CN110267387A - 二极管控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及二极管控制装置。提供一种二极管控制装置，包括：施加第一电源电压的第一端子；施加第二电源电压的第二端子；在第三端子上施加电压的电路，所述电路将连接到所述二极管的阳极，所述第三端子连接到所述电路的第一输入端子；所述电路的第二输入端子；以及电阻器，被耦合在所述第二端子和第四端子之间，所述电阻器将连接到所述二极管的阴极，所述第四端子耦合到所述电路的第三输入端子。

Description

二极管控制装置

本申请是申请日为2016年4月18日、申请号为201610243961.4、发明名称为“二极管控制装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开内容总地涉及电子电路，并且更具体地涉及用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的装置。

背景技术

用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的装置一般包括电流源，该电流源根据所需的光强度来强加流过二极管的电流的强度。

特定系统还包括对跨二极管所施加的电压的调节，以使跨电流源的电压降最小化。然而，存在由于与二极管串联的电流源所造成的显著能量损耗。

因而需要改善二极管控制装置的能量性能。

发明内容

因而，实施例提供改善用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的装置的电功耗。

更具体地，一个实施例提供一种二极管控制装置，包括：

施加第一电源电压的第一端子；

施加第二电源电压的第二端子；

在第三端子上施加电压的电路，所述电路将连接到所述二极管的阳极，所述第三端子连接到所述电路的第一输入端子；

所述电路的第二输入端子；以及

电阻器，被耦合在所述第二端子和第四端子之间，所述电阻器将连接到所述二极管的阴极，所述第四端子耦合到所述电路的第三输入端子。

根据一个实施例，由所述电路在所述第三端子上提供的电压取决于所述电路的第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子上存在的信号。

根据一个实施例，所述电路包括：

用于产生所述第三端子上的所述电压的电路，包括将接收信号的第一输入端子和连接到所述电路的所述第一输入端子的第二输入端子；

比较器，具有连接到所述第三输入端子的第一输入且具有连接到所述第二输入端子的第二输入；以及

加法器，具有连接到所述比较器的输出的第一输入且具有连接到施加电压的端子的第二输入，所述加法器的输出连接到用于产生所述电压的所述电路的所述第一输入端子。

根据一个实施例：

如果施加到比较器的第二输入的第一电压具有小于或等于零的值，则电压产生电路在二极管的阳极上施加第二电压，所述第二电压具有等于施加到所述加法器的所述第二输入端子的电压的值；

如果所述第一电压具有正值，则所述电压产生电路在二极管的阳极上施加具有等于所述比较器的输出电压的值和所述第二电压的值之和的值的电压。

根据一个实施例，施加在比较器的第二输入端子上的电压具有比二极管的导通阈值小的正值。

实施例提供一种系统，包括：

二极管控制装置；以及

二极管。

根据一个实施例，所述二极管为激光二极管。

根据一个实施例，所述二极管为发光二极管。

实施例提供一种二极管控制方法，包括以下步骤：

a)根据控制电压的值，在所述二极管的阳极上施加第一电压；

b)在所述二极管的阴极上施加第二电压，所述第二电压具有作为流过所述二极管的电流的值与耦合在所述二极管的所述阴极和接地之间的电阻器的值的乘积的值。

根据一个实施例，所述第一电压的值的设置包括以下步骤：

c)将第三电压初始化为小于或等于所述二极管的导通阈值的正值；

d)估计所述控制电压的值；

e)如果所述控制电压的值小于或等于零，则将第四电压的值设置为零值；

f)如果所述控制电压的值为正，则将所述第四电压的值设置为正值；

g)将第五电压的值设置为所述第四电压和所述第三电压的值之和；

h)将所述第一电压的值设置为所述第五电压的值的倍数。

在以下结合附图对具体实施例的非限制性描述中将详细地讨论前述以及其它特征和优势。

附图说明

图1示出了用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的通常装置的一个示例；

图2示出了用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的通常装置的另一个示例；

图3示出了用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的装置的另一实施例；

图4示出了图3的控制装置的电路的实施例；以及

图5图示了用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的方法的另一实施例。

具体实施方式

在不同附图中，相同的元件用相同的参考标号来标示。为清楚起见，仅示出和详细说明了那些有助于理解所述实施例的元件。具体地，升压DC/DC转换器的功能未详细说明，所述实施例与通常的转换器可兼容。

除非另外指出，否则表述“大致”、“基本上”和“在量级上”是指在10％以内，优选地在5％以内。

图1示出了用于控制二极管的光强度的装置的通常示例。该装置包括降压-升压DC/DC转换器(降压-升压DC-DC转换器)101、二极管102、NMOS晶体管103和电阻器104，它们串联在施加电源电压VCC的第一端子106与地连接端子108之间。晶体管103的栅极耦合到操作为比较器的差分放大器105的输出，该比较器的反向输入耦合到晶体管103的源极和电阻器104的未接地的端子。比较器105的非反向输入连接到施加控制电压VCOM’的端子107。

晶体管103通过在其栅极上施加比较器105的输出电压而操作为压控电流源。流过晶体管的电流由于电阻器104而转换成处于其源极电平处的电压。该电压然后与控制电压VCOM’比较。比较器105的输出电压根据比较结果而调整。

此外，为了保持二极管102导通，转换器101在二极管102的阳极上强加电压，使得跨二极管的电压大于二极管的导通阈值。转换器101的功能在于独立于电源电压的可能的波动来维持该电压。

该装置的缺陷是电功耗。

第一个原因是，使得由转换器101施加在二极管102的阳极上的目标电压与电流调节不相关。由转换器101调节的该目标电压根据所使用的二极管的类型来限定。然而，必需提供冗余来确保跨二极管102施加的电压足以保持二极管102导通，而与制造容限和装置的操作条件例如温度变化无关。该冗余导致在DC/DC转换器101的级别上的附加功耗。

电功耗的第二个原因是，存在与二极管102串联的电流源(晶体管103)。

图2示出了用于控制二极管的光强度的通常装置的另一个示例。

与图1的装置相比，图2的装置包括用于控制二极管中的电流的电路(电流驱动器)，其替换图1的由差分放大器105、晶体管103和电阻器104形成的组件。控制电路203一方面耦合在二极管102的阴极与地施加端子108之间，另一方面连接到降压-升压DC/DC转换器101。控制电路203还包括施加控制电压VCOM’的端子207。

电路203根据控制电压VCOM’经由内部电流源203’在二极管102中强加电流。与图1的装置的区别在于，存在于转换器101与电路203之间的反馈回路使得能够确保跨二极管102施加最小电压来使二极管102导通，而与制造容限和操作条件无关。这样的装置因而使得能够去掉在图1的装置情况中提供的必要冗余。这带来对于由转换器101导致的电功耗的改善。然而，在控制电路203中存在的与二极管102串联的电流源203’成为能量损耗的显著来源。根据下述的实施例，提供去掉与二极管串联的电流源。

图3示出了用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的装置的另一实施例。

该装置包括二极管102和电阻器104，它们串联在电压VANODE施加电路301在二极管的阳极上的输出端子306与地连接端子108之间。电路301还包括耦合到二极管102的阴极的输入端子310、耦合到二极管102的阳极的输入端子308、向其施加有控制电压VCOM的输入端子307以及施加电源电压VCC的端子106。电路301本身包括未在这里详细说明的DC/DC转换器。

电路301根据设置点VCOM在二极管102的阳极上强加电压VANODE来控制流过二极管102的电流。该施加在二极管的阳极上的电压由两个反馈回路来调节。

当设置点VCOM具有小于或等于零的值时，在将二极管102的阳极耦合到电路301的端子308的第一回路中，电路301跨二极管提供小于或等于二极管的导通阈值的正电压VPRESET。

当设置点VCOM具有正值时，在将二极管102的阴极耦合到电路301的端子310的第二回路中，电路301将跨电阻器104所施加的电压与控制设置点相比较并因此将施加在二极管的阳极上的电压调整为大于电压VPRESET的值。在由输入端子310采样的电流的误差内，跨电阻器104所施加的电压的值由电阻器104的值R与流过二极管的电流I的值的乘积来得到。根据连接到端子310的输入级的性质，该误差可以为零。该第二回路因而根据电压VCOM控制流过二极管102的电流。

因而形成了不使用与二极管串联的电流源的、用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的装置，其使得能够在功耗上获益。

图4示出了图3的施加电压VANODE的电路301的实施例。

电路301包括用于在二极管102的阳极上生成电压VANODE的电路421(降压-升压DC-DC转换器)，该电路421包括接收信号VCTRL的输入端子401和将连接到二极管的阳极的另一输入端子(与端子308相当)。电路301还包括比较器422，比较器422在将连接到二极管102的阴极的端子310(与端子311相当)与电路421的输入端子401之间。比较器422的输入端子405连接到在二极管的阴极上施加电压VSENSE的端子310。比较器的另一输入端子404连接到施加控制电压VCOM的端子307。电路301还包括加法器423，该加法器423具有连接到比较器422的输出的输入端子403(电压VERROR)并且具有连接到施加第二控制电压VPRESET的端子的另一输入端子402。加法器423的输出连接到电路421的输入端子401。此外，如在图3的情况中那样，包括在电路421中的DC/DC转换器的形成没有详细说明。

图5示出描述图4的装置的操作的方法的不同步骤。

在第一步骤S1处，将施加到加法器423的输入端子402的电压VPRESET初始化为小于或等于二极管102的导通阈值(VTHERSHOLD)的正值。在第二步骤S2处，估计施加到与比较器422的输入端子404相当的端子307的电压VCOM。如果其值小于或等于零(块S2的输出Y)，则比较器422的电压VERROR在第三步骤S3处取值为零。如果否(块S2的输出N)，则比较器422的输出电压VERROR在第四步骤S4处取值为比较器422的电压增益值与电压VCOM和电压VSENSE之间差值的乘积。在包括正电源端子VCC和接地端子的一个实施例中，电压VERROR将为正。在第五步骤S5处，加法器423的输出电压VCTRL取值为电压VPRESET和VERROR之和。在第六步骤S6处，电路421根据电压VCTRL的值而在二极管的阳极上施加电压VANODE。该功能是与电路421的输出端子306和输入端子VCTRL之间的增益Gv的乘积。因而，VANODE＝Gv×VCTRL。根据应用的需要，增益Gv大于或等于1。在第七步骤S7处，这导致在二极管的阳极上的电压VANODE的施加(VANODE在二极管的阳极上的施加)，并且在第八步骤S8处，在电压VANODE在二极管的阴极上的施加(R×I在二极管的阴极上的施加)中，使得值等于电阻器104的值R与流过二极管的电流I的乘积。然后返回到第二步骤S2，用于处理新电压值VCOM。

因而形成了没有使用与二极管串联的电流源的、用于控制激光二极管或发光二极管的光强度的方法和装置，这使得能够在功耗上获益。应注意，图5的方法也适用于图3所述的装置的操作。

已经描述了具体实施例。本领域技术人员将想到各种更改、修改和改进。具体地，电压VPRESET的值例如将根据对二极管的激活或去激活的约束或者任何其它与系统相关联的约束来确定。此外，本领域技术人员将根据例如二极管的类型、电源类型或与目标应用的需要相关联的任何其它约束来选择DC/DC转换器的结构。已经通过参照正电源电压和接地描述了实施例。它们容易地转变成电源电压对的其它选择，包括负的电源电压。

这种更改、修改和改进将成为本公开内容的一部分，并且将在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述只是通过示例的方式，而并不旨在进行限制。本发明仅受下列权利要求及其等同方案的限定。

Claims (5)

1.一种用于控制二极管的装置，包括：

第一端子，被配置为接收第一电源电压；

第二端子，被配置为接收第二电源电压；

电路，被配置为在第三端子上施加电压，所述第三端子被配置为连接到所述二极管的阳极，所述第三端子连接到所述电路的第一输入端子；

所述电路的第二输入端子；以及

电阻器，被耦合在所述第二端子和第四端子之间，所述电阻器被配置为耦合到所述二极管的阴极，所述第四端子耦合到所述电路的第三输入端子；

其中所述电路包括：

转换器电路，被配置为根据所述第一输入端子处的信号和控制信号产生施加到所述第三端子的所述电压；

比较器，被配置为将所述第二输入端子处的信号与所述第三输入端子处的信号进行比较，以产生误差信号；和

加法器，被配置为选择性地将所述误差信号添加到预设电压，以产生所述控制信号用于施加到所述转换器电路。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：

如果所述比较器的所述第二输入端处的所述信号的第一电压具有小于或等于零的值，则所述电路在所述二极管的阳极上施加具有等于所述预设电压的值的第二电压；并且

如果在所述比较器的第二输入端处的所述信号的所述第一电压具有正值，则所述电路在所述二极管的所述阳极上施加具有等于所述误差信号和所述预设电压之和的值的电压。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述预设电压具有小于所述二极管的导通阈值的正值。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述二极管为激光二极管。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述二极管为发光二极管。