CN108476570A - 多led串调光控制 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种集成电路装置，其经配置以驱动多个发光二极管LED串。所述装置包含切换模式电力供应器控制电路，其经配置以产生初级功率晶体管控制信号及次级功率晶体管控制信号且接收至少一个电流感测信号及输出电压感测信号。所述装置还包含：输出比较电路，其经配置以产生多个脉宽调制信号；及逻辑电路，其经配置以产生用于选择参考电压及用于激活吸收器模式的信号。用于激活吸收器模式的所述信号与所述次级功率晶体管控制信号共享。所述逻辑电路与所述输出比较模块同步。

Description

多LED串调光控制
相关专利申请案
本申请案主张2016年4月7日申请的共同拥有的第62/319,494号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及LED技术，且特定来说，本发明涉及多LED串调光控制。
背景技术
LED具有不同应用，其包含用于汽车应用中。可从单个输出电力列执行多个LED串的驱动。在此类情况中，可通过脉宽调制(PWM)来驱动所述串。可调节电流以产生适当LED照明。可以称为调光周期的循环方式驱动所述串。LED可用于汽车内以照亮显示器、驾驶室、昼行灯或汽车的其它外部或内部部分。
发明内容
本发明的实施例包含集成电路装置，其经配置以驱动多个LED串。所述装置可包含切换模式电力供应器(SMPS)控制电路，其经配置以产生初级电力晶体管控制信号及次级电力晶体管控制信号且接收至少一个电流感测信号及输出电压感测信号。结合上述实施例中的任何者，所述装置可包含输出比较电路，其经配置以产生多个脉宽调制信号。结合上述实施例中的任何者，所述装置可包含逻辑电路，其经配置以产生用于选择参考电压及用于激活吸收器模式的信号。结合上述实施例中的任何者，用于激活吸收器模式的所述信号经配置以与所述次级电力晶体管控制信号共享。结合上述实施例中的任何者，所述逻辑电路经配置以与所述输出比较模块同步。结合上述实施例中的任何者，用于激活吸收器模式的所述信号盖写所述次级电力晶体管控制信号。结合上述实施例中的任何者，所述装置可包含数/模转换器，其经配置以接收用于选择所述参考电压的信号。结合上述实施例中的任何者，所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级电力晶体管控制信号及所述次级电力晶体管控制信号以在所述LED串的调光周期的部分(其中切断所述LED串)期间重新定位电压。结合上述实施例中的任何者，所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级电力晶体管控制信号及所述次级电力晶体管控制信号以在所述LED串的调光周期的部分(其中切断所述LED串)期间将电压重新定位到与待激活的下一LED串的电压匹配的电压电平。结合上述实施例中的任何者，所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级电力晶体管控制信号及所述次级电力晶体管控制信号以在所述LED串的调光周期的部分(其中切断所述LED串)期间吸收电压以将输出电压降低到与待激活的下一LED串的电压匹配的电压电平。结合上述实施例中的任何者，所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级电力晶体管控制信号及所述次级电力晶体管控制信号以在所述LED串的调光周期的部分(其中基于逻辑电路来切断所述LED串)期间吸收或重新定位输出电压。结合上述实施例中的任何者，所述逻辑电路经进一步配置以从过保护电压值及候选LED串电压值交替地选择所述参考电压，所述候选LED串电压值对应于待在调光周期期间被供电的下一LED串电压。结合上述实施例中的任何者，在调光周期期间，所述逻辑电路经进一步配置以从过保护电压值及多个LED串电压交替地选择所述参考电压。
本发明的实施例可包含用于驱动多个LED串的系统。所述系统可包含上述集成电路装置中的任何者的内容。结合上述实施例中的任何者，所述系统可包含与所述SMPS控制电路耦合的SMPS电路，所述SMPS电路包括将与所述SMPS电路的输出电压连接的分路电阻器与接地耦合的初级场效应晶体管及次级场效应晶体管。结合上述实施例中的任何者，所述系统可包含与所述SMPS电路的输出端耦合的多个LED串。结合上述实施例中的任何者，所述系统可包含各自与所述LED串中的一者相关联且由所述多个脉宽调制信号中的一者控制的场效应晶体管。
本发明的实施例可包含由上述集成电路装置或系统执行的方法，其步骤包含所描述实施例的操作。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的用于执行多LED串调光控制的系统的说明图；
图2说明根据本发明的实施例的供应器的部分的更详细视图；
图3说明根据本发明的实施例的捕获比较双模块(CCD)电路及操控位的更详细视图；
图4说明根据本发明的实施例的吸收器逻辑及电压参考选择逻辑的更详细视图；及
图5说明根据本发明的实施例的电路的各种信号的时序图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的用于执行多LED串调光控制的系统100的说明图。在一个实施例中，系统100可利用输出电压及电流的精确时序及控制来执行调光控制。
系统100可解决驱动多个LED串106的时序要求。需要根据严格界定的时序要求来控制驱动LED串106的开启/结束时间。在一些情况中，基于固件的时序可能不足以满足LEDPMW电流精度要求。基于硬件的时序(下文将更详细讨论)可解决此问题。此外，系统100可管理不同LED串的电流调节，其中每一串需要明显不同于其它串的电压量。由于中断驱动方案的时序变动，因此系统100可实施控制LED脉冲的同步方案。当在不同LED串之间切换(通常伴有巨大正向电压差异)时，系统100可在不存在尾电流的情况下执行快速响应电流调节。
系统100可经配置以针对LED 106设置其电力列输出电压，LED 106在驱动电流使LED通电之前被预先定位到LED正向电压的电平。就同步系统及异步系统来说，这可以不同方式完成。为向上重新定位输出电压，同步及异步切换电力供应器可停用次级驱动且使初级驱动脉动以对转换器增加能量而增大输出电压，直到达到所要电平。如果需要向下重新定位输出电压，那么同步电力供应器可使次级驱动脉动。第2013/0119875号美国专利公开申请案中详述此类方法，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。异步电力供应器可通过停用初级驱动且使输出端处的负载脉动以使输出电容放电直到实现所要输出电压来向下重新定位输出电压。当控制从电压调节(输出电压定位)转变到电流调节(LED通电)时，如果开路负载故障，那么输出控制需要输出过电压保护的机制。系统100可提供此机制。
在一个实施例中，系统100可经配置以利用与精确输出比较时序的同步化来控制多个LED串。在另一实施例中，系统100可经配置以执行吸收控制来使输出电容放电。在又一实施例中，系统100可经配置以执行电压参考控制来从电压调节设置点切换到过电压故障保护设置点。
系统100可包含能够调节电压或电流的闭合回路切换模式电力供应器。系统100可包含控制器102，其可使用精确比较模块时序来使LED串106之间的切换与电压调节与电流调节之间的切换同步且使用吸收控制来使输出电容放电。来自控制器102的分离独立控制输出可确定何种LED串106在调光周期期间传导电流。每一LED串106可调光周期内具有不同正向电压，但控制器102仍可将每一串调节到相同或不同电流电平。控制器102可经配置以在每一LED串106的正向传导周期之间重新定位输出电压，使得当使下一LED串106通电时，电压处于有助于平滑电流转变的调节电平。这可产生对LED调光电流的阻断且防止过冲及尾电流。电流过冲及尾电流可导致LED加热增加、使用期限缩短，且引起色彩偏移。控制器102可在同步模式及异步模式两者中实现输出电压重新定位。此外，控制器102可以同步方式执行各种LED串106的电压调节设置点(其用于重新定位LED正向传导时间之间的输出电压)与过电压保护设置点(其用于调节通过传导LED串的电流时)之间的自动切换。
可通过使用同步驱动输出来实现异步输出电压重新定位，所述同步驱动输出在异步调光操作期间经重新配置以在串之间的切断时间期间驱动将负载(例如电阻器)连接到控制器102的输出端的开关。因此，负载电阻器可耗散来自输出电容的能量。这可构成将输出电压从较高电平改变到较低电平电压时的调光周期的电压调节部分。
控制器102可使用精确比较时序以通过如下文所展示的可配置参数来根据期望触发多个输出的切换、触发电压调节设置点的改变及触发吸收器输出。
可以任何适合方式实施控制器102。可通过模拟电路、数字电路、用于由处理器执行的存储器上的指令或其任何适合组合来实施控制器102。
在图1中，控制器102可经布置为异步返驰多LED串配置。图1的实例中展示三个LED串106。然而，可使用任何适合数目及种类的LED串106。此外，LED串106中的每一者可包含表现为(例如)不同数目个LED的不同负载。因此，LED串106中的每一者可具有不同正向电压。可使用来自控制器102的输出端的对应开关来切换每一LED串。此外，控制器102可通过驱动器电路104来连接到LED 106。根据本发明的教示，驱动器电路104可包含用于对LED 106提供电力的任何适合模拟或数字电路。
控制器102可包含电压的输入端子。控制器102可包含到电路104中的MOS FET开关的输出端子PDRV。控制器102可包含用于感测初级电流的Ip输入端子。控制器102可包含用于感测次级电流的Isn输入端子。控制器102可包含Isp端子作为Isn端子的对应差动。控制器102可包含例如SDRV/ABS的次级驱动端子。此端子对初级驱动端子PDRV来说可为次级的。在同步返驰配置中，此驱动可驱动FET。然而，在一个实施例中，SDRV/ABS可经配置以执行控制器102的吸收器功能。输出容量可被放电到控制器102尝试调节或实现的输出电压电平。例如，当在给定LED串到另一LED串之间切换时，如果另一LED串具有比第一LED串低的正向电压，那么可通过SDRS/ABS及其连接电路来吸收超额电压以降低电压。控制器102可包含用于接收电压反馈以感测输出电压的Vs输入端。在一些情况中，Vs能够接收反馈电流。控制器102可包含双捕获比较电路(CCD)。CCD电路可经配置以接收经捕获及经比较的输入数据且产生表示比较的输出的输出数据。CCD电路可用于时序及控制。例如，当所要时序与目前定时器值匹配时，可根据CCD电路及系统100的配置及根据特定应用的PWM要求来门控输出。在图1中，控制器102可包含用于CCD电路输出的输出引脚SW1到SW4。这些可经连接以实现各种LED串106上的切换。
图2说明根据本发明的实施例的控制器102的部分的更详细视图。特定来说，图2说明CCD电路或模块及操控位202、ABSR(吸收器)逻辑204及VREF(电压参考)选择逻辑206。CCD电路可从输出端接收反馈且可以其它方式经配置以在CCD电路内部的定时器达到特定时间间隔时根据PWM方案来产生时序信号。所述信号可被输出到其余操控位及输出到ABSR逻辑204上。ABSR逻辑204可驱动控制器102的SDRV/ABS端子的输出。CCD电路输出的版本(例如反相信号)可被发出到VREF选择逻辑206，VREF选择逻辑206可经配置以选择将由控制器102使用的电压参考。此选择可允许控制器102根据对LED串106的特定者供电的需要来执行升高或降低电压。
图3说明根据本发明的实施例的CCD电路及操控位202的更详细视图。这些可为使控制器102执行针对多个LED串106的多输出控制的初始建构块或引擎。CCD电路可允许独立控制多个通用输入/输出(GPIO)端口。例如，GPIO端口中的每一者可经配置为输出端且可用于控制LED串106中的开关SW1到SW3。可根据PWM方案来执行控制以在对应工作周期内将适当调光周期给予LED串106中的各种SW1到SW3。此外，在一个实施例中，CCD电路输出可用于识别是否已进行比较以作为用于控制此初始块的下游的功能的触发机制。每当满足时序条件(例如，达到特定时间段)时，可产生CCD输出。此外，可根据与CCD输入的比较来产生CCD输出。可使用在AND门中与CCD输出比较的寄存器值来启用或停用CCD电路的特定输出。
图4说明根据本发明的实施例的吸收器逻辑204及电压参考选择逻辑206的更详细视图。
在控制器102中，SDRV/ABS端子可为次级驱动器输出端且因此为共享驱动器及输出引脚。可提供SYNCHDIS(同步停用)位。当清除此位时，次级驱动器仅可用作同步次级驱动器。在此模式中，可不存在吸收器功能。当设置SYNCHDIS位且清除CCD比较输出时，同步次级驱动器经启用以操作为ABSORBER功能。在ABSORBER模式中，驱动器控制横跨输出对负载施加PWM的开关。此脉冲负载从放电输出电容吸收能量以降低输出电压。
类似于同步次级驱动器，PWM可由模拟控制回路控制。通常可在向下重新定位输出电压时使用ABSORBER功能。此情况可出现于从较高正向电压LED串改变到较低正向电压LED串以因此将较低正向电压LED串的目标设置为输出电压调节设置点电平时。因此，调光周期的电压调节部分仅发生于清除CCD输出且未设置CCD操控输出中的任何者时。在调光周期的此部分中，可不使LED串106中的任何者通电。
当设置CCD输出且设置SYNCHDIS位时，可停用ABSORBER功能。在此情况中，可使LED串106中的一或多者通电。
系统100可经配置以使用VREF选择逻辑206来从一个电压调节设置点自动切换到另一电压调节设置点。这可为具有多个串的LED调光在调节电压及电流时的优点。可提供CCDOVRFEN位以允许CCD输出在两个或两个以上值之间切换电压调节设置点。例如，两个值可经存储于8位寄存器中。当清除CCD输出时，可不使LED串通电，这意味着调光周期是在周期的电压定位部分中。当CCD输出变得被设置时，202中的CCD操控位可连接所要串。这可进一步触发使电压调节设置点移动到值的改变，其在发生开路负载故障时充分提供过电压保护。这可提供开路故障保护且允许电流调节回路实施控制。
可通过将电压值存储于8位锁存器(例如OVREFCON及CCDOVRFCON)中来完成电压值的切换。这些可根据CCDOVRFEN的AND运算及CCD输出的反相来进行多路复用。可由OVREF数/模转换器输出数字结果。当驱动电流时，存在高于LED串106的正向电压的电压调节。使用另一逻辑来接入的OVREFCON可为任何串的最大电压电位。CCDOVERFCON可表示将实现的实际电压，其中电压被提升或下降。CCDOVERFCON的特定值可取决于将使用的LED串106中的特定一者。在LED串106未被供电的时期期间，可接入LED串106中的下一者的CCDOVERFCON的校正值。
图4中的真值表中提供逻辑状态细节。
PWM控制逻辑可包含针对过电压值及欠电压值两者的输入电压保护。如果超过此类限制，那么控制逻辑可停用次级驱动或吸收。可使一或多个此类保护与次级驱动的其它组件一起通过AND门。
图5说明根据本发明的实施例的电路的各种信号的时序图。
可在给定单个周期内以后续方式使SW1到SW3的各种者启用CCD控制GPIO开关。此每一启用信号的宽度可反映用于LED串106的若干者的PWM供电的工作周期。
开关输入项上方展示对应输出电流。输出电流可根据针对此每一LED串106所产生的电流来变动且可由重新定位电压及相应LED串106的元件指定。
输出电压可在不同LED串106之间变动。由于每一串包含更多LED，因此图1的实例中的每一LED串106所需的电压可比先前串逐渐升高。据此，在给定周期期间，输出电压可随着与SW1相关联的LED串106被启用而升高，接着启用与SW2相关联的LED串106，且接着启用与SW3相关联的LED串106。在LED串106中的每一者的供电之间，输出电压可在电压重新定位到下一电平期间升高。随着LED串106的下一者被供电，可将此类所要输出电压加载到图4的锁存器中。当已在给定周期内对LED串的最后者供电且输出电压将下降到与SW1相关联的LED串106所需的电压值时，可吸收电压。
当CCD不输出且设置CCDOVERREFEN时，可执行每一电压重新定位及吸收时期。

Claims (21)

1.一种集成电路装置，其经配置以驱动多个发光二极管LED串，所述装置包括：
切换模式电力供应器SMPS控制电路，其经配置以产生初级功率晶体管控制信号及次级功率晶体管控制信号且接收至少一个电流感测信号及输出电压感测信号；
输出比较电路，其经配置以产生多个脉宽调制信号；及
逻辑电路，其经配置以产生用于选择参考电压及用于激活吸收器模式的数个信号；
其中：
用于激活吸收器模式的所述信号经配置以与所述次级功率晶体管控制信号共享；及
所述逻辑电路经配置以与所述输出比较模块同步。
2.根据权利要求1或3到10中任一权利要求所述的集成电路装置，其中用于激活吸收器模式的所述信号盖写所述次级功率晶体管控制信号。
3.根据权利要求1到2或4到10中任一权利要求所述的集成电路装置，其进一步包括经配置以接收用于选择所述参考电压的所述信号的数/模转换器。
4.根据权利要求1到3或5到10中任一权利要求所述的集成电路装置，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间重新定位电压。
5.根据权利要求1到4或6到10中任一权利要求所述的集成电路装置，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间将电压重新定位到与待激活的下一LED串的电压匹配的电压电平。
6.根据权利要求1到5或7到10中任一权利要求所述的集成电路装置，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间吸收电压以将输出电压降低到与待激活的下一LED串的电压匹配的电压电平。
7.根据权利要求1到6或8到10中任一权利要求所述的集成电路装置，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中基于所述逻辑电路来切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间吸收或重新定位输出电压。
8.根据权利要求1到7或9到10中任一权利要求所述的集成电路装置，其中所述逻辑电路经进一步配置以从过保护电压值及候选LED串电压值交替地选择所述参考电压，所述候选LED串电压值对应于待在调光周期期间被供电的下一LED串电压。
9.根据权利要求1到8或10中任一权利要求所述的集成电路装置，其中在调光周期期间，所述逻辑电路经进一步配置以从过保护电压值及多个LED串电压交替地选择所述参考电压。
10.一种系统，其经配置以驱动多个LED串，所述系统包括：
SMPS控制电路，其经配置以产生初级功率晶体管控制信号及次级功率晶体管控制信号且接收至少一个电流感测信号及输出电压感测信号；
输出比较电路，其经配置以产生多个脉宽调制信号；及
逻辑电路，其经配置以产生用于选择参考电压及用于激活吸收器模式的数个信号；
其中：
用于激活吸收器模式的所述信号经配置以与所述次级功率晶体管控制信号共享；及
所述逻辑电路经配置以与所述输出比较模块同步。
11.根据权利要求10或12到20中任一权利要求所述的系统，其中用于激活吸收器模式的所述信号盖写所述次级功率晶体管控制信号。
12.根据权利要求10到11或13到20中任一权利要求所述的系统，其进一步包括经配置以接收用于选择所述参考电压的所述信号的数/模转换器。
13.根据权利要求10到12或14到20中任一权利要求所述的系统，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间重新定位电压。
14.根据权利要求10到13或15到20中任一权利要求所述的系统，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间将电压重新定位到与待激活的下一LED串的电压匹配的电压电平。
15.根据权利要求10到14或16到20中任一权利要求所述的系统，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间吸收电压以将输出电压降低到与待激活的下一LED串的电压匹配的电压电平。
16.根据权利要求10到15或17到20中任一权利要求所述的系统，其中所述SMPS控制电路经进一步配置以产生所述初级功率晶体管控制信号及所述次级功率晶体管控制信号以在其中基于所述逻辑电路来切断所述LED串的所述LED串的调光周期的部分期间吸收或重新定位输出电压。
17.根据权利要求10到16或18到20中任一权利要求所述的系统，其中所述逻辑电路经进一步配置以从过保护电压值及候选LED串电压值交替地选择所述参考电压，所述候选LED串电压值对应于待在调光周期期间被供电的下一LED串电压。
18.根据权利要求10到17或19到20中任一权利要求所述的系统，其中在调光周期期间，所述逻辑电路经进一步配置以从过保护电压值及多个LED串电压交替地选择所述参考电压。
19.根据权利要求10到18或20中任一权利要求所述的系统，其进一步包括：
SMPS电路，其与所述SMPS控制电路耦合，所述SMPS电路包括将与所述SMPS电路的输出电压连接的分路电阻器与接地耦合的初级场效晶体管及次级场效晶体管；及
多个LED串，其与所述SMPS电路的输出端耦合。
20.根据权利要求10到19中任一权利要求所述的系统，其进一步包括各自与所述LED串中的一者相关联且由所述多个脉宽调制信号中的一者控制的多个场效晶体管。
21.一种方法，其包括操作根据权利要求1到20所述的系统或集成电路装置中的任一者的步骤。
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