CN106131996A - 一种发光二极管驱动系统及其驱动方法 - Google Patents

一种发光二极管驱动系统及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

公开了发光二极管驱动系统及其驱动方法。发光二极管驱动系统包括接收输入电压的储能元件、耦接在储能元件和参考地之间的主功率开关、耦接在储能元件和第一输出端口之间的第一输出开关、耦接在储能元件和第二输出端口之间的第二输出开关、以及控制电路，第一输出端口提供为第一LED阵列供电的第一输出电压，第二输出端口提供为第二LED阵列供电的第二输出电压，控制电路响应于第一LED阵列中多个LED串阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比，响应于第二LED阵列中多个LED串阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比。与现有技术相比，以简单的结构同时提供两路不同的输出电压，以驱动需要不同供电电压的多个LED串。

Description

一种发光二极管驱动系统及其驱动方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种电子电路，更具体地说，尤其涉及一种发光二极管(LED)驱动系统及其驱动方法。
背景技术
发光二极管(LED)已广泛的应用于屏幕背光中。这些应用中常常需要LED成串安装以给屏幕提供照明。然而，实际应用中，当多个LED串包括不同数量的LED时，需要不同的电压供电。例如，第一LED串包括10个LED，第二LED串包括20个LED，则需要两个不同的电压对第一LED串和第二LED串分别供电。现有的解决方案是使用独立的两组开关电路分别产生大小不同的两个电压。但是这种方案需要较多的电路元件，成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种发光二极管驱动系统及其驱动方法。
根据本发明实施例的一种发光二极管(LED)驱动系统，包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，所述LED驱动系统还包括：储能元件，具有第一端和第二端，其第一端耦接至输入端口以接收输入电压；主功率开关，耦接在储能元件的第二端和参考地之间；第一输出开关，耦接在储能元件的第二端和第一输出端口之间，所述第一输出端口提供第一输出电压至第一LED阵列，第一LED阵列包括并联耦接的多个LED串；以及第二输出开关，耦接在储能元件的第二端和第二输出端口之间，所述第二输出端口提供第二输出电压至第二LED阵列，第二LED阵列包括并联耦接的多个LED串；其中储能元件在主功率开关导通时储存能量，储能元件在主功率开关关断时将储能的能量分别释放至第一输出端口和第二输出端口，所述LED驱动系统响应于第一LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比以调节第一输出电压，所述LED驱动系统响应于第二LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比以调节第二输出电压，其中第二输出电压大于第一输出电压。
根据本发明实施例的一种LED驱动系统，包括：第一输出端口、第二输出端口、接收输入电压的储能元件、耦接在储能元件另一端和参考地之间的主功率开关、耦接在储能元件另一端和第一输出端口之间的第一输出开关、耦接在储能元件另一端和第二输出端口之间的第二输出开关、以及控制电路，其中第一输出端口为第一LED串和第二LED串供电，第二输出端口为第三LED串和第四LED串供电，所述控制电路响应于第一LED串和第二LED串，以控制第一输出开关的占空比，响应于第三LED串和第四LED串，以控制主功率开关的占空比，其中第一LED串和第二LED串分别包括n个串联耦接的LED，第三LED串和第四LED串分别包括m个串联耦接的LED，m、n为大于零的自然数，且m大于n。
根据本发明实施例的一种LED的驱动方法，包括：通过储能元件接收输入电压；所述储能元件通过主功率开关耦接至参考地，所述储能元件通过第一输出开关耦接至第一输出端口以对第一LED阵列供电，所述储能元件通过第二输出开关耦接至第二输出端口以对第二LED阵列供电，其中第一LED阵列包括多个并联耦接的LED串，第二LED阵列包括多个并联耦接的LED串；响应于第一LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比；以及响应于第二LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比。
根据本发明实施例的一种LED的驱动方法，包括：通过储能元件接收输入电压；所述储能元件通过主功率开关耦接至参考地，所述储能元件通过第一输出开关耦接至第一输出端口以对第一LED阵列供电，所述储能元件通过第二输出开关耦接至第二输出端口以对第二LED阵列供电，其中第一LED阵列包括多个并联耦接的LED串，第二LED阵列包括多个并联耦接的LED串；响应于第一LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比；以及响应于第二LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比；其中第二输出开关的导通及关断响应于第一输出开关和主功率开关的开关状态。
根据本发明实施例的LED驱动电路，以简单的结构为具有不同数量LED的LED串供电。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了根据本发明一实施例的LED驱动系统100的电路框图；
图2示出了根据本发明一实施例的控制电路13的电路结构示意图；
图3示出了根据本发明一实施例的图1所示LED驱动系统100工作时的波形图；
图4示出了根据本发明另一实施例的图1所示LED驱动系统100工作时的波形图；
图5示出了根据本发明另一实施例的LED驱动系统500的电路结构示意图；
图6示出了根据本发明一实施例的逻辑电路533的电路结构图；
图7示出了根据本发明一实施例的用于驱动LED的方法流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
针对背景技术中提出的问题，本发明的实施例提出了一种结构简单的LED驱动系统，包括主功率开关、第一输出开关、和第二输出开关，可同时提供两路不同的输出电压，以驱动需要不同供电电压的多个LED串。
图1示出了根据本发明一实施例的LED驱动系统100的电路框图。LED驱动系统100包括：接收输入电压Vin的输入端口101、提供第一输出电压VOL的第一输出端口102、提供第二输出电压VOH的第二输出端口103、储能元件104、主功率开关105、第一输出开关106、以及第二输出开关107，其中第一输出电压VOL小于第二输出电压VOH。
在一个实施例中，储能元件104包括电感L1。电感L1具有第一端和第二端，其第一端耦接至输入端口101以接收输入电压Vin。主功率开关105耦接在电感L1的第二端和参考地GND之间。第一输出开关106耦接在电感L1的第二端和第一输出端口102之间，第一输出端口102提供第一输出电压VOL至第一LED阵列，所述第一LED阵列包括并联耦接的多个LED串，例如图1所示的LED串11_1、11_2，其中每个LED串具有阳极端和阴极端，其阳极端共同耦接至第一输出端口102以接收第一输出电压VOL。本领域普通技术人员应该理解，在其它实施例中，第一LED阵列可以包括多个并联耦接的LED串，其个数不限于2个。并且虽然在图1所示的实施例中，LED串11_1、11_2各包括3个串联耦接的LED器件，但本领域普通技术人员可知，在其它实施例中，第一LED阵列中每个LED串可包括多个串联耦接的LED器件，其个数不限于图1所示的3个。
第二输出开关107耦接在电感L1的第二端和第二输出端口103之间，第二输出端口103提供第二输出电压VOH至第二LED阵列，所述第二LED阵列包括并联耦接的多个LED串，例如图1所示的LED串12_1、12_2，其中每个LED串具有阳极端和阴极端，其阳极端共同耦接至第二输出端口103以接收第二输出电压VOH。本领域普通技术人员应该理解，在其它实施例中，第二LED阵列可以包括多个并联耦接的LED串，其个数不限于2个。并且虽然在图1所示的实施例中，LED串12_1、12_2各包括4个串联耦接的LED器件，但本领域普通技术人员可知，在其它实施例中，第二LED阵列中每个LED串可包括多个串联耦接的LED器件，其个数不限于图1所示的4个。在一个实施例中，第一LED阵列中的每个LED串包括n个串联耦接的LED，第二LED阵列中的每个LED串包括m个串联耦接的LED，其中m、n为大于零的自然数，且m＞n。在一个实施例中，第二输出开关107包括二极管Di1。在另一个实施例中，第二输出开关107包括同步整流开关管。
在一个实施例中，主功率开关105、第一输出开关106为可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。
在一个实施例中，第一输出电容Co1耦接在第一输出端口102和参考地GND之间，以储存能量并提供稳定的第一输出电压VOL。在一个实施例中，第二输出电容Co2耦接在第二输出端口103和参考地GND之间，以储存能量并提供稳定的第二输出电压VOH。
当主功率开关105导通时，第一输出开关106及二极管Di1关断，电感L1储存能量。当主功率开关105关断时，根据第一输出开关106的开关状态，电感L1中的能量分别分配至第一输出端口102和第二输出端口103以为第一LED阵列和第二LED阵列供电。例如，第一输出开关106的占空比越大，则分配至第一输出端口102的能量越多。在一个实施例中，当主功率开关105关断及第一输出开关106关断时，二极管Di1导通，电感L1中的能量通过二极管Di1释放至第二输出端口103，流过第二输出开关107(二极管Di1)的电流IM3等于电感电流IL，第二输出电容Co2被充电；当主功率开关105关断及第一输出开关106导通时，由于第一输出电压VOL小于第二输出电压VOH，二极管Di1关断，电感L1中的能量通过第一输出开关106释放至第一输出端口102，流过第一输出开关106的电流IM2等于电感电流IL，第一输出电容Co1被充电。
LED驱动系统100还包括控制电路13。控制电路13响应于第一LED阵列中并联耦接的多个LED串，例如响应于LED串11_1的阴极端电压VLED1和LED串11_2的阴极端电压VLED2的最小值，控制第一输出开关106的占空比，以调节第一输出电压VOL的大小。控制电路13响应于第二LED阵列中并联耦接的多个LED串，例如响应于LED串12_1的阴极端电压VLED3和LED串12_2的阴极端VLED4的最小值，控制主功率开关105的占空比，以调节第二输出电压VOH的大小。“占空比”是指开关的导通时长和开关周期之比。
在图1所示的实施例中，控制电路13包括第一占空比控制环路131、第二占空比控制环路132、以及逻辑电路133。第一占空比控制环路131分别耦接至第一LED阵列中LED串11_1、11_2的阴极端，以接收LED串11_1的阴极端电压VLED1和LED串11_2的阴极端电压VLED2，并根据LED串11_1的阴极端电压VLED1、LED串11_2的阴极端电压VLED2、以及第一基准信号VREFL，产生第一占空比信号D1。第二占空比控制环路132分别耦接至第二LED阵列中LED串12_1、12_2的阴极端，以接收LED串12_1的阴极端电压VLED3和LED串12_2的阴极端电压VLED4，并根据LED串12_1的阴极端电压VLED3、LED串12_2的阴极端电压VLED4、以及第二基准信号VREFH，产生第二占空比信号D2。逻辑电路133接收第一占空比信号D1和第二占空比信号D2，并产生第一开关控制信号Ct1和第二开关控制信号Ct2以分别控制主功率开关105和第一输出开关106。在一个实施例中，第二基准信号VREFH大于第一基准信号VREFL。
控制电路13不限于直接耦接至LED串的阴极端以得到相应的LED串的阴极端电压。在一个实施例中，控制电路13例如可以通过LED串两端的电压、或流过LED串的电流以相应的控制主功率开关105以及第一输出开关106的占空比。
在一个实施例中，LED驱动系统100还包括串联耦接在电感L1和第一输出开关106之间的二极管Di2。二极管Di2的阳极端耦接至电感L1的第二端，二极管Di2的阴极端耦接至第一输出开关106的一端，第一输出开关106的另一端耦接至第一输出端口102。二极管Di2能够阻止电流从第一输出端口102通过电感L1倒灌至输入端口101，或者通过主功率开关105倒灌至参考地GND。
图2示出了根据本发明一实施例的控制电路13的电路结构示意图。在图2所示的实施例中，第一占空比控制环路131包括第一最小值选择电路21、第一误差放大电路22、和第一比较电路23。第一最小值选择电路21包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收LED串11_1的阴极端电压VLED1，其第二输入端接收LED串11_2的阴极端电压VLED2，其输出端根据电压VLED1和电压VLED2的最小值提供最小值信号Min1。第一误差放大电路22包括正相输入端、反相输入端和输出端，其正相输入端接收第一基准信号VREFL，其反相输入端耦接至第一最小值选择电路21的输出端以接收最小值信号Min1，第一误差放大电路22对第一基准信号VREFL与最小值信号Min1之间的差值(VREFL-Min1)进行放大，并在其输出端输出第一误差放大信号VCM1。第一比较电路23包括正相输入端、反相输入端和输出端，其反相输入端接收电感电流反馈信号ILFB，其正相输入端接收第一误差放大信号VCM1，第一比较电路23根据电流反馈信号ILFB和第一误差放大信号VCM1相比较的结果，产生第一占空比信号D1，其中电流反馈信号ILFB为电感电流IL的反馈信号。
在图2所示的实施例中，第二占空比控制环路132包括第二最小值选择电路24、第二误差放大电路25、以及第二比较电路26。第二最小值选择电路24包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收LED串12_1的阴极端的电压VLED3，其第二输入端接收LED串12_2的阴极端的电压VLED4，其输出端根据电压VLED3和电压VLED4的最小值提供最小值信号Min2。第二误差放大电路25包括正相输入端、反相输入端和输出端，其正相输入端接收第二基准信号VREFH，其反相输入端耦接至第二最小值选择电路24的输出端以接收最小值信号Min2，第二误差放大电路25对第二基准信号VREFH与最小值信号Min2之间的差值(VREFH-Min2)进行放大，并在其输出端输出第二误差放大信号VCM2。第二比较电路26包括正相输入端、反相输入端和输出端，其正相输入端接收电感电流反馈信号ILFB，其反相输入端接收第二误差放大信号VCM2，第二比较电路26根据电流反馈信号ILFB和第二误差放大信号VCM2相比较的结果，产生第二占空比信号D2。
在一个实施例中，逻辑电路133响应于第一占空比信号D1，提供第二开关控制信号Ct2以控制第一输出开关106的占空比，从而调节第一输出电压VOL；逻辑电路133响应于第二占空比信号D2，提供第一开关控制信号Ct1以控制主功率开关105的占空比，从而调节第二输出电压VOH。在一个实施例中，第一开关控制信号Ct1根据时钟信号Clk周期性的控制主功率开关105导通，以及根据电压VLED3和电压VLED4的最小值与第二基准信号VREFH相比较的结果控制主功率开关105关断，第二开关控制信号Ct2根据主功率开关105的关断时刻控制第一输出开关106导通，以及根据电压VLED1和电压VLED2的最小值与第一基准信号VREFL相比较的结果控制第一输出开关106关断。在另一个实施例中，第一开关控制信号Ct1根据时钟信号Clk周期性的控制主功率开关105导通，以及根据电压VLED3和电压VLED4的最小值与第二基准信号VREFH相比较的结果控制主功率开关105关断；第二开关控制信号Ct2在主功率开关105关断期间，根据电压VLED1和电压VLED2的最小值与第一基准信号VREFL相比较的结果控制第一输出开关106导通，以及根据时钟信号Clk控制第一输出开关106关断。在一个实施例中，第二输出开关107的导通及关断响应于第一输出开关106和主功率开关105的开关状态。例如，主功率开关105或第一输出开关106导通时，第二输出开关107关断，以及主功率开关105及第一输出开关106关断时，第二输出开关107导通。
在图2所示的实施例中，逻辑电路133包括触发电路FF1、反相电路N1、与门电路A1、以及触发电路FF2。触发电路FF2包括置位端S、复位端R和输出端Q，其置位端S接收时钟信号Clk，其复位端R接收第二占空比信号D2，其输出端Q提供第一开关控制信号Ct1。触发电路FF2根据时钟信号Clk周期性的导通主功率开关105，并根据第二占空比信号D2对第一开关控制信号Ct1的脉冲宽度进行调制，从而控制主功率开关105的关断时刻，也就是控制主功率开关105在一个开关周期内的导通时长。与门电路A1包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第一占空比信号D1，其第二输入端接收第一开关控制信号Ct1的反相信号。触发电路FF1包括置位端S、复位端R和输出端Q，其置位端S耦接至与门电路A1的输出端，其复位端R接收时钟信号Clk，其输出端Q提供第二开关控制信号Ct2。触发电路FF1在主功率开关105关断期间，根据第一占空比信号D1对第二开关控制信号Ct2的脉冲宽度进行调制，以控制第一输出开关106的导通时刻，也就是控制第一输出开关106在一个开关周期内的导通时长，触发电路FF1根据时钟信号Clk控制第一输出开关106的关断时刻。此处，“开关周期”等于时钟信号Clk的周期。
本领域普通技术人员应该知道，逻辑电路133并不限于图2所示的具体实施例。本领域普通技术人员可以自主选择适当的逻辑电路以实现占空比信号D1、D2与开关控制信号Ct1、Ct2之间的逻辑关系。在此不一一例举。
图2所示的实施例中的控制方式以峰值电流控制为例进行说明，然而本领域普通技术人员可知，在其它实施例中，也可以采用其它的控制方式，例如电压控制、平均电流控制。
图3示出了根据本发明一实施例的图1所示LED驱动系统100工作时的波形图。图3所示波形从上至下依次是电感电流反馈信号ILFB、时钟信号Clk、第一开关控制信号Ct1、流过第二输出开关107的电流IM3、第二开关控制信号Ct2、以及流过第一输出开关106的电流IM2。以下结合图1～图3说明LED驱动系统100的工作过程。
在T1时刻，时钟信号Clk翻转，第一输出开关106在第二开关控制信号Ct2的控制下关断，主功率开关105在第一开关控制信号Ct1的控制下导通。电感电流IL增大，电感L1开始储存能量。主功率开关105导通期间，第一输出开关106和第二输出开关107关断。直至T2时刻，电感电流反馈信号ILFB大于第二误差放大信号VCM2，第一开关控制信号Ct1根据第二占空比信号D2控制主功率开关105关断。在T2时刻～T3时刻，主功率开关105和第一输出开关106保持关断，第二输出开关107导通，例如二极管Di1导通，LED驱动系统100向第二输出电容Co2和LED串12_1以及12_2供电。电感电流IL以第一斜率Rt1下降，流过第二输出开关107的电流IM3等于电感电流IL。在T3时刻，电感电流反馈信号ILFB小于第一误差放大信号VCM1，第二开关控制信号Ct2根据第一占空比信号D1控制第一输出开关106导通。在T3时刻～T4时刻，第二输出开关107关断，例如二极管Di1关断，此时电感L1中储存的能量通过第一输出开关106释放至第一输出端口102，LED驱动系统100向第一输出电容Co1和LED串11_1以及11_2供电。电感电流IL以第二斜率Rt2下降，流过第一输出开关106的电流IM2等于电感电流IL。第二斜率Rt2小于第一斜率Rt1。直至T4时刻，时钟信号Clk翻转，第一输出开关106关断，主功率开关105导通。以上过程重复。
当第一输出电压VOL减小时，电压VLED1和电压VLED2随之减小，第一误差放大信号VCM1增大，第一输出开关106的导通时刻提前，从而第一输出开关106在一个开关周期(T4-T1)内的导通时长(T4-T3)增加，第一输出开关106的占空比(T4-T3)/(T4-T1)增大。反之，第一输出电压VOL增大时，电压VLED1和电压VLED2随之增大，第一误差放大信号VCM1减小，第一输出开关106的导通时刻推后，从而第一输出开关106在一个开关周期(T4-T1)内的导通时长(T4-T3)减小，第一输出开关106的占空比(T4-T3)/(T4-T1)减小。当第二输出电压VOH减小时，电压VLED3和电压VLED4随之减小，第二误差放大信号VCM2增大，主功率开关105的关断时刻推后，从而主功率开关105在一个开关周期(T4-T1)内的导通时长(T2-T1)增加，主功率开关105的占空比(T2-T1)/(T4-T1)增大。反之，当第二输出电压VOH增大时，电压VLED3和电压VLED4随之增大，第二误差放大信号VCM2减小，主功率开关105的关断时刻提前，从而主功率开关105在一个开关周期(T4-T1)内的导通时长(T2-T1)减小，主功率开关105的占空比(T2-T1)/(T4-T1)减小。
本领域普通技术人员应该知道，时间段T1～T2、T2～T3和T3～T4之间还可以包括死区时间。
在图3所示的实施例中，各开关的导通顺序依次为：主功率开关105、第二输出开关107、第一输出开关106；如此循环往复。本领域普通技术人员应该理解，各开关的导通顺序不限于图3所示的实施例。例如，在图4所示的实施例中，各开关的导通顺序依次为：主功率开关105、第一输出开关106、第二输出开关107；如此循环往复。
图4示出了根据本发明另一实施例的图1所示LED驱动系统100工作时的波形图。图4所示波形从上至下依次是电感电流反馈信号ILFB、时钟信号Clk、第一开关控制信号Ct1、流过第二输出开关107的电流IM3、第二开关控制信号Ct2、以及流过第一输出开关106的电流IM2。在T5时刻，时钟信号Clk翻转，主功率开关105在第一开关控制信号Ct1的控制下导通，电感电流IL增大，电感L1开始储存能量。主功率开关105导通期间，第一输出开关106和第二输出开关107关断。直至T6时刻，电感电流反馈信号ILFB大于第二误差放大信号VCM2，第一开关控制信号Ct1根据第二占空比信号D2控制主功率开关105关断。第一输出开关106在第二开关控制信号Ct2的控制下导通，第二输出开关107保持关断，LED驱动系统100通过第一输出开关106向第一输出电容Co1和LED串11_1以及11_2供电。电感电流IL等于流过第一输出开关106的电流IM2，电感电流IL以第二斜率Rt2下降。在T7时刻，电感电流反馈信号ILFB小于第一误差放大信号VCM1，第二开关控制信号Ct2根据第一占空比信号D1控制第一输出开关106关断，第二输出开关107导通，电感电流IL通过第二输出开关107向第二输出电容Co2和LED串12_1以及12_2供电。电感电流IL等于流过第二输出开关107的电流IM3，电感电流IL以第一斜率Rt1下降。直至T8时刻，时钟信号Clk翻转，第二输出开关107关断，主功率开关105在第一开关控制信号Ct1的控制下导通。以上过程重复。
本领域普通技术人员应该知道，时间段T5～T6、T6～T7和T7～T8之间还可以包括死区时间。
图5示出了根据本发明另一实施例的LED驱动系统500的电路结构示意图。图5所示的实施例中，第二输出开关107为同步整流开关管。图5所示的实施例中主功率开关105、第一输出开关106、以及第二输出开关107以N型的MOSFET为例，然而本领域普通技术人员可知，其它类型的可控半导体开关器件也可以用于本发明。图5所示的实施例中，由第一输出电压VOL供电的第一LED阵列包括LED串51_1、51_2、以及51_3，由第二输出电压VOH供电的第二LED阵列包括LED串52_1、以及52_2。控制电路53响应于LED串51_1、51_2、以及51_3，控制第一输出开关106的占空比，以调节第一输出电压VOL。控制电路53响应于LED串52_1、52_2，控制主功率开关105的占空比，以调节第二输出电压VOH。
在图5所示的实施例中，控制电路53包括第一占空比控制环路131、第二占空比控制环路132、以及逻辑电路533。在一个实施例中，第一占空比控制环路131接收LED串51_1的阴极端电压V1、LED串51_2的阴极端电压V2、LED串51_3的阴极端电压V3、以及第一基准信号VREFL，并根据第一基准信号VREFL和电压V1、V2、V3的最小值之间的差值VREFL-min(V1，V2，V3)产生第一占空比信号D1。其中，“min”是求最小值的运算。在一个实施例中，第二占空比控制环路132接收LED串52_1的阴极端电压V4、LED串52_2的阴极端电压V5、以及第二基准信号VREFH，并根据第二基准信号VREFH和电压V4、V5的最小值之间的差值VREFH-min(V4，V5)产生第二占空比信号D2。逻辑电路533接收第一占空比信号D1和第二占空比信号D2，并提供第一开关控制信号Ct1、第二开关控制信号Ct2、和第三开关控制信号Ct3以分别控制主功率开关105、第一输出开关106、和第二输出开关107。在一个实施例中，逻辑电路533根据第一占空比信号D1控制第一输出开关106的占空比，从而调节第一输出电压VOL的大小，也就是调节LED驱动系统500对第一LED阵列供电的大小；逻辑电路533根据第二占空比信号D2控制主功率开关105的占空比，从而调节第二输出电压VOH的大小，也就是调节LED驱动系统500对第二LED阵列供电的大小。在一个实施例中，逻辑电路533响应于主功率开关105和第一输出开关106的开关状态，控制第二输出开关107。在一个实施例中，逻辑电路533在主功率开关105导通时，控制第一输出开关106和第二输出开关107保持关断；在主功率开关105关断时，控制第二输出开关107与第一输出开关106互补导通。例如，根据主功率开关105的关断时刻控制第二输出开关107的导通，以及在第一输出开关106导通之前控制第二输出开关107关断。再例如，根据第一输出开关106的关断时刻控制第二输出开关107的导通，以及在主功率开关105导通之前控制第二输出开关107关断。
本领域普通技术人员可知，逻辑电路533中产生开关控制信号Ct1、Ct2的电路也可以用于逻辑电路133中。类似的，逻辑电路133中产生开关控制信号Ct1、Ct2的电路也可以用于逻辑电路533中，以产生开关控制信号Ct1、Ct2。
图6示出了根据本发明一实施例的逻辑电路533的电路结构图。在图6所示的实施例中，逻辑电路533包括触发电路FF3、触发电路FF4、反相电路N2、反相电路N3、以及与门电路A2。触发电路FF3包括置位端S、复位端R和输出端Q，其置位端S接收时钟信号Clk，其复位端R接收第二占空比信号D2，其输出端Q提供第一开关控制信号Ct1。触发电路FF3根据时钟信号Clk周期性的导通主功率开关105，并根据第二占空比信号D2控制主功率开关105的关断，从而控制主功率开关105的占空比。触发电路FF4包括置位端S、复位端R、和输出端Q，其置位端S通过反相电路N2耦接至触发电路FF3的输出端Q以接收第一开关控制信号Ct1的反相信号，其复位端R接收第一占空比信号D1，其输出端Q提供第二开关控制信号Ct2。触发电路FF4根据主功率开关105的关断时刻控制第一输出开关106的导通，并根据第一占空比信号D1控制第一输出开关106的关断，从而控制第一输出开关106的占空比。逻辑电路533根据第一开关控制信号Ct1和第二开关控制信号Ct2提供第三开关控制信号Ct3，使得主功率开关105关断期间，第二输出开关107与第一输出开关106互补导通。在图6所示的实施例中，与门电路A2具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端通过反相电路N2接收第一开关控制信号Ct1的反相信号，其第二输入端通过反相电路N3接收第二开关控制信号Ct2的反相信号，其输出端输出第三开关控制信号Ct3。
本领域普通技术人员应该知道，逻辑电路533并不限于图6所示的具体实施例。本领域普通技术人员可以自主选择适当的逻辑电路以实现占空比信号Dt1、Dt2与开关控制信号Ct1、Ct2、Ct3之间的逻辑关系。在此不一一例举。
图7示出了根据本发明一实施例的用于驱动LED的方法流程图。该开关变换器包括用以接收输入电压的输入端子和用以提供输出电压的输出端子。该控制方法包括步骤S11～S14。
在步骤S11，通过储能元件接收输入电压。
在步骤S12，储能元件通过主功率开关耦接至参考地，通过第一输出开关耦接至第一输出端口以对第一LED阵列供电，通过第二输出开关耦接至第二输出端口以对第二LED阵列供电，其中第一LED阵列和第二LED阵列均包括一个或多个并联耦接的LED串，第一LED阵列中的每个LED串包括n个串联耦接的LED，第二LED阵列中的每个LED串包括m个串联耦接的LED，m、n为大于零的自然数，且m＞n。
在步骤S13，响应于第一LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比。
在步骤S14，响应于第二LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种发光二极管(LED)驱动系统，包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，所述LED驱动系统还包括：
储能元件，具有第一端和第二端，其第一端耦接至输入端口以接收输入电压；
主功率开关，耦接在储能元件的第二端和参考地之间；
第一输出开关，耦接在储能元件的第二端和第一输出端口之间，所述第一输出端口提供第一输出电压至第一LED阵列，第一LED阵列包括并联耦接的多个LED串；以及
第二输出开关，耦接在储能元件的第二端和第二输出端口之间，所述第二输出端口提供第二输出电压至第二LED阵列，第二LED阵列包括并联耦接的多个LED串；其中
储能元件在主功率开关导通时储存能量，储能元件在主功率开关关断时将储能的能量分别释放至第一输出端口和第二输出端口，所述LED驱动系统响应于第一LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比以调节第一输出电压，所述LED驱动系统响应于第二LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比以调节第二输出电压，其中第二输出电压大于第一输出电压。
2.如权利要求1所述的LED驱动系统，还包括：第二输出开关的导通与关断响应于主功率开关和第一输出开关的开关状态。
3.如权利要求1所述的LED驱动系统，其中第二输出开关包括二极管或同步整流开关管。
4.如权利要求1所述的LED驱动系统，还包括控制电路，所述控制电路包括：
第一占空比控制环路，耦接至第一LED阵列，并根据第一LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值、以及第一基准信号，产生第一占空比信号；
第二占空比控制环路，耦接至第二LED阵列，并根据第二LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值、以及第二基准信号，产生第二占空比信号；以及
逻辑电路，接收第一占空比信号和第二占空比信号，产生第一开关控制信号以控制主功率开关，以及产生第二开关控制信号以控制第一输出开关，其中第一开关控制信号根据第二占空比信号控制主功率开关的占空比，第二开关控制信号根据第一占空比信号控制第一输出开关的占空比。
5.如权利要求4所述的LED驱动系统，其中第一占空比控制环路包括：
第一最小值选择电路，接收第一LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压，所述第一最小值选择电路基于第一LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值产生第一最小值信号；
第一误差放大电路，接收第一基准信号和第一最小值信号，所述第一误差放大电路基于第一基准信号和第一最小值信号之间的差值，产生第一误差放大信号；以及
第一比较电路，接收第一误差放大信号和代表流过储能元件电流的电流反馈信号，所述第一比较电路基于第一误差放大信号和电流反馈信号的比较结果，产生第一占空比信号。
6.如权利要求4所述的LED驱动系统，其中第二占空比控制环路包括：
第二最小值选择电路，接收第二LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压，所述第二最小值选择电路基于第二LED阵列中并联耦接的多个LED串的阴极端电压的最小值产生第二最小值信号；
第二误差放大电路，接收第二基准信号和第二最小值信号，所述第二误差放大电路基于第二基准信号和第二最小值信号之间的差值，产生第二误差放大信号；以及
第二比较电路，接收第二误差放大信号和代表流过储能元件电流的电流反馈信号，所述第二比较电路基于第二误差放大信号和电流反馈信号的比较结果，产生第二占空比信号。
7.一种LED驱动系统，包括：第一输出端口、第二输出端口、接收输入电压的储能元件、耦接在储能元件另一端和参考地之间的主功率开关、耦接在储能元件另一端和第一输出端口之间的第一输出开关、耦接在储能元件另一端和第二输出端口之间的第二输出开关、以及控制电路，其中第一输出端口为第一LED串和第二LED串供电，第二输出端口为第三LED串和第四LED串供电，所述控制电路响应于第一LED串和第二LED串，以控制第一输出开关的占空比，所述控制电路响应于第三LED串和第四LED串，以控制主功率开关的占空比，其中第一LED串和第二LED串分别包括n个串联耦接的LED，第三LED串和第四LED串分别包括m个串联耦接的LED，m、n为大于零的自然数，且m大于n。
8.如权利要求7所述的LED驱动系统，其中控制电路还包括：
第一占空比控制环路，耦接至第一LED串和第二LED串，并根据第一LED串阴极端的电压和第二LED串阴极端的电压的最小值、以及第一基准信号，产生第一占空比信号；
第二占空比控制环路，耦接至第三LED串和第四LED串，并根据第三LED串阴极端的电压和第四LED串阴极端的电压的最小值、以及，产生第二占空比信号；以及
逻辑电路，接收第一占空比信号和第二占空比信号，所述逻辑电路响应于第二占空比信号，产生第一开关控制信号以控制主功率开关，所述逻辑电路响应于第一占空比信号，产生第二开关控制信号以控制第一输出开关。
9.如权利要求8所述的LED驱动系统，其中：
第一开关控制信号根据一时钟信号周期性的控制主功率开关导通，以及根据第三LED串阴极端的电压和第四LED串阴极端的电压的最小值与第二基准信号相比较的结果控制主功率开关关断；
第二开关控制信号根据主功率开关的关断时刻控制第一输出开关导通，，以及根据第一LED串阴极端的电压和第二LED串阴极端的电压的最小值与第一基准信号相比较的结果控制第一输出开关关断。
10.如权利要求8所述的LED驱动系统，其中：
第一开关控制信号根据一时钟信号周期性的控制主功率开关导通，以及根据第三LED串阴极端的电压和第四LED串阴极端的电压的最小值与第二基准信号相比较的结果控制主功率开关关断；以及
第二开关控制信号根据第一LED串阴极端的电压和第二LED串阴极端的电压的最小值与第一基准信号相比较的结果控制第一输出开关导通，以及根据所述时钟信号控制第一输出开关关断。
11.一种LED的驱动方法，包括：
通过储能元件接收输入电压；
所述储能元件通过主功率开关耦接至参考地，所述储能元件通过第一输出开关耦接至第一输出端口以对第一LED阵列供电，所述储能元件通过第二输出开关耦接至第二输出端口以对第二LED阵列供电，其中第一LED阵列包括多个并联耦接的LED串，第二LED阵列包括多个并联耦接的LED串；
响应于第一LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比；以及
响应于第二LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比。
12.一种LED的驱动方法，包括：
通过储能元件接收输入电压；
所述储能元件通过主功率开关耦接至参考地，所述储能元件通过第一输出开关耦接至第一输出端口以对第一LED阵列供电，所述储能元件通过第二输出开关耦接至第二输出端口以对第二LED阵列供电，其中第一LED阵列包括多个并联耦接的LED串，第二LED阵列包括多个并联耦接的LED串；
响应于第一LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制第一输出开关的占空比；以及
响应于第二LED阵列中多个LED串的阴极端电压的最小值，控制主功率开关的占空比；其中
第二输出开关的导通及关断响应于第一输出开关和主功率开关的开关状态。
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