于通过在其第三输出端上提供的信号控制该成像元件。通过这项措施能够使控制装置的第一、第二和第三输出端上提供的信号相互匹配。

控制装置还能够具有第四输出端，它与至少一个开关调节器连接，其中该控制装置设计用于通过其第四输出端上提供的信号控制至少一个开关调节器的输出端上提供的电流的电流强度。由此确保开关调节器向LED提供电流强度准确无误的电流，该电流强度在触发LED发出射束的时间段内适用。通过这项措施特别能够补偿LED发出的光的强度因老化而造成的不稳定。

优选地，控制装置包括存储装置，其中该控制装置设计用于在存储装置中存储与辐射信号相关的信号，通过这种缓存，能够在提供用于非导电通断短路开关的信号之前提供用于启动开关调节器的启动信号。为此目的，在投影器中通常总是存在存储装置，用于确保能够按照实时的图形稳定地触发至少一个LED，与此同时在投影器中处理至少一个后续图像的颜色信息。

如果辐射信号包括多个帧，那么控制装置优选地设计用于从辐射信号中得出这多个帧的各个帧的开始情况，其中，控制装置还设计用于在第二输出端上提供启动信号，用于启动至少一个开关调节器，该启动信号比其第一输出端上提供的、用于非导电通断短路开关的信号提前了可预先给定的第三持续时间。通过这项措施能够降低控制装置中的计算消耗。因此，不再在顾虑各个LED的实际期望的接通持续时间的情况下、而是根据帧接通开关调节器，。

相应地，控制装置能被设计用于从辐射信号中得出多个帧的各个帧的结束情况，其中，控制装置还设计用于在第二输出端上提供用于停止至少一个开关调节器的停止信号，该信号比其第一输出端上提供的、用于导电通断短路开关的信号推迟了可预先给定的第四持续时间。因此，不依赖于在相应的帧期间是否要更短时间或者更长时间地运行LED，在整个帧期间接通开关调节器，从而能够在整个帧期间向LED提供额定电流。虽然这会导致开关调节器的接通持续时间（经过较长的时间段来看）比在实际上匹配其中应触发该驱动LED用于发出射束的时间段时更长，却能够让控制装置中的计算耗费明显降低。随之引起的损耗功率的提升也相对较小。

一种特别有利的实施方式的特征是，该控制装置包括至少一个第一调节器、一个第二调节器和一个第三开关调节器，其中，第一开关调节器的输出端与至少一个用于发出在第一波长范围内的射束、特别是红光的LED连接，其中，第二开关调节器的输出端与至少一个用于发出在第二波长范围内的射束、特别是绿光的LED连接，并且其中，第三开关调节器的输出端与至少一个用于发出在第三波长范围内的射束、特别是蓝光的LED连接，其中控制装置包括：至少一个与第一开关调节器的启动-停止-输入端连接的第一第二输出端和一个与第二开关调节器的启动-停止-输入端连接的第二第二输出端和一个与第三开关调节器的启动-停止-输入端连接的第三第二输出端。这个变化方案能够实现一种常见的投影器，它包括用于发出红光、绿光和蓝光的LED。不言而喻地，可以存在更多具有相应的触发器的LED，例如设计用于发出红外波长范围内的射束的LED。

可替代地可以提出，线路布置包括至少一个第一开关调节器、一个第二开关调节器和一个第三开关调节器，其中，第一开关调节器的输出端与与用于发出在第一波长范围内的射束、特别是红光的至少一个LED连接，其中，第二开关调节器的输出端与用于发出在第二波长范围内的射束、特别是绿光的至少一个LED连接，并且其中，第三开关调节器的输出端与用于发出在第三波长范围内的射束、特别是蓝光的至少一个LED连接，其中，控制装置的第二输出端与至少第一开关调节器的、第二开关调节器的和第三开关调节器的启动-停止-输入端连接。为了触发开关调节器，这种变体使用一种经常在投影器中存在的、用于LED驱动器的周期性同步信号，在该LED驱动器中集中了第一、第二和第三开关调节器。这就减少了控制装置和LED驱动器之间的导线，并且因此降低了成本。

在此，在控制装置的第二输出端上提供的信号依次地包括用于至少第一开关调节器的、第二开关调节器的和第三开关调节器的启动/停止信号。

为了向各个开关调节器输入各自的启动/停止信号，能够至少在控制装置的第二输出端和第一开关调节器之间连接第一滤波装置，在控制装置的第二输出端和第二开关调节器之间连接第二滤波装置，在控制装置的第二输出端和第三开关调节器之间连接第三滤波装置。第一至第三滤波装置当然能够集中在一个共同的滤波装置中。

更多有利的实施方由从属权利要求中得出。

参照根据本发明的线路布置介绍的优选实施方式及其优点相应地适用于（只要能够使用）根据本发明的、用于驱动至少一个LED的方法。

附图说明

下面参照附图更详尽地描述本发明的实施例。其示出：

图1以示意图示出根据本发明的线路布置的第一实施方式；

图2根据本发明的线路布置在图1中示出的实施方式的各种信号的时间变化曲线；

图3以示意图示出根据本发明的线路布置的第二实施例；

图4根据本发明的线路布置在图3中示出的实施方式的各种信号的时间变化曲线；

图5以示意图示出根据本发明的线路布置的第三实施例；以及

图6根据本发明的线路布置在图5中示出的实施方式的各种信号的时间变化曲线。

具体实施方式

图1以示意图示出根据本发明的线路布置的第一实施例。该线路布置包括控制装置10，其输入端上输入视频信号VS。该控制装置10包括存储装置12，在处理后续图像的视频信息期间、特别是准备在显示装置上的指示的视频信息期间，存储装置缓存了实时图像的详尽视频信息。在输出端侧，控制装置10与开关调节器14连接，其当前示例性地设计为降压转换器。该开关调节器14包括开关调节器控制装置16，其触发与电源电压U_in连接的、开关调节器14的电子开关S。开关调节器14还包括二极管D以及电感L和电容器C。经电容器C下降的电压用U_c表示。短路开关KS和LED的并联电路与开关调节器的输出端连接，其中，分流电阻R_s串连于该并联电路。控制装置10向开关调节器控制装置16提供信号U_enable以及信号U_current。借助信号U_enable，控制装置10启动或者停止开关调节器14。借助信号U_current，控制装置10调整开关调节器14要向LED提供的输出电流I_a。

控制装置10还借助信号U_strobe触发短路开关KS。控制装置10通过信号BE驱动成像单元18，例如DLP。为了提供特别小的输出电流I_a提出，借助由控制装置10提供的信号CM修改经电阻RS下降的电压U_RS。由于增加了额外的电压，使开关调节器控制装置16认为电压降大于实际情况更大。因此该开关调节器控制装置16通过相应地触发开关S来减小输出电流I_a。

根据本发明，控制装置10设计用于依据辐射信号VS启动和停止开关调节器14。参照图2对此进行了说明。

图2示出了根据本发明的线路布置在图1中所示实施例的各种信号的时间变化曲线。首先，曲线轨迹a）表示信号U_enable的时间变化曲线。据此，开关调节器14在时间点t₁接通并且在时间点t₄断开。曲线轨迹b）表示在运行时经过电容器C下降的电压U_c的相应变化曲线。正如能够明显看出的那样，开关调节器14需要持续时间T1，以达到所需的电压U_soll，从而在输出端向LED提供期望的输出电流I_a。曲线轨迹c）表示用于短路开关KS的触发信号的时间变化曲线。该短路开关在时间点t₂非导电地通断，并且在时间点t₃又导电地通断。由此得出在曲线轨迹d）中所示的、运行时经过LED下降的电压U_LED的变化过程。正如比较曲线轨迹a）和c）所示，开关调节器14的断开信号比短路开关KS的导电通断信号推迟了持续时间T2。正如从曲线轨迹c）和d）的比较结果中得出的那样，在短路开关KS的通断时间非常短的情况下，它们的变化过程几乎正好相反。

图3以示意图示出根据本发明的线路布置的一个实施例，该线路布置包括多个开关调节器14。开关调节器14a在输出端侧与发出红光的LED1连接，开关调节器14b在输出端侧与发出绿光的LED2连接，并且开关调节器14c与发出蓝光的LED3连接。在图3中，各个短路开关KS分别包括在开关调节器14a至14c之中。因此，根据图1，控制装置10向开关调节器14提供信号U_enableR，U_currentR和U_strobeR，向开关调节器14b提供信号U_enableG，U_currentG和U_strobeG，以及向开关调节器14c提供信号U_enableB，U_currentB和U_strobeB。为了清楚起见，没有绘入那些还有可能要提供的信号CM。

图4示出信号U_enableR，U_LED1，U_enableG，U_LED2，U_enableB，U_LED3的时间变化曲线。图4的曲线轨迹a），c）和e）符合图2的曲线轨迹a）。图4的曲线轨迹b），d）和f）符合图2的曲线轨迹d）。正如已经提及的那样，各个信号U_strobeR，U_strobeG，U_strobeB的变化曲线与信号U_LED1，U_LED2或者U_LED3相反。

根据本发明的线路布置的、在图5中所示的实施方式基本上等同于图3中所示的实施例，所以只探讨它们的区别。在图5中所示的实施例中，使用由控制装置10提供的信号U_sync接通和断开开关调节器14a，14b，14c。信号U_sync是一种周期性同步信号，在此从当前信号中计算出以下信息，即，在哪个帧内可能要触发发出射束的LED1、在哪个帧内可能要触发发出射束的LED2或者在哪个帧内可能要触发发出射束的LED3。在图3所示的实施方式中，控制装置10设计用于通过逐个图像计算地确定时间点t₁，t₂，t₃，t₄，而在图5所示的实施方式中，开关调节器及时地在相应的帧之前接通并且在该帧之后立刻断开，而不依赖于相应LED的实际接通持续时间。虽然这样设计的缺点是，尽管在相应的图像中不需要所属LED的光谱成分，却可能接通了相应的开关调节器14a至14c，但是由此能够省去图2中所示的、在控制装置10中为了确定时间点t₁至t₄所需的计算消耗。为了能够提供信号U_sync中存在的、用于各个开关调节器14a至14c的依次的帧信号，设置了滤波装置20a，20b，20c。据此，该滤波装置20a至20c设计用于使用帧信号接通各个开关调节器14a至14c。相对地，信号U_strobeR，U_strobeG，U_strobeB被充分延迟，从而在非导电通断相应的短路开关的时间点，开关调节器14a至14c已经能够提供期望的输出电流。

在一种未示出的实施方式中，使用的是参照图5描述的用于评估帧信息的原理，用于降低控制装置10中的计算消耗，在一种仅具有一个开关调节器的实施方式中也是如此，正如图1中所示的那样。

图6示出了图5所示实施例的信号U_strobeR，U_strobeG，U_strobeB的时间变化曲线。正如能够明显看出的是，信号U_sync连续地包含发出红光的LED1、发光绿光的LED2以及发出蓝光的LED3的帧信息。相比图4所示，图6中的时间点t_4R，t_4G和t_4B是固定的，而它们在图4中只有在相应的时间点t_3R，t_3G和t_3B时才是固定的。例如能够从信号U_strobeR，U_strobeG，U_strobeB的变化过程中获取同步信号，用于产生信号U_sync。

Claims

1.用于运行至少一个LED的线路布置，其具有：

-至少一个开关调节器（14），所述开关调节器具有与所述至少一个LED连接的输出端；

-至少一个具有控制电极的短路开关（KS），其中所述短路开关（KS）与所述至少一个LED并联；和

-控制装置（10），所述控制装置具有至少一个用于输入辐射信号（VS）的辐射信号输入端和与所述短路开关（KS）的控制电极连接的第一输出端；

其特征在于，

所述至少一个开关调节器（14）还包括用于启动和停止所述开关调节器（14）的启动-停止-输入端，其中所述控制装置（10）还包括第二输出端，所述第二输出端与所述至少一个开关调节器（14）的所述启动-停止-输入端连接，其中所述控制装置（10）设计用于依据所述辐射信号（VS）在所述控制装置的第二输出端上提供启动-/停止信号，用于启动和停止所述至少一个开关调节器（14）。

2.根据权利要求1所述的线路布置，其特征在于，所述控制装置（1）设计用于在所述控制装置的第二输出端上提供启动信号（U_enable），用于启动所述至少一个开关调节器（14），所述启动信号比在所述控制装置的第一输出端上提供的、用于非导电通断所述短路开关（KS）的信号提前了可预先给定的第一持续时间（T1）。

3.根据权利要求2所述的线路布置，其特征在于，所述控制装置（10）还设计用于在所述控制装置的第二输出端上提供停止信号（U_enable），用于停止所述至少一个开关调节器（14），所述停止信号与在所述控制装置的第一输出端上提供的、用于导电通断所述短路开关（KS）的信号在时间上相关、特别是推迟了可预先给定的第二持续时间（T2）或者与所述信号同时发生。

4.根据以上权利要求中任一项所述的线路布置，其特征在于，所述控制装置（10）还具有第三输出端，用于与成像元件、特别是DLP连接，其中所述控制装置（10）设计用于通过所述控制装置的第三输出端上提供的信号（BE）控制所述成像元件。

5.根据以上权利要求中任一项所述的线路布置，其特征在于，所述控制装置（10）还具有第四输出端，所述第四输出端与所述至少一个开关调节器（14）连接，其中所述控制装置（10）设计用于通过在所述控制装置的第四输出端上提供的信号（CM）控制在所述至少一个开关调节器（14）的输出端上要提供的电流的电流强度。

6.根据以上权利要求中任一项所述的线路布置，其特征在于，所述控制装置（10）包括存储装置（12），其中所述控制装置（10）设计用于将与所述辐射信号（VS）相关的信号存储在所述存储装置（12）中。

7.根据以上权利要求中任一项所述的线路布置，其特征在于，所述辐射信号（VS）包含多个帧，其中所述控制装置（10）设计用于从所述辐射信号（VS）中得出所述多个帧的各个帧的开始状态，其中所述控制装置（10）还设计用于在所述第二输出端上提供启动信号（Usync），用于启动所述至少一个开关调节器（14），所述启动信号比所述控制装置的第一输出端上提供的、用于非导电通断短路所述开关（KS）的信号提前了可预先给定的第三持续时间。

8.根据权利要求7所述的线路布置，其特征在于，所述控制装置（10）设计用于从所述辐射信号（VS）中得出多个帧的各个帧的结束状态，其中，所述控制装置（10）还设计用于在第二输出端上提供停止信号（U_sync），用于停止所述至少一个开关调节器（14），所述停止信号比所述控制装置的第一输出端上提供的、用于导电通断所述短路开关（KS）的信号（U_strobe）推迟了可预先给定的第四持续时间。

9.根据以上权利要求中任一项所述的线路布置，其特点在于，所述线路布置包括至少一个第一开关调节（14a）、一个第二开关调节（14b）和一个第三开关调节器（14c），其中所述第一开关调节器（14a）的输出端与发出在第一波长范围内的射束、特别是红光的至少一个LED（LED1）连接，

其中所述第二开关调节器（14b）的输出端与发出在第二波长范围内的射束、特别是绿光的至少一个LED（LED2）连接，并且

其中所述第三开关调节器（14c）的输出端与发出在第三波长范围内的射束、特别是蓝光的至少一个LED（LED3）连接，

其中所述控制装置（10）包括：至少一个与所述第一开关调节器（14a）的启动-停止-输入端连接的第一第二输出端和一个与所述第二开关调节器（14b）的启动-停止-输入端连接的第二第二输出端和一个与所述第三开关调节器（14c）的启动-停止-输入端连接的第三第二输出端。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的线路布置，其特点在于，所述线路布置包括至少一个第一开关调节器（14a）、一个第二开关调节器（14b）和一个第三开关调节器（14c），其中所述第一开关调节器（14a）的输出端与发出在所述第一波长范围内的射束、特别是红光的所述至少一个LED（LED1）连接，

其中所述第二开关调节器（14b）的输出端与发出在所述第二波长范围内的射束、特别是绿光的至少一个LED（LED2）连接，并且

其中所述第三开关调节器（14c）的输出端与发出在所述第三波长范围内的射束、特别是蓝光的至少一个LED（LED3）连接，

其中所述控制装置（10）的所述第二输出端与至少所述第一开关调节器（14a）的、所述第二开关调节器（14b）的和所述第三开关调节器（14c）的启动-停止-输入端连接。

11.根据权利要求10所述的线路布置，其特征在于，在所述控制装置（10）的所述第二输出端上提供的信号（Usync）依次地包含用于至少所述第一开关调节器（14a）的、所述第二开关调节器（14b）的和所述第三开关调节器（14c）的启动-/停止信号。

12.根据权利要求10或11所述的线路布置，其特征在于，至少在所述控制装置（10）的所述第二输出端和所述第一开关调节器（14a）之间连接第一滤波装置（20a），在所述控制装置（10）的所述第二输出端和所述第二开关调节器（14b）之间连接第二滤波装置（20b），并且在所述控制装置（10）的所述第二输出端和所述第三开关调节器（14c）之间连接第三滤波装置（20c）。

13.一种用于运行线路布置上的至少一个LED的方法，所述线路布置具有：至少一个带有与所述至少一个LED连接的输出端的开关调节器（14）；至少一个带有控制电极的短路开关（KS），其中所述短路开关（KS）与所述至少一个LED并联；和控制装置（10），所述控制装置具有至少一个用于输入辐射信号（VS）的辐射信号输入端和与所述短路开关（KS）的所述控制电极连接的第一输出端；

其特征在于以下步骤：

通过所述控制装置（10）依据所述辐射信号（VS）启动和停止所述开关调节器（14）。