CN107809818B - 驱动若干光源的装置和方法，照明装置和计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

根据示例，提供了一种用于驱动若干个光源的装置，其中，该装置被布置成感测电源信号以及基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。此外，相应地建议了方法、照明装置、计算机程序产品和计算机可读介质。

Description

驱动若干光源的装置和方法，照明装置和计算机可读介质
技术领域
本发明的实施例涉及用于驱动若干个光源的装置。特别地，光源可以是以矩阵结构布置的发光二极管LED(LED阵列)。
发明内容
第一实施例涉及一种用于驱动若干个光源的装置，其中，该装置被布置成：
—感测电源信号；
—基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。
第二实施例涉及一种照明装置，该照明装置包括：
—光源的矩阵结构，其包括至少两行和至少两列的光源；
—半导体器件，包括
—光源驱动器矩阵，在该光源驱动器矩阵的顶部上布置有光源的矩阵结构；
—公用区域；
—其中，光源驱动器矩阵被布置成用于驱动光源，其中，光源驱动器矩阵被布置成：
—感测电源信号；
—基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。
第三实施例涉及一种用于驱动若干个光源的方法，该方法包括以下步骤：
—感测电源信号；
—基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。
第四实施例涉及一种能够直接被加载至数字处理装置的存储器中的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行本文中描述的方法的各步骤的软件代码部分。
第五实施例涉及一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，例如任何种类的存储器，该计算机可执行指令能够使计算机系统执行本文中描述的方法的各步骤。
第六实施例可以涉及一种用于驱动若干个光源的装置，该装置包括：
—用于感测电源信号的装置；
—用于基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移的装置。
附图说明
参照附图示出并说明了各实施例。附图用于说明基本原理，因此仅对理解基本原理必要的方面进行了说明。附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。
图1示出了包括被放置在半导体器件的顶部上的LED阵列的示例性布置；
图2示出了包括LED矩阵和半导体器件的示例性框图，半导体器件包括LED驱动器矩阵和公用电路；
图3示出了电流源，每个电流源被布置在LED驱动器矩阵上，在LED驱动器矩阵的顶部上安装有LED；
图4示出了连接至图1的布置的示例性电源单元；
图5示出了用于对开关信号施加相移的控制逻辑；
图6示出了用于经由延迟阵列对开关信号施加相移的控制逻辑；
图7示出了包括三个开关信号和所得到的电源信号的信号图，电源信号包括电流纹波；
图8示出了包括三个开关信号的信号图，对三个开关信号施加相移以减小电源信号中的电流纹波；
图9示出了包括六个开关信号的信号图，对六个开关信号施加相移以减小电源信号中的电流纹波。
具体实施方式
诸如半导体光源、LED(发光二极管)这样的光源可以被布置在一起作为阵列。光源的阵列可以布置在半导体器件(阵列)的顶部上，该半导体器件(阵列)被布置为用于光源的控制电路。光源可以被安装至半导体器件上。在半导体器件为每个光源提供电流源的情况下，这样的电流源可能必须被单独地驱动以使得能够控制相应光源。
图1示出了包括LED阵列101的示例性布置，LED阵列101被放置在半导体器件102的顶部上。半导体器件102可以被布置在印刷电路板(PCB)104上，例如金属芯PCB 104。可以经由接合线(bond wire)103将PCB 104电连接。被安装在半导体器件102上的LED阵列101也被称为芯片上芯片(chip-on-chip)组件。
布置可以包括另外的部件。这些部件可以是用于提供电能的电源单元；和/或用于控制若干个光源的控制逻辑，例如微型控制器和/或现场可编程门阵列(FPGA)。这些部件中的一些可以是半导体器件102的组成部分。这些部件中的一些可以被布置为PCB 104上的分立部件，并且经由PCB走线连接至半导体102。这些部件中的一些可以被布置在另一PCB(未示出)上，并且经由诸如物理连接器这样的连接装置电连接至PCB104。
半导体器件102可以包括下述中的至少一个：
—用于布置在LED阵列101上的各个LED的电流源，特别地是用于每个LED的至少一个电流源；
—用于驱动LED以及用于管理的接口；
—至少一个参考电流的生成；以及
—诊断和保护功能。
出于这样的目的，半导体器件102可以包括硅单元的阵列，其中，每个硅单元(也称为像素单元)可以包括电流源，该电流源可以直接连接至LED阵列101中的LED。此外，半导体器件102可以包括公用电路。
图2示出了包括LED 206的矩阵201(矩阵的每个像素可以由至少一个LED表示)和半导体器件205的示例性图，半导体器件205包括LED驱动器矩阵202(即半导体器件的与LED阵列101的一个像素相关联的部分)和公用电路203。半导体器件205可以连接至串行接口204。可以经由串行接口204来控制矩阵201中的相应LED 206。矩阵201可以被布置在LED驱动器矩阵202的顶部上。LED驱动器矩阵202可以是如图1所示的半导体器件102的一部分，并且LED驱动器矩阵202可以针对矩阵201的每个LED 206包括像素单元区域(也称为“像素单元”)。作为一个选项，LED驱动器矩阵202具有(例如，基本上)与矩阵201相同的面积大小。特别地，LED驱动器矩阵202的像素单元区域可以具有(基本上)与LED 206相同的表面面积。矩阵201的LED 206可以直接连接至LED驱动器矩阵202的像素单元。特别地，矩阵201可以被布置在LED驱动器矩阵202的顶部上。
特别地，公用电路203可以包括用于访问矩阵201的LED的接口，例如用于配置目的的一个寄存器、参考电流发生器、参考电压发生器和温度传感器。
矩阵201可以包括按列和行布置的任意数目的LED(像素)。矩阵201可以包括例如256或1024个LED。在图2所示的示例中，矩阵201包括16行和16列的LED 206，总计256个LED。
LED 206可以被分组(划分)成子组207。每个子组207可以被单独地控制(驱动)。作为示例，矩阵201的子组(区)的数目是固定的。作为另一示例，在矩阵201中使用可变数目的子组。作为示例，LED 206可以被固定地分组成四个子组207。每个子组207包括64个LED 206(像素)。
注意，LED作为光源的示例而被提及。作为一个选项，可以使用任何种类的光源，特别是半导体光源。作为另一选项，每个光源可以是包括至少两个半导体光源的模块。
公用电路203可以被布置在与LED驱动器矩阵202相邻或远离LED驱动器矩阵202的区域中。
由于紧凑的布置，大量的热源可以产生不同的温度，这可以影响温度梯度并因此导致像素之间的失配。
此外，由于LED驱动器矩阵直接连接至LED，因此每个像素单元中的每个电流源的输出可能不能直接访问。
因此，期望提供下述中的至少一个：
—向单独LED提供电流的电流源，这使得能够高精度地接通或关断LED以及提供过电流保护；
—能够检测输出通道的开路负载和接地短路的诊断功能；
—不同像素之间即不同电流源之间的低失配；
—驱动LED以调节负载状况。
图3示出了三个示例性的高边电流源301至303，高边电流源301至303中的每一个可以被布置在LED驱动器矩阵上，在高边电流源301至303的顶部上安装有LED 304至306。在该场景中，LED 304被布置在电流源301的顶部上，LED 305被布置在电流源302的顶部上，并且LED 306被布置在电流源303的顶部上。
电流源301可以是NMOS功率级，其漏极连接至电源节点310。电流源301的源极连接至LED 304的阳极。LED 304的阴极接地311。可以将开关信号307提供至电流源301的栅极。开关信号307可以是数字信号或模拟信号，例如PWM信号。
电流源302可以是NMOS功率级，其漏极连接至电源节点310。电流源302的源极连接至LED 305的阳极。LED 305的阴极接地311。可以将开关信号308提供至电流源302的栅极。开关信号308可以是数字信号或模拟信号，例如PWM信号。
电流源303可以是NMOS功率级，其漏极连接至电源节点310。电流源303的源极连接至LED 306的阳极。LED 306的阴极接地311。可以将开关信号309提供至电流源303的栅极。开关信号309可以是数字信号或模拟信号，例如PWM信号。
可以使用每个电流源301至303的附加的误差放大器(图3中未示出)来控制输出电流。误差放大器中的每个误差放大器可以由数字信号或由模拟信号来启动。
LED驱动器矩阵可以在像素单元可用的区域上包括大量的电流源和/或开关(例如，在LED驱动器矩阵在LED阵列下方的情况下)。
特别地，本文中介绍的示例展示了：如何在LED驱动器矩阵被布置在硅半导体器件(例如单个芯片)上的情况下仍可以实现用于LED阵列和下方的LED驱动器矩阵的高效解决方案。特别地，所提供的示例处理大量的热源以及像素单元的电流源之间的热梯度。
本文中介绍的示例使得能够提供特别地包括下述中的至少一个的LED驱动器矩阵：
—用于控制每个像素单元和/或像素单元(子)组的驱动器的通信接口；
—具有对过电流的自保护的输出电流调节；
—开路负载和接地短路诊断功能；
—低温敏感性。
特别地，这可以通过在公用电路与LED驱动器矩阵之间分配控制逻辑来实现，公用电路与LED驱动器矩阵两者被整合在半导体器件上。公用电路可以被布置成与LED驱动器矩阵相邻，并且LED驱动器矩阵可以占据与LED阵列相同的表面面积，如上所述，LED阵列可以被布置在LED驱动器矩阵的顶部上。
作为一个选项，公用电路可以被布置在与LED驱动器矩阵相邻或远离LED驱动器矩阵的区域中。
挑战在于：尤其是当一个电流源被放置在一个像素单元中(或与该像素单元相关联)时，高效地驱动电流源。两个像素单元之间的距离(例如，小于150μm)可以阐明限制性的约束，这使得难以电连接被布置在其相关联的光源之下的所有电流源，以便它们能够由半导体器件的公用电路驱动。
图4示出了结合包括LED和驱动LED的半导体器件的布置409的、用于LED驱动器矩阵的电源单元401。
电源单元401可以被布置在LED驱动器矩阵202的外部，或者电源单元401可以是包括LED驱动器矩阵的半导体器件的一部分。电源单元401还可以是公用电路的一部分。作为替选，电源单元401可以是PCB上的分立部件。电源单元401可以通过连接器装置、例如经由PCB走线或经由分立的连接器而被连接至半导体器件。特别地，电源单元401可以包括用于向LED驱动器矩阵提供诸如电源电流或电源电压这样的电源信号的接口。
电源单元401包括DC电源输入端413。DC电源输入端413连接至节点414。节点414连接至控制单元407的输入端。节点414还连接至开关402的第一引脚(pin)。开关402的第二引脚连接至节点415。开关403的第一引脚连接至节点415。开关403的第二引脚连接至节点416。控制单元407的输出端连接至节点416。电源单元401的电力接地输出端417连接至节点416。
控制单元407向开关402提供第一开关信号以断开或闭合从节点414至节点415的连接。控制单元407向开关403提供第二开关信号以断开或闭合从节点415至节点416的连接。注意，开关402和403可以是或者包括电子开关，例如晶体管或MOSFET。
节点415经由电感器403连接至节点418。节点418经由包括电容器404和电阻器405的串联连接连接至电源单元401的输出端422。输出端422可以接地。
节点418经由电阻器419连接至节点406。节点406经由电阻器420连接至输出端422。节点406连接至控制单元407的输入端。节点418连接至电源单元401的电源输出端421。
电源单元401可以连接至布置409。布置409可以包括半导体器件，特别地包括LED矩阵和/或公用电路。
电源单元401的电源输出端421经由电阻器430和电感器408的串联连接而连接至布置409的端子431。注意，电阻器430可以是寄生线电阻的结果，并且电感器408可以是寄生电感的结果。端子431可以对应于图3的电源节点310；因此可以经由该端子431来传送电源信号，例如电源电压或电源电流IIN。
电源单元401的输出端422连接布置409的端子432(端子432可以接地)。端子432可以对应于如图3中所示的接地311。
布置409包括三个示例性高边电流源410至412，每个高边电流源410至412可以被布置在LED驱动器阵列上，在LED驱动器阵列的顶部上安装有LED 423至425。
电流源410连接至LED 423的阳极，并且提供电流I410。LED 423的阴极连接至端子432。可以对电流源410施加开关信号PWM410(未示出)以控制输出电流I410。电流源410可以对应于电流源301，LED 423可以对应于LED 304，并且开关信号PWM410可以对应于开关信号307(参见图3)。
电流源411连接至LED 424的阳极，并且提供电流I411。LED 424的阴极连接至端子432。可以对电流源411施加开关信号PWM411(未示出)以控制输出电流I411。电流源411可以对应于电流源302，LED 424可以对应于LED 305，并且开关信号PWM411可以对应于开关信号308(参见图3)。
电流源412连接至LED 425的阳极，并且提供电流I412。LED 425的阴极连接至端子432。可以对电流源412施加开关信号PWM412(未示出)以控制输出电流I412。电流源412可以对应于电流源303，LED 425可以对应于LED 306，并且开关信号PWM412可以对应于开关信号309(参见图3)。
开关信号PWM410、PWM411、PWM412可以是用于调光的脉冲宽度调制信号。这些信号可以由控制逻辑(在图4中未示出)生成。
电源单元401可以是DC至DC转换器(DC：直流)。Buck变换器(降压转换器)是DC至DC转换器的一个示例。Buck变换器使电压降低(同时使电流升高)。其通常包括两个半导体开关，例如开关402和403，这两个半导体开关被布置为由控制单元407控制的半桥电路。Buck变换器还包括至少一个电能存储器例如电感器403。为了减小电压纹波，可以在buck变换器的输出端处提供滤波单元，例如电容器404和电阻器405。Buck变换器还包括反馈回路，例如在节点406处提供反馈信号的电阻器419、420，该反馈回路被用于调节控制单元407的开关信号。这可以通过调节开关402、403的开关周期或占空比来实现。
电源单元401被配置成提供用于驱动若干个光源的电源信号。电源单元401被配置成提供满足下述条件的充足电能：布置409中的所有LED423至425或LED 423至425中的至少大部分可以被同时导通。这样的条件可以导致电源电流中的显著的纹波ΔI(或者相应地电源电压中的纹波)，并且可能会降低LED阵列的效率。这在图7中被示例性地示出。
电源单元401在电源输出端421处提供电流Iout。该电流Iout需要足够高以向所有LED 423至425或LED 423至425中的至少大部分供电，特别是在它们被同时导通时更是如此。因此，电流源410至412必须提供用于操作LED 423至425的充足的输出电流I410至I412。提供这样量的电流I410至I412会导致(电压和/或电流域中的)高电源信号纹波，尤其是在使用PWM信号作为LED 423至425的开关信号的情况下更是如此。当电源单元401被布置在布置409外部时，电源信号纹波会进一步增大，这是因为由电阻器430和电感器408表示的长连接的附加寄生效应变得越来越相关。如果使用电容器404作为包括高等效串联电阻(ESR)的滤波元件，则电源信号纹波还会进一步增大。
图7示出了图4的电源单元401的所提供输入电流IIN的示例性电源信号序列和作为用于驱动LED 423、424、425的示例性开关信号的三个PWM调光信号PWM410、PWM411、PWM412。每个PWM调光信号PWM410、PWM411、PWM412是具有占空比的周期信号。PWM信号的占空比描述相应的“导通时间”ton相对于时间周期Tperiod的比例。占空比可以以百分比来表示：100％的占空比是在整个时间周期Tperiod期间都导通的PWM信号。
在图7中，PWM信号PWM410、PWM411、PWM412的上升沿对齐，即上升沿同时出现，这对应于要同时导通所有LED 423至425的用例。因此，电源单元401的负载状况随着PWM信号的同时上升(导通)沿或下降(关断)沿而突然变化。
负载状况的这些突然变化导致针对PWM信号的同时上升沿的电流纹波701以及针对PWM信号的同时下降沿的电流纹波702。
注意，使用“所有”LED的切换作为示例来说明问题。当然，同时切换一组LED——特别地不是所有LED——也是一个选项。这指的是导通以及关断。还要注意，并非必须导通和关断相同数目的LED。
示例性的目的是在要导通或关断LED时、特别是在使用PWM调光的情况下，高效地管理电能(电压或电流)的量。特别地，示例性的目的是减少功率耗散。又一示例性的目的是在对LED阵列中的每个像素单元或一组像素单元使用PWM调光时提供连续且变化的电能。
另一个目的是减小电源信号中的纹波(参见，图7中的纹波701、702)。这对经由减小的电流随时间的变化量(dI/dt)来减小电磁干扰(EMI)会是有利的。
特别地，可以通过对被施加至至少一个光源(特别地，被施加至一组若干个光源)的电源信号应用灵活的(例如，随机的、伪随机的或确定的)相移来减小电源信号的纹波。光源可以是如本文所描述的布置成阵列的光源。作为一个选项，如果电源信号(例如，电流或电压)在预定的信号值范围之外，则施加相移。
图5示出了图4的电源单元401和布置409，其中，布置409包括示例性的控制逻辑502。端子431连接至电源输出端421，并且端子432接地422。
可以使用控制逻辑502对LED 423至425的开关信号施加相移。
控制逻辑502包括感测单元503，感测单元503被配置成感测经由测量装置506在端子431处提供的实际电源信号，例如电源电压VCC或电源电流。测量装置506可以是用于确定这样的分流电阻器两端的电压降的分流电阻器，该电压降与在端子431处传送的电流成比例。
感测单元503还连接至查找表(LUT)504。感测单元503的输出端连接至开关单元505，开关单元505向电流源410至412提供开关信号PWM510、PWM511、PWM512。
开关信号PWM510用于控制电流源410，电流源410调节提供给LED 423的输出电流I410。这可以例如经由如图3所示的(针对LED 304，LED 304则会对应于LED 423)电流源301的栅极来实现。
开关信号PWM511用于控制电流源411，电流源411调节提供给LED 424的输出电流I411。这可以例如经由如图3所示的(针对LED 305，LED 305则会对应于LED 424)电流源302的栅极来实现。
开关信号PWM512用于控制电流源412，电流源412调节提供给LED 425的输出电流I412。这可以例如经由如图3所示的(针对LED 306，LED 306则会对应于LED 425)电流源303的栅极来实现。
LED 423至425可以均包括至少一个光源，特别地是半导体光源，例如LED、OLED(有机发光二极管)等。特别地，LED 423至425可以均表示一组光源。
经由感测单元503获得的感测信号可以被用于确定端子431处的电源信号是否在预定范围之外。这可以通过将感测信号与至少一个预定值进行比较来实现。可以使用若干个预定值来检测感测信号是否在预定范围内。
LUT 504可以包含通过对开关信号PWM510、PWM511、PWM512施加相移来调节开关信号PWM510、PWM511、PWM512以减小实际感测的电源信号的电源信号纹波的信息。特别地，可以对开关信号PWM510、PWM511、PWM512的至少一部分施加不同的相移。
图8示出了端子431处的输入电流IIN的示例性信号序列。该输入电流IIN由感测单元505感测。图8还示出了用于控制驱动LED 423至425的电流源410至412的开关信号PWM510、PWM511、PWM512。如上所示，特别地，开关信号PWM510、PWM511、PWM512可以是用于对LED 423至425进行调光的脉冲宽度调制的开关信号。
负载状况的突然变化会导致输入电流IIN的纹波ΔI(或者作为替选：输入电压中的纹波)。基于各种纹波，可以经由感测单元505来确定电源信号的范围。在图8所示的示例中，电源信号的范围是电流范围ΔIrange。
因此，如果电源信号在这样的范围内，则LED驱动器矩阵的效率增大，并且电力消耗减小。
在图8中，开关信号的不同部分801、802示出了对相应开关信号施加的相移。注意，可以对开关信号的不同部分801、802施加不同的相移。
控制逻辑502可以应用算法(其可以是自适应算法)来在开关信号PWM510、PWM511、PWM512中的至少两个开关信号之间提供相移(特别地：至少一个相移)，以减小电源单元401的负载状况并因此减小纹波。
感测单元503在时间tsense处感测端子431处的电流。感测单元503通过将感测的电流与预定值进行比较来检测到感测的电流下冲(undershoot)电流范围ΔIrange。
感测电流下冲的原因是基于要求所有LED 423至425同时导通的命令(参见时间tsense之前开关信号的上升沿)。检测到下冲可以触发控制逻辑502以自适应地减小输入电流IIN的纹波。
这可以通过(自适应的)算法来实现，该算法可以针对每个调光周期(开关循环的时间周期)或其任何大小而被触发。针对至少两个开关信号来引入上升沿之间和/或下降沿之间的相移。在一个示例中，在每两个沿(其可以是下降沿或上升沿)之间引入若干个相移。特别地，相移可以至少部分地彼此不同。因此，通过引入这样的相移，LED不再同时导通和/或同时关断。
换言之，经由相移来对开关时间提供偏移。相移可以是随机的或伪随机的。相移也可以根据可以被存储在诸如所述LUT 504这样的存储器中的预定义顺序而是确定的。特别地，本文中提到的相移可以具有任意范围以避免多个LED(或一组LED)同时导通。这相应地适用于关断。
关于部分801，开关逻辑505对开关信号PWM511的上升沿引入相移Δt1(也称为“延迟”)(没有相移的信号用虚线表示)。相移Δt1可以被存储在LUT 504中并且从LUT 504获得。如图8所示，由于引入至开关信号PWM511的相移Δt1，输入电流IIN在时间t1不久后的纹波与时间tsense处的纹波相比被减小。
关于部分802，开关逻辑505对开关信号PWM510的上升沿引入相移Δt2(没有相移的信号用虚线表示)。相移Δt2可以被存储在LUT 504中并且从LUT 504获得。该相移Δt2与相移Δt1不同，并且该相移Δt2可以在没有由PWM信号的下降沿引起的过冲的情况下导致时间t2处的减小的负载状况以及减小的电流纹波。
算法可以利用不同的相移，并且确定对开关信号施加的每个相移或多个相移组合的结果。关于这方面，图8示出了对三个开关信号中的两个开关信号(在不同时间)施加的两个相移t1和t2的示例。因此，针对每个部分801、802可以使用若干个相移来确定哪种相移组合对减小纹波最好。因此，算法可以以自适应的方式操作以确定针对每个部分施加的相移的合适组合。可以运行算法，直至确定合适的结果，例如直至纹波保持在电流范围ΔIrange内(或者一般地：在电源信号的范围内)。因此，特别地，只要控制逻辑502没有接收到其他驱动命令，估计的相移就可以被用于驱动LED。
作为替选，一旦施加了预定数量的相移，算法就可以立刻终止。该预定数量可以在训练阶段期间获得以确保其导致电源信号中的纹波减小并且感测的电源信号保持(具有很高的可能性)在电流范围ΔIrange内。
数量n个相移Δti(i＝1、……、n)可以限制于相移的最小集合或小集合以减少减少电源信号中的纹波所需的时间(在该示例中，电流被示例性地用作电源信号；然而，可以相应地使用电压)。此外，小集合的相移可以减少由控制逻辑502提供的计算工作。
为了确保少量的相移，LUT 504可以包含可以用于调节开关信号的附加信息。
当感测到电源信号在预定范围之外时，可以(重新)启动用于确定相移的算法。
可以对每个像素单元的开关信号施加相移。作为一个选项，可以将若干个光源组合为一个组并且对这样的光源组施加相移。与单独地处理每个像素单元的场景相比，这可以有利地减小LUT 504的大小。
组的数量可以是固定的。可替选地，可以应用根据电源单元的实际负载状况而变化的可变数量和/或可变大小的组。调节组设置的信息可以被存储在LUT 504中。
图6示出了可替选的布置603，该布置603可以基于如图4和图5中所示的布置409。布置603包括端子431(向其提供电源信号)和432(其可以接地)、LED 616至621、用于对LED616至621的开关信号PWM610、PWM611、PWM612、PWM613、PWM614、PWM615施加相移的控制逻辑601、以及微型控制器607。
控制逻辑601包括LED 616至621、电源610至615、感测单元602、选择单元604、查找表(LUT)662、开关单元663和测量装置661。
端子431连接至节点651，并且端子432连接至节点652。在节点651与节点652之间布置有：
—包括电流源610和LED 616的串联连接，其中，LED 616的阴极连接至节点652，而LED 616的阳极跨电流源610连接至节点651；
—包括电流源611和LED 617的串联连接，其中，LED 617的阴极连接至节点652，而LED 617的阳极跨电流源611连接至节点651；
—包括电流源612和LED 618的串联连接，其中，LED 618的阴极连接至节点652，而LED 618的阳极跨电流源612连接至节点651；
—包括电流源613和LED 619的串联连接，其中，LED 619的阴极连接至节点652，而LED 619的阳极跨电流源613连接至节点651；
—包括电流源614和LED 620的串联连接，其中，LED 620的阴极连接至节点652，而LED 620的阳极跨电流源614连接至节点651；以及
—包括电流源615和LED 621的串联连接，其中，LED 621的阴极连接至节点652，而LED 621的阳极跨电流源615连接至节点651。
提供开关信号PWM610以控制向LED 616供给电流I610的电流源610。提供开关信号PWM611以控制向LED 617供给电流I611的电流源611。提供开关信号PWM612以控制向LED 618供给电流I612的电流源612。提供开关信号PWM613以控制向LED 619供给电流I613的电流源613。提供开关信号PWM614以控制向LED 620供给电流I614的电流源614。提供开关信号PWM615以控制向LED 621供给电流I615的电流源615。
可以根据如图3所示的NMOS功率级来实现电流源610至615。可以对这样的NMOS功率级的栅极施加开关信号。
在图6所示的示例中，组622包括LED 616、617、618，并且组623包括LED 619、620、621。作为一个选项，组的数量和/或一个组内的LED的数量可以变化。
LED 616至621可以均为单独的LED，或者它们可以被组合在至少一个LED组中。LED616至621可以是LED阵列的一部分。
测量装置661可以被配置成感测节点651处的电源信号。测量装置661的输出作为感测电流Isense而被传送至感测单元602的端子625，端子625连接至感测单元602的比较单元628的第一输入端。感测单元602包括可以向其供给参考信号Iref的输入端624，其中，该输入端624连接至比较单元628的第二输入端。参考信号Iref可以对应于电源信号的预定范围。可以从控制逻辑601和/或驱动电路606和/或微型控制器607提供参考信号Iref。
比较单元628的输出端连接至输出节点626，其被馈送至选择单元604的输入端。LUT 662可以访问选择单元604。
选择单元604向开关单元663提供选择信号，开关单元663包括驱动电路606和时间延长阵列605。
驱动电路606经由串行接口671连接至微型控制器607，并且向延迟阵列605提供开关信号。延迟阵列605包括用于对由驱动电路606供给的开关信号提供相移(延迟)的时间延长元件。
来自选择单元604的选择信号664被提供至延迟阵列605。开关单元663包括向电流源610、611、612、613、614、615提供开关信号PWM610、PWM611、PWM612、PWM613、PWM614、PWM615的六个输出端。因此，延迟阵列605被布置成对由驱动电路606提供的开关信号引入相移(即延迟)。
串行接口671可以对应于根据图2的接口204。微型控制器607包括PWM信号发生器627。作为一个选项，微型控制器607可以被布置成与控制逻辑601分离。
微型控制器607可以向控制逻辑601提供如何操作LED 616至621的驱动命令(指令)。驱动电路606可以至少部分地被布置在半导体器件的公用电路203(参加图2)上。控制逻辑601可以被布置成将微型控制器607的驱动命令变换成PWM开关信号PWM610、PWM611、PWM612、PWM613、PWM614、PWM615以借助于开关单元663来切换LED 616至621。
为了避免或减小特别由突然变化的负载状况引起的电源信号中的任何纹波，控制逻辑601利用感测单元602，感测单元602将实际的感测信号Isense与预定的参考信号Iref进行比较。因此，可以确定感测电流Isense是否在电流范围ΔIrange之外。
选择单元604由比较单元628的输出触发。在触发时，选择单元604从LUT 662请求与要对PWM信号施加的相移有关的信息。作为一个选项，LUT 662可以是被选择单元604访问的存储器或寄存器；此外，LUT 662可以被实现为选择单元604的一部分。
LUT 662可以提供针对可以被施加至开关信号PWM610、PWM611、PWM612、PWM613、PWM614、PWM615的相移的(例如，最小)集合的信息。基于该信息，选择单元604确定相移并且经由选择信号664将这些传送至延迟阵列605。
图9示出了端子431处的输入电流IIN的示例性信号序列以及用于控制驱动LED 616至621的电流源610至615的开关信号PWM610、PWM611、PWM612、PWM613、PWM614、PWM615。开关信号PWM610、PWM611、PWM612、PWM613、PWM614、PWM615可以是用于对LED 616至621进行调光的脉冲宽度调制的开关信号。
负载状况的突然变化可能导致输入电流IIN的电流纹波ΔI。基于各种纹波，可以经由感测单元661来确定电源信号的范围。在图9所示的示例中，电源信号的范围是电流范围ΔIrange。
在图9中，开关信号的不同部分901、902示出了对开关信号施加的相移。注意，可以对开关信号的不同部分901、902施加不同的相移。
控制逻辑601可以应用(例如，自适应)算法来在组622的开关信号PWM610、PWM611、PWM612中的至少两个开关信号之间以及组623的开关信号PWM613、PWM614、PWM615中的至少两个开关信号之间提供相移(特别地，至少一个相移)，以减小电源单元401的负载状况并且减小由布置603处理的电源信号中的纹波。
感测单元602在时间tsense处感测端子431处的电流。感测单元602通过将感测的电流与预定值(例如，参考电流Iref)进行比较来检测感测的电流下冲电流范围ΔIrange。
电流范围ΔIrange的下冲可能是由微型控制器607提供的命令引起的，该命令可能要求所有LED 616至621需要被同时导通。在检测到下冲时，控制逻辑601启动算法以进一步减小电源信号中的纹波。
关于部分901，开关单元663从延迟阵列605的延迟元件对组622的开关信号PWM610、PWM611、PWM612的上升沿引入相移Δt1(也称为“延迟”)。相移Δt1在时间t1之后被施加，并且其由选择单元604基于存储在LUT 662中的信息来选择。相移Δt1减小负载状况并且因此在时间t1处减小电源信号中的纹波。
关于部分902，开关单元663从延迟阵列605的不同延迟元件对组623的开关信号PWM613、PWM614、PWM615的上升沿引入相移Δt2。相移Δt2在时间t2之后被施加，并且其由选择单元604基于存储在LUT 662中的信息来选择。相移Δt2减小负载状况并且因此在时间t2处减小电源信号中的纹波。
因此，在感测电源信号时，可以在微型控制器的命令与像素单元和/或像素单元组的开关单元的开关信号之间施加相移。
当电源信号的感测值在预定范围之外时，可以存储与实际的像素单元状态有关的信息。在每个PWM调光周期，算法可以估计光源组之间的至少一个相移，特别是像素单元之间或像素单元的组合之间的至少一个相移。
利用所描述的相移有利地导致减小的硅面积量。作为另一优点，相移允许电源单元的更小的输出电容。
所描述的算法可以结合内部电荷泵一起使用，以减小升压电容并因此减小所需的硅面积。
特别地，本文中所建议的示例可以基于以下解决方案中的至少一个。特别地，可以利用以下特征的组合来达到期望的结果。可以将方法的特征与装置、设备或系统的任何特征进行组合，反之亦然。
提供了一种用于驱动若干个光源的装置，其中，所述装置被布置成：
—感测电源信号；以及
—基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。
电源信号可以是被提供至装置或装置的一部分的信号。可以使用感测单元来感测电源信号。例如，功率、电压或电流可以被感测并且被用于确定和施加相移。
作为一个选项，对若干个光源的若干个开关信号施加若干个相移。作为另一个选项，对若干个光源的若干个开关信号施加一个相移。
每个光源可以是单独的光源或者光源组。特别地，光源可以是半导体光源，例如LED或OLED。光源可以被布置成包括至少两行和两列光源的矩阵结构。
开关信号是用于控制光源的信号。开关信号可以经由由控制信号控制的电流源来被传递。该示例中的电流源可以提供用于操作光源的电流。
优点是，可以基于感测的实际电源信号来调节光源的开关信号。因此，可以确定电源信号的劣化，并且随后开关信号可以通过控制光源的开关信号来调节负载状况。在一个示例中，可以减小电源信号(电流或电压)中的纹波，这使得更稳定且更容易地处理电源信号。
装置可以是控制逻辑或者装置可以包括控制逻辑。装置可以获得用于控制若干个光源的驱动命令。
注意，开关信号可以是用于对光源进行调光的脉冲宽度调制的开关信号(PWM开关信号)。
在一个实施例中，装置被布置成
—如果感测的电源信号满足预定条件，则施加相移。
在一个实施例中，预定条件是下述中的至少一个：
—感测的电源信号达到和/或超过阈值；或者
—感测的电源信号在预定范围之外。
注意，感测的电源信号可以从上或从下达到和/或超过阈值；关于这方面，阈值可以是上限值或下限值。预定范围可以由两个阈值(上限值和下限值)来限定。
在一个实施例中，相移是下述中的至少一个：
—随机的相移；
—伪随机的相移；或者
—确定的相移。
可以以各种方式来确定相移。例如，可以引入随机的相移以使开关信号(的一部分)彼此任意地偏移。由于相移，光源或其至少一部分不会同时导通或关断。任意偏移可能是基于相移的(真实)随机性、伪随机性或甚至确定性分布的结果。伪随机性可以是由确定性的机器例如处理器或控制器生成的随机性。确定性的相移可以基于确定性的分布，确定性的分布不具有随机性，而且提供不同相移的图案。这样的确定性分布可以由存储有数字的顺序的存储器来提供，该数字的顺序可以看起来是任意的或者其可以被预先确定以引入看似任意的分布。例如，数字序列3、6、1、2、5、8可以被用作要与诸如10ms的预定时间基数相乘的基数，并且因此产生不同的相移。因此，第一相移是30ms、第二相移是60ms等。如果到达该序列最后的值(即80ms)，则下一值可以是序列中的(再次)导致30ms的相移的第一值。
在一个实施例中，对开关信号的下降沿和/或开关信号的上升沿施加相移。
在一个实施例中，装置包括用于确定感测的电源信号的感测单元。
感测单元可以包括测量装置和/或检测装置，例如分流元件或电感耦合。感测单元可以检测预定条件是否被满足。
在一个实施例中，每个光源可以包括若干个光源元件。
因此，可以对一组光源元件施加相移。每个光源元件可以是半导体光元件，例如LED或OLED。作为另一选项，对第一组光源元件施加第一相移并且对第二组光源元件施加第二相移。这相应地适用于多于两组的光源元件和多于两个的相移。
作为一个选项，光源元件的分组可以是固定的，或者其可以是变化的。特别地，光源元件的分组可以根据控制循环——例如PWM周期或预定的时间周期——而改变。
在一个实施例中，装置还被布置成：
—基于感测的电源信号对若干个光源的若干个开关信号施加若干个相移。
在一个实施例中，装置还被布置成：
—通过算法、基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。
例如，可以基于算法来调节相移，算法可以是自适应的算法。这会影响对开关信号的上升沿和/或下降沿引入的相移(即延迟)的长度。自适应的算法可以以迭代的方式进行操作以逐步减小由开关信号引起的劣化，例如纹波。感测的电源信号指示劣化。算法可以使用至少一个相移并且对开关信号施加该至少一个相移。下一个感测步骤揭示了劣化是否在预定限值例如范围内。如果不是，则算法可以进一步施加不同的相移。如果在预定限值内，则可以保持相同的相移或者可以尝试减小相移量。
因此，算法减小了由开关信号施加至电源信号的劣化。调节开关信号对负载情形产生影响，其继而可以减小电源信号的劣化。
如果满足预定条件，则算法可以终止(达到例如暂时的最终状态)。
在一个实施例中，从电源单元获得电源信号。在一些示例中，装置可以被布置成从电源单元接收电源信号。
电源单元可以是与本文所描述的装置分离的单元。作为另一选项，电源单元是装置的一部分。此外，电源单元可以包括至少一个电荷泵。
在一个实施例中，从存储器获得相移，特别地，从查找表获得相移。在一些示例中，装置可以被布置成接收来自存储器的查找表的相移。
在一个实施例中，若干个光源被布置成矩阵结构，所述矩阵结构包括至少两行和至少两列的光源。
在一个实施例中，每个光源包括至少一个半导体光源，特别地，包括至少一个LED或至少一个OLED。
在一个实施例中，装置是集成电路，特别地，该集成电路被实现为单个芯片。
此外，提供了一种照明装置，该照明装置包括：
—光源的矩阵结构，所述矩阵结构包括至少两行和至少两列的光源；以及
—半导体器件，包括
—光源驱动器矩阵，在该光源驱动器矩阵的顶部上布置有所述光源的矩阵结构；以及
—公用区域；
—其中，光源驱动器矩阵被布置成用于驱动光源，其中，光源驱动器矩阵被布置成：
—感测电源信号；以及
—基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。
在一个实施例中，公用区域包括公用电路，该公用电路被布置成与光源驱动器矩阵相邻，其中，公用电路被布置成操作光源驱动器矩阵和/或向光源驱动器矩阵供电。
注意，关于特定装置描述的特征也可以相应地应用于方法。
提供了一种用于驱动若干个光源的方法，其中，该方法包括：
—感测电源信号；以及
—基于感测的电源信号对若干个光源中的至少一个光源的开关信号施加相移。
在一个实施例中，对感测电源信号的步骤以及对开关信号施加相移的步骤进行迭代，直到满足预定条件和/或满足终止条件为止。因此，感测电源信号可以包括感测电源信号直到满足预定条件或满足终止条件，并且对开关信号施加相移包括对开关信号施加相移直到满足预定条件或满足终止条件。
如果满足预定条件，则算法可以终止(达到例如暂时的最终状态)。终止条件可以是预定数量的迭代或者所施加的相移的预定组合。
在一个实施例中，预定条件是下述中的至少一个：
—感测的电源信号达到和/或超过阈值；
—感测的电源信号在预定范围之外。
在一个实施例中，该方法还包括：
—基于感测的电源信号对若干个光源中的若干个开关信号施加若干个相移。
另外，建议了一种能够被直接载入数字处理装置的存储器中的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行本文中描述的方法的各步骤的软件代码部分。
此外，提供了一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，该计算机可执行指令能够使计算机系统执行本文中描述的方法的各步骤。
在一个或更多个示例中，本文所描述的功能可以至少部分地以硬件如特定的硬件部件或处理器来实现。更一般地，技术可以以硬件、处理器、软件、固件或其任意组合来实现。如果以软件来实现，则功能可以被存储在计算机可读介质上或者作为一个或更多个指令或代码而在计算机可读介质上被传送，并且由基于硬件的处理单元来执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质或通信介质，计算机可读存储介质对应于有形介质如数据存储介质，通信介质包括便利于例如根据通信协议将计算机程序从一个位置传输至另一个位置的任何介质。以这种方式，计算机可读介质通常可以对应于(1)非暂态的有形计算机可读存储介质或(2)诸如信号或载波这样的通信介质。数据存储介质可以是可以由一个或更多个计算机或一个或更多个处理器访问以取回指令、代码和/或数据结构来实现本公开中描述的技术的任何可用介质。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。
作为示例而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置、闪存、或可以用于存储指令或数据结构形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。此外，任何连接都被恰当地称为计算机可读介质，即计算机可读传输介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源发送指令，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(如红外线、无线电和微波)被包括在介质的定义中。然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他暂态介质，而是涉及非暂态的有形存储介质。本文中使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中，盘(disk)通常磁性地再现数据，而碟(disc)用激光在光学上再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。
指令可以由一个或更多个处理器来执行，例如一个或更多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成的或分立的逻辑电路。因此，本文中使用的术语“处理器”可以指前述结构中的任意结构或适合于实现本文所描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面中，本文所描述的功能可以设置在被配置成编码和解码的专用硬件和/或软件模块中，或者可以合并在组合的编解码器中。此外，可以以一个或更多个电路或逻辑元件来完全实现技术。
本公开的技术可以以各种装置或设备——包括无线手持机、集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)——来实现。在本公开中描述了各种部件、模块或单元来强调被配置成执行所公开的技术的装置的各功能方面，但是不必要求由不同的硬件单元来实现。相反，如上所述，各种单元可以被组合在单个硬件单元中或由彼此协作的硬件单元——包括如上所述的一个或更多个处理器——的集合结合合适的软件和/或固件来提供。
虽然已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对本领域技术人员而言将明显的是，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出实现本发明的一些优点的各种改变和修改。对本领域技术人员而言将显而易见的是，可以适当地替换执行相同功能的其他部件。应当提及，可以将参照特定图说明的特征与其他图的特征进行组合，甚至在这并没有被明确提及的情况下也是如此。此外，本发明的方法可以以使用适当处理器指令的所有软件实现方式、或者以利用硬件逻辑和软件逻辑的组合来实现相同结果的混合实现方式来实现。对发明构思的这种修改旨在被所附的权利要求覆盖。

Claims (24)

1.一种用于驱动若干个光源的装置，其中，所述装置包括：
—开关单元，其被配置成递送开关信号以基于由接收自电源单元的电源信号递送的能量而驱动所述若干个光源中的至少一个光源，以及
—感测单元，其被配置成感测所述电源信号，
其中，所述开关单元包括延迟元件，所述延迟元件被配置成基于所感测的电源信号而对所述若干个光源中的所述至少一个光源的开关信号施加相移。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述延迟元件被配置成：
—如果所感测的电源信号满足预定条件，则向所述开关信号施加所述相移。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述预定条件包括下述条件中的至少一个：
—所感测的电源信号达到或超过阈值；或者
—所感测的电源信号在由上限值和下限值所限定的预定范围之外，其中所述阈值等于所述上限值或所述下限值。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述相移包括下述中的至少一个：
—随机的相移；
—伪随机的相移；或者
—确定的相移。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述延迟元件被配置成通过至少对所述开关信号的下降沿或所述开关信号的上升沿施加相移来施加所述相移。
6.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述感测单元还被配置成确定所感测的电源信号是否在由上限值和下限值所限定的预定范围之外，
其中，所述延迟元件被配置成基于所述感测单元确定所感测的电源信号在所述预定范围之外而向所述开关信号施加所述相移。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个光源包括若干个光源元件。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述开关单元包括若干延迟元件，所述若干延迟元件被配置成基于所感测的电源信号对所述若干个光源的若干个开关信号施加若干个相移。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述延迟元件被配置成经由算法、基于所感测的电源信号对所述若干个光源中的所述至少一个光源的开关信号施加所述相移。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测单元还被配置成从所述电源单元接收所述电源信号。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述开关单元还被配置成从存储器的查找表接收所述相移。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述若干个光源被布置成矩阵结构，所述矩阵结构包括至少两行和至少两列的光源。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述若干个光源中的每个光源包括至少一个半导体光源。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个半导体光源是至少一个发光二极管LED或至少一个有机发光二极管OLED。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括集成电路。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述集成电路被实现为单个芯片，其中，所述单个芯片包括所述开关单元和所述感测单元。
17.一种照明装置，包括：
—光源的矩阵结构，所述矩阵结构包括至少两行和至少两列的光源；以及
—半导体器件，包括
—光源驱动器矩阵，在所述光源驱动器矩阵的顶部上布置有所述光源的矩阵结构，以及
—公用区域；
其中，所述光源驱动器矩阵被配置成驱动所述光源，其中，所述光源驱动器矩阵包括：
—开关单元，其被配置成递送开关信号以基于由接收自电源单元的电源信号递送的能量而驱动所述光源中的至少一个光源，以及
—感测单元，其被配置成感测所述电源信号，
其中，所述开关单元包括延迟元件，所述延迟元件被配置成基于所感测的电源信号对所述光源中的所述至少一个光源的开关信号施加相移。
18.根据权利要求17所述的照明装置，其中，所述公用区域包括公用电路，所述公用电路被布置成与所述光源驱动器矩阵相邻，其中，所述公用电路被配置成操作所述光源驱动器矩阵或向所述光源驱动器矩阵供电。
19.一种用于驱动若干个光源的方法，所述方法包括：
—递送开关信号以基于由接收自电源单元的电源信号递送的能量而驱动所述若干个光源中的至少一个光源；
—感测所述电源信号；以及
—基于所感测的电源信号对所述若干个光源中的所述至少一个光源的开关信号施加相移。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括对感测所述电源信号的步骤以及对所述开关信号施加相移的步骤进行迭代，直到满足预定条件或满足终止条件。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括确定所述电源信号在由上限值和下限值所限定的预定范围之外，
其中，施加所述相移包括响应于确定所感测的电源信号在所述预定范围之外而将所述相移施加至所述开关信号。
22.根据权利要求19所述的方法，还包括基于所感测的电源信号对所述若干个光源的若干个开关信号施加若干个相移。
23.一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令能够使计算机系统执行根据权利要求19所述的方法的各步骤。
24.一种用于驱动若干个光源的装置，所述装置包括：
—用于递送开关信号以基于由接收自电源单元的电源信号递送的能量而驱动所述若干个光源中的至少一个光源的装置；
—用于感测所述电源信号的装置；以及
—用于基于所感测的电源信号对所述若干个光源中的所述至少一个光源的开关信号施加相移的装置。
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