DE102015101605A1

DE102015101605A1 - Betriebsweise mit universellem Eingang und breitem Ausgang für Leuchtdioden-(LED)-Treiber

Info

Publication number: DE102015101605A1
Application number: DE102015101605.2A
Authority: DE
Inventors: Xiao Wu Gong; Kok Kee Lim
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2035-02-05
Also published as: CN104853477B; CN104853477A; DE102015101605B4; US20150230303A1; US9655181B2

Abstract

Es werden Techniken zur Steuerung einer Stärke eines Stroms beschrieben, der durch eine oder mehr Leuchtdioden (LEDs) fließt, ohne eine Eingangs- und/oder Ausgangsspannung zu messen, so dass die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms näherungsweise gleich einem Zielstrompegel ist. Die Techniken stellen eine Grob- und Feinabstimmung der Dauer, für die ein Transistor, durch den der Strom fließt, eingeschaltet wird, um die Stärke des durch die LEDs fließenden Stroms zu steuern.

Description

Diese Offenbarung betrifft Leuchtdioden-(LED)-Treiber und insbesondere die interne und externe Schaltungstechnik von LED-Treibern.
Leuchtdioden (LEDs) sind an LED-Treiber angeschlossen. Die LED-Treiber können die Helligkeit der LEDs steuern, indem sie die Stärke des durch die LEDs fließenden Stroms steuern. In einigen Fällen führen Änderungen der Eingangs- oder Ausgangsspannung dazu, dass der Strom, der durch die LEDs fließt, von dem festgelegten Strompegel abweicht. Derartige ungewünschte Änderungen des durch die LEDs fließenden Stroms können bei den LEDs unerwünschte Helligkeitsänderungen hervorrufen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige unerwünschte Helligkeitsänderungen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den LED-Treiber gemäß Anspruch 1, das System gemäß Anspruch 12 oder das Verfahren gemäß Anspruch 20. Verschiedene Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche abgedeckt. Allgemein betreffen die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken einen Leuchtdioden-(LED)-Treiber, der dazu ausgebildet ist, einen konstanten durchschnittlichen Ausgangsstrom über einen weiten Bereich von Eingangs- und Ausgangsspannungspegeln und Frequenzen auszugeben ohne das Erfordernis, die Eingangs- und Ausgangsspannung zu messen. Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken lädt der LED-Treiber einen Kondensator basierend auf einer Stärke des Stroms, der durch eine oder mehrere mit dem LED-Treiber gekoppelte LEDs fließt. Der LED-Treiber vergleicht die Spannung über dem Kondensator mit einer Schwellenspannung, um die Einschaltdauer eines Transistors (d.h. die Dauer, für die der Transistor eingeschaltet bleibt), durch den der LED-Strom fließt, einzustellen. Auf diese Weise steuert der LED-Treiber die durchschnittliche Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms, indem er den Zeitablauf des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms steuert. Durch Verwendung eines Maßes für den durch die eine oder mehr LEDs fließenden Strom ist der LED-Treiber dazu ausgebildet, den durch eine oder mehr LEDs fließenden Strom über einen weiten Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich einzustellen, ohne dass das Erfordernis besteht, die Eingangs- und Ausgangsspannungspegel und Frequenzen zu messen.
Um zu ermöglichen, dass der LED-Treiber einen konstanten Durchschnittsstrom durch die eine oder mehr LEDs aufrecht erhält, kann der LED-Treiber dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer des Transistors über einen weiten Bereich des Transistors, durch den der LED-Strom fließt, einzustellen. Allerdings können während des stationären Zustands die Anpassungen der Transistoreinschaltdauer relativ gering sein. Diese Offenbarung beschreibt Beispiele von LED-Treibern mit Grob- und Feinanpassung der Transistoreinschaltdauer. Mit der Grobanpassung können die LED-Treiber die Transistoreinschaltdauer relativ schnell einstellen, um näherungsweise den korrekten Stromwert zu erreichen, um die Abweichung des durchschnittlichen Ausgangsstrompegels zu minimieren. Mit der Feinanpassung können die LED-Treiber die Transistoreinschaltdauer nach der Grobanpassung während der Einschaltdauer in kleineren Inkrementen einstellen, um den Strompegel genauer auf den durchschnittlichen Strompegel einzustellen.
Gemäß einem Beispiel beschreibt die Offenbarung einen Leuchtdioden-(LED)-Treiber, der eine Vielzahl von Kondensatoren aufweist, eine Schaltung zur Feinanpassung, die dazu ausgebildet ist, eine Amplitude einer Stromquelle festzulegen, die dazu eingesetzt wird, einen oder mehr der Vielzahl von Kondensatoren zu laden, um durch eine erste Schrittgröße eine Dauer einzustellen, für die ein Leistungstransistor eingeschaltet wird, und eine Schaltung zur Grobanpassung, die dazu ausgebildet ist, festzulegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind, um durch eine zweite, größere Schrittgröße die Dauer einzustellen, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird. Gemäß einem Beispiel fließt ein LED-Strom über den Leistungstransistor durch eine oder mehr LEDs und in den LED-Treiber, und die Schaltung zur Feinanpassung und die Schaltung zur Grobanpassung stellen die Dauer ein, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, um eine Stärke des LED-Stroms, der durch die eine oder mehr LEDs fließt, an einen LED-Zielstrompegel anzupassen.
Gemäß einem Beispiel beschreibt die Offenbarung ein System, um eine oder mehr Leuchtdioden (LEDs) leuchten zu lassen, das eine oder mehr LEDs aufweist, einen Leistungstransistor, der einen durch die eine oder mehr LEDs fließenden LED-Strom empfängt, und einen LED-Treiber, der den LED-Strom von dem Leistungstransistor empfängt. Der LED-Treiber ist dazu ausgebildet, durch eine erste Schrittgröße eine Dauer einzustellen, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, indem eine Amplitude einer Stromquelle bestimmt wird, die dazu eingesetzt wird, einen oder mehr einer Vielzahl von Kondensatoren zu laden, und die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine zweite, größere Schrittgröße anzupassen, indem festgelegt wird, welche Kondensatoren einer Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind. Gemäß einem Beispiel passt der LED-Treiber die Dauer an, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, um die Stärke des LED-Stroms, der durch die eine oder mehr LEDs fließt, an einen LED-Zielstrompegel anzupassen.
Gemäß einem Beispiel beschreibt die Offenbarung ein Verfahren, um eine oder mehr Leuchtdioden (LEDs) leuchten zu lassen, das das Ermitteln umfasst, ob eine Spannung, die auf eine Stärke eines durch die eine oder mehr LEDs fließenden LED-Stroms schließen lässt, geringer ist als eine erste Schwellenspannung und größer als eine zweite Schwellenspannung. Der LED-Strom fließt durch einen Leistungstransistor. Gemäß einem Beispiel, als Reaktion auf die Feststellung, dass die Spannung geringer ist als die erste Schwellenspannung und größer als die zweite Schwellenspannung, das Festlegen einer Amplitude einer Stromquelle, die dazu eingesetzt wird, einen oder mehr von einer Vielzahl von Kondensatoren zu laden, und das Anpassen einer Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine erste Schrittgröße durch Laden des einen oder der mehr der Vielzahl von Kondensatoren basierend auf der festgelegten Amplitude. Gemäß einem Beispiel ferner, als Reaktion auf die Feststellung, dass die Spannung größer ist als die erste Schwellenspannung oder geringer als die zweite Schwellenspannung, das Festlegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind, und das Anpassen der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine zweite, größere Schrittgröße durch Parallelschalten der festgelegten Kondensatoren. Gemäß einem Beispiel bewirkt das Anpassen der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, dass sich die Stärke des LED-Stroms an den LED-Zielstrompegel anpasst.
Die Einzelheiten von einer oder mehr Techniken dieser Offenbarung werden nachfolgend in den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Ziele und Vorteile dieser Offenbarung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen erkennbar.
1 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel eines Leuchtdioden-(LED)-Treibersystems gemäß einem oder mehreren in dieser Offenbarung beschriebenen Beispielen zeigt.
2 ist ein Schaltbild, das einen Controller des LED-Treibers gemäß 1 ausführlicher zeigt.
3 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für konstante Einschaltdauer der Schaltung des Einschaltdauereinstellschaltkreises gemäß 2 ausführlicher zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren veranschaulicht.
Leuchtdioden (LEDs) leuchten, wenn Strom durch die LEDs fließt. LED-Treiber steuern, wann der Strom durch die LEDs fließt, und sie können auch die Stärke des Stroms steuern, der durch die LEDs fließt, um die Helligkeit zu steuern. Die LED-Treiber nutzen Platz oder "Grundfläche" (engl.: "real estate") auf der Leiterplatte, auf der die LED-Treiber montiert sind. Beispielsweise können die LED-Treiber als integrierte Schaltkreis-(IC)-Chips ausgebildet sein. Die IC-Chips enthalten eine Vielzahl von Pins für verschiedene Arten von elektrischen Verbindungen (z.B. Leistungspin, Massepin, Drainpin in den Fällen, in denen der Strom durch die LEDs fließt, und möglicherweise andere Pins).
Obwohl ein LED-Treiber die durchschnittliche Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms festlegen kann, können Änderungen der Eingangsspannung oder der Ausgangsspannung bewirken, dass der Strompegel von dem festgelegten Strompegel abweicht. Es wurden einige Techniken vorgeschlagen, die Eingangsspannung und/oder die Ausgangsspannung des LED-Treibers zu messen und den Strom entsprechend einzustellen, so dass sich die durchschnittliche Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms wieder auf den eingestellten durchschnittlichen Strompegel stabilisiert. Allerdings erfordert das Messen der Eingangs- und Ausgangsspannung zusätzliche Komponenten, die die Kosten und die Grundfläche auf der Leiterplatte erhöhen.
Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken steuern die LED-Treiber die durchschnittliche Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms, ohne die Eingangs- und/oder Ausgangsspannung zu messen. Die LED-Treiber, wie sie in dieser Offenbarung beschrieben sind, können dazu ausgebildet sein, einen konstanten durchschnittlichen Ausgangsstrom unabhängig davon bereitzustellen, ob die Eingangsspannung hoch ist oder niedrig, unabhängig davon, ob die Ausgangsspannung hoch ist oder niedrig, unabhängig davon, ob die Eingangsspannung eine DC-Spannung oder eine AC-Spannung ist, und unabhängig davon, ob sich die Eingangsspannung ändert, um nur einige Beispiele zu nennen.
Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, steuern die in dieser Offenbarung beschriebenen LED-Treiber die durchschnittliche Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms, indem sie die Dauer steuern, für die Strom durch die eine oder mehr LEDs fließt. Beispielsweise sind die eine oder mehr LEDs mit einer Source eines Leistungstransistors verbunden, und ein Drain des Leistungstransistors ist mit einem Eingang des LED-Treibers verbunden. Der Leistungstransistor schaltet ein, wenn die Spannung an der Source des Leistungstransistors ein Tal erreicht, und der LED-Treiber steuert, wann der Leistungstransistor ausschaltet. Durch Steuern der Zeit, zu der der Leistungstransistor ausschaltet, steuert der LED-Treiber die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet bleibt (als Einschaltdauer des Leistungstransistors bezeichnet). Durch Steuern der Einschaltdauer des Leistungstransistors steuert der LED-Treiber die Dauer, für die Strom durch die eine oder mehr LEDs fließt. Durch Steuern der Dauer, für die Strom durch die eine oder mehr LEDs fließt, steuert der LED-Treiber die durchschnittliche Stärke des Stroms, der durch die eine oder mehr LEDs fließt. Wenn beispielsweise der Strom durch die eine oder mehr LEDs eine lange Zeit fließt, ist die durchschnittliche Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms größer als wenn der Strom durch die eine oder mehr LEDs eine kürzere Zeit lang fließt.
Um die Zeit zu steuern, zu der der LED-Treiber den Leistungstransistor ausschaltet (und dabei die Einschaltdauer des Leistungstransistors steuert), misst der LED-Treiber eine Spannung (als VCS bezeichnet), die auf den Strom schließen lässt, der während der Einschaltdauer des Leistungstransistors durch die eine oder mehr LEDs fließt. Eine Schaltung innerhalb des LED-Treibers hält die Spitzenspannung von VCS (als VCS_INT bezeichnet).
Der LED-Treiber kann dann die Spitzenspannung in einen Strom konvertieren, um einen Kondensator zu laden. Der LED-Treiber vergleicht die Spannung über dem Kondensator mit einer Schwellenspannung. Wenn die Spannung über dem Kondensator größer ist, als die Schwellenspannung, ist der durch die eine oder mehr LEDs fließende Strom größer als der Ziel-Durchschnittsausgangsstrompegel. In diesem Fall reduziert der LED-Treiber, um den durchschnittlichen durch die eine oder mehr LEDs fließenden Strom auf den Ziel-Durchschnittsausgangsstrompegel zurückzuführen, die Einschaltdauer des Leistungstransistors für eine AC-Halbwelle, wenn die Eingangsspannung eine AC-Spannung ist, oder um eine vorgegebene Dauer, wenn die Eingangsspannung eine DC-Spannung ist (z.B. 20 Millisekunden). Wenn die Spannung über dem Kondensator geringer ist, als die Schwellenspannung, ist der durch die eine oder mehr LEDs fließende Strom geringer als der Ziel-Durchschnittsausgangsstrompegel. In diesem Fall erhöht der LED-Treiber, um den durchschnittlichen durch die eine oder mehr LEDs fließenden Strom auf den Ziel-Durchschnittsausgangsstrompegel zurückzuführen, die Einschaltdauer des Leistungstransistors um einen AC-Halbzyklus, wenn es sich bei der Eingangsspannung um eine AC-Spannung handelt, oder um eine vorgegebene Dauer, wenn es sich bei der Eingangsspannung eine DC-Spannung handelt (z.B. 20 Millisekunden).
Eine Anzahl von Faktoren kann zur Folge haben, dass der LED-Strom von dem Zielstrompegel abweicht. Beispiele für derartige Faktoren, die bewirken können, dass der LED-Strom von dem Zielstrompegel abweicht, enthalten die Frage, ob die Eingangsspannung hoch ist oder niedrig, ob die Ausgangsspannung hoch ist oder niedrig, ob die Eingangsspannung DC oder AC ist, und ob sich die Eingangsspannung ändert. In einigen Fällen kann die Abweichung des Stroms relativ groß sein. Wie oben beschrieben, messen einige andere Techniken die Eingangs- und Ausgangsspannung, um festzulegen, um wie viel sie den durch die eine oder mehr LEDs fließenden Strom anpassen müssen, was die Kosten und die Leiterplattengrundfläche erhöht. Durch Messen des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms zur Anpassung des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms kann der LED-Treiber den Strom einstellen, um den Zielstrompegel zu erreichen, ohne die Notwendigkeit, die Eingangs- und Ausgangsspannung zu messen.
Weil jedoch die Stromabweichung relativ groß sein kann, kann der LED-Treiber dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer über einen weiten Bereich einzustellen und die Anpassung relativ schnell durchzuführen. Deshalb kann der LED-Treiber dazu ausgebildet sein, große Schrittanpassungen der Einschaltdauer zu implementieren, so dass der durch die eine oder mehr LEDs fließende Strom relativ schnell näherungsweise zu dem Zielstrompegel zurückkehrt. Derartige großstufige Anpassungen werden in dieser Offenbarung auch als Grobanpassung bezeichnet. Außerdem kann die Stromabweichung während des stationären Zustands relativ klein sein. Für diesen Fall kann der LED-Treiber außerdem so ausgebildet sein, dass er die Einschaltdauer über einen kleinen Bereich anpasst, um Flackern zu minimieren. Deshalb kann der LED-Treiber dazu ausgebildet sein, kleinstufige Anpassungen der Einschaltdauer zu implementieren, so dass der durch die eine oder mehr LEDs fließende Strom mit minimalem Flackern näherungsweise auf den Zielstrompegel zurückkehrt. Derartige kleinstufige Anpassungen werden in dieser Offenbarung auch als Feinanpassung bezeichnet.
In anderen Worten kann der LED-Treiber dazu ausgebildet sein, festzustellen, ob die Dauer, dass ein Leistungstransistor, durch den ein LED-Strom fließt, angepasst werden muss. Als Reaktion auf die Feststellung, dass die Dauer, dass der Leistungstransistor, durch den der LED-Strom fließt, angepasst werden muss, kann der LED-Treiber dazu ausgebildet sein, die Dauer, für die der Leistungstransistor, durch den ein LED-Strom fließt, durch wenigstens eines der folgenden Merkmale angepasst wird: Eine erste Schrittgröße (z.B. zur Grobanpassung) und eine zweite Schrittgröße (z.B. zur Feinanpassung), wobei die erste Schrittgröße größer ist als die zweite Schrittgröße.
Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann der LED-Treiber zur Grobanpassung und Feinanpassung eine Vielzahl von zueinander parallel geschalteten Kondensatoren verwenden. Zur Grobanpassung kann der LED-Treiber die Anzahl der miteinander parallel geschalteten Kondensatoren steuern, um ein schnelles Laden oder Entladen der Kondensatoren zu ermöglichen, was Anpassungen der Einschaltdauer des Leistungstransistors von großer Schrittgröße ermöglicht. Zur Feinanpassung kann der LED-Treiber eine Stromquelle steuern, die die Kondensatoren lädt, was Anpassungen der Einschaltdauer des Leistungstransistors mit kleiner Schrittgröße ermöglicht.
Wie ausführlicher beschrieben, kann es bei mehreren Beispielen mehrere Pegel der Grobanpassung geben: Schnelle Grobanpassung und langsame Grobanpassung. Gemäß diesem Beispiel kann die schnelle Grobanpassung Anpassungen mit großer Schrittgröße ermöglichen, die langsame Grobanpassung kann Anpassungen mittlerer Schrittgröße ermöglichen, und die Feinanpassung kann Anpassungen mit kleiner Schrittgröße ermöglichen. Die Verwendung mehrerer Schrittgrößen für Grobanpassungen wird zum Zweck der Veranschaulichung bereitgestellt und ist nicht als beschränkend zu verstehen.
Auf diese Weise ermöglichen die Techniken das Einstellen des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms (LED-Strom), so dass der LED-Strom im Durchschnitt auf näherungsweise dem Zielstrompegel verbleibt. Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken ist es nicht erforderlich, dass der LED-Treiber die Eingangs- oder Ausgangsspannung zum Zwecke der Einstellung des Stroms misst. Vielmehr ist der LED-Treiber dazu ausgebildet, eine Grob- und Feinanpassung der Einschaltdauer zu implementieren, wenn, wie durch eine Spannung über einem basierend auf dem Strompegel geladenen Kondensator festgelegt, eine Anpassung nötig ist.
1 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel eines Leuchtdioden-(LED)-Treibersystems gemäß einem oder mehreren in dieser Offenbarung beschriebenen Beispielen veranschaulicht. Beispielsweise zeigt 1 ein LED-Treibersystem 10, das einen LED-Treiber 14 und eine LED 0 und eine LED 1 enthält, wobei LED 0 und LED 1 in Reihe geschaltet sind. Beispiele des LED-Treibersystems 10 enthalten eine Leiterplatte mit den dargestellten Bauelementen und dem LED-Treiber 14, sowie einen Stecker zum Einstecken in eine Leistungsquelle wie beispielsweise eine AC-Eingangsquelle. Allerdings ist das LED-Treibersystem 10 nicht als auf derartige Beispiele beschränkt zu verstehen.
Auch wenn das gezeigte LED-Treibersystem 10 zwei LEDs enthält (d.h. LED 0 und LED 1), sind die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken nicht hierauf beschränkt. Gemäß einigen Beispielen kann das LED-Treibersystem eine LED enthalten, und gemäß einigen Beispielen kann das LED-Treibersystem 10 mehr als zwei LEDs enthalten. Bei Beispielen, in denen das LED-Treibersystem 10 zwei oder mehr LEDs enthält, können die LEDs zueinander in Reihe, parallel oder in irgendeiner Kombination von Reihen- und Parallelschaltung geschaltet sein. Allgemein enthält das LED-Treibersystem 10 eine oder mehr LEDs.
Die eine oder mehr LEDs des LED-Treibersystems leuchten auf, wenn ein Strom durch sie hindurch fließt. Beispielsweise zeigt 1 einen durch die LEDs 0 und 1 fließenden ILED. ILED wird auch als LED-Strom bezeichnet. ILED entstammt dem AC-Eingang, der eine Wechselstrom-(AC)-Spannung aufweisen kann. Ein Gleichrichter 12 richtet die AC-Spannung gleich, und ein Kondensator C0 wendet eine Tiefpassfilterung auf die gleichgerichtete AC-Spannung an, um die AC-Spannung in eine Gleichstrom-(DC)-Spannung zu wandeln. Gemäß einigen Beispielen kann der AC-Eingang zu Schutzzwecken wie beispielsweise einem Schutz gegen Kurzschlüsse oder schnelle Änderungen des Stroms mit einem Begrenzungswiderstand (nicht gezeigt) und/oder einer Drossel (engl.: "inductor") (nicht gezeigt) verbunden sein.
Auch wenn das gezeigte LED-Treibersystem 10 durch einen AC-Eingang betrieben wird, sind die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken nicht hierauf beschränkt. Gemäß einigen Beispielen kann das LED-Treibersystem 10 mit einem DC-Eingang anstelle mit einem AC-Eingang verbunden sein. Bei diesen Beispielen muss das LED-Treibersystem 10 keinen Gleichrichter 12 enthalten, und es muss keinen Kondensator C0 enthalten. Allerdings ist es möglich, dass ein derartiges DC-Spannung betriebenes System einen Kondensator C0 enthält, um die DC-Spannung weiter zu glätten.
Die DC-Spannung am Kondensator C0 bewirkt, dass der ILED-Strom durch die LEDs 0 und 1 fließt, sowie durch die Spule (engl.: "inductor") L0. Der ILED-Strom fließt dann durch einen externen Transistor M0. Bei dem externen Transistor M0 kann es sich um einen Leistungstransistor handeln wie beispielsweise um einen Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen Gallium-Nitrid-(GaN)-FET, oder um andere Arten von Transistoren. Der externe Transistor M0 kann auch als Leistungstransistor bezeichnet werden. In 1 tritt der LED-Strom (ILED) durch den Drainknoten des Transistors M0, der mit HV bezeichnet ist, in den Transistor M0 ein. Der LED-Strom fließt aus dem Sourceknoten des Transistors M0 heraus und tritt in den LED-Treiber 14 ein.
Wie bei dem Beispiel gemäß 1 dargestellt, enthält der LED-Treiber 14 den DRAIN-Pin. Der DRAIN-Pin stellt einen Eingangspin des LED-Treibers 14 dar, weil der LED-Strom über den DRAIN-Pin in den LED-Treiber 14 gelangt (d.h. der LED-Treiber 14 empfängt den ILED-Strom über den DRAIN-Pin. Dieser Eingangspin des LED-Treibers 14 ist als DRAIN bezeichnet, weil dieser Eingangspin des LED-Treibers 14 mit dem Drainknoten des internen Transistors M1 verbunden ist. Bei dem Transistor M1 kann es sich ebenfalls um einen MOSFET, GaN-FET oder andere Arten von Transistoren handeln, und er wird als interner Transistor bezeichnet, weil sich der Transistor M1 innerhalb des LED-Treibers 14 befindet. Gemäß einigen Beispielen kann es sich in dem Transistor M1 um einen Niederspannungstransistor handeln, wohingegen es sich bei dem Transistor M0 um einen Leistungstransistor handeln kann.
Der LED-Strom fließt aus dem Sourceknoten des Transistors M1 durch den Widerstand RS, der an den VCS-Pin des LED-Treibers 14 angeschlossen ist, und nach Masse/Erde (engl.: "ground"), und bildet dabei einen vollständigen Stormpfad. Der Wert des Widerstands RS kann die Amplitude des LED-Stroms bestimmen. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei dem Widerstand RS um einen veränderbaren Widerstand handeln, so dass die Amplitude des LED-Stroms dynamisch (z.B. während des Betriebs) geändert werden kann.
Auf diese Weise bilden der Transistor M0 und der Transistor M1 zusammen eine Schaltung mit einer Kaskadenstruktur, die es ermöglicht, dass der LED-Strom durch die LEDs 0 und 1 fließt. Wenn beispielsweise der Transistor M0 ausgeschaltet ist, dann fließt der LED-Strom nicht durch die LEDs 0 und 1 und in den LED-Treiber 14, weil der Transistor M0 eine Einheit mit hoher Impedanz wirkt, die den Stromfluss blockiert. Ähnlich fließt der LED-Strom, wenn der Transistor M1 ausgeschaltet ist, nicht durch die LEDs 0 und 1 und in den LED-Treiber 14, weil der Transistor M1 als Einheit mit hoher Impedanz wirkt, die den Stromfluss blockiert.
Der DRAIN-Pin (als Eingangspin bezeichnet) ist ein Multifunktionspin. Der Ausdruck "Multifunktion" bedeutet, dass der LED-Treiber 14 dazu ausgebildet ist, mehrere verschiedene Arten von Funktionen unter Verwendung dieses selben Eingangspins zu implementieren. Gemäß einigen Beispielen kann dieser Eingangspin (d.h. der in 1 gezeigte DRAIN-Pin) als "Einzeleingangs-Multifunktionspin" (engl.: "single input multi-function pin") bezeichnet werden. Der Ausdruck "Einzeleingangs-Multifunktionspin" bedeutet, dass es möglich ist, nur diesen Eingangspin zu verwenden, um die verschiedenen unterschiedlichen Funktionen zu implementieren. Die Verwendung von nur diesem Eingangspin zur Implementierung der verschiedenen unterschiedlichen Funktionen bedeutet, dass bezüglich des LED-Treibers 14 externe Schaltungsteile, die mit den LEDs 0 und 1 verbunden sind und die nicht über den LED-Treiber 14 mit den LEDs 0 und 1 verbunden sind, nur über diesen "Einzeleingangs-Multifunktionspin" (d.h. dem in 1 gezeigten DRAIN-Pin) des LED-Treibers 14 verbunden sein können.
Wie gezeigt enthält der LED-Treiber 14 einen Controller 16. Der Controller 16 ist als allgemeine Komponente dargestellt, die den Gateknoten des Transistors M1 steuert. Beispielsweise kann der Controller 16 den Transistor M1 dazu veranlassen, einzuschalten, indem er eine Spannung an den Gateknoten des Transistors M1 derart anlegt, dass die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung am Gate des Transistors M1 und am Sourceknoten des Transistors M1 größer oder gleich einer Einschaltschwellenspannung (Vth) ist (d.h. VGS Vth). Der Controller 16 kann den Transistor M1 zu veranlassen, auszuschalten, indem er keine Spannung an den Gateknoten anlegt, oder indem er eine Spannung anlegt, die geringer ist als die Einschaltschwellenspannung.
Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei dem Controller 16 um eine Kombination verschiedener unterschiedlicher Komponenten des LED-Treibers handeln, wie beispielsweise eine Talerkennungsschaltung 18, eine Nullstromermittlungseinheit 20 und eine Einschaltdauereinstellschaltung 22 (wie ausführlicher beschrieben). Gemäß einigen Beispielen können die Komponenten des Controllers 16 zusammen ausgebildet sein. Allgemein wird der Controller 16 funktionell als eine Beispielkomponente beschrieben, die steuert, wann der Transistor M1 ein- und ausschaltet. Allerdings können die Komponenten innerhalb des Controllers 16 einzeln oder zusammen steuern, wann der Transistor M1 ein- und ausschaltet.
Wenn der Controller 16 den Transistor M1 einschaltet, fällt die Spannung an dem Drainknoten des Transistors M1 ab. Wie in 1 gezeigt, ist der Drainknoten des Transistors M1 dasselbe wie der DRAIN-Pin des LED-Treibers 14 (d.h. der Einzeleingangs-Multifunktionspin des LED-Treibers 14). Der Drainknoten ist mit dem Sourceknoten des externen Transistors M0 verbunden (d.h. der Sourceknoten des Transistors M0 ist auch mit dem Einzeleingangs-Multifunktionspin des LED-Treibers 14 verbunden). Entsprechend fällt, wenn die Spannung an dem Drainknoten des Transistors M1 fällt, auch die Spannung an dem Sourceknoten des Transistors M0.
Dieses Abfallen der Spannung am Sourceknoten des Transistors M0 bewirkt, dass der Transistor M0 einschaltet. Beispielsweise ist der Gateknoten des Transistors M0 mit einer Zenerdiode Z0 verbunden. Die Durchbruchspannung der Zenerdiode Z0 kann, als illustratives Beispiel, bei Raumtemperatur näherungsweise 12 Volt (V) betragen. Bei diesem Beispiel kann die Zenerdiode Z0 die Spannung am Gateknoten des Transistors M0 so begrenzen, dass sie näherungsweise gleich 12 V bleibt. Mit dem Abfall der Spannung am Sourceknoten des Transistors M0 (welcher dasselbe ist wie der Drainknoten des Transistors M1), ist die Differenz der Spannung am Gateknoten von Transistor M0 und dem Sourceknoten von Transistor M0 größer als die Einschaltschwellenspannung, und der Transistor M0 schaltet ein.
Demzufolge schaltet Transistor M0 ein, wenn Transistor M1 einschaltet. Wenn beide Transistoren M0 und M1 eingeschaltet sind, kann der Strom ILED durch die LEDs 0 und 1, durch den Transistor M0 und über den Einzeleingangs-Multifunktionspin (d.h. den DRAIN-Pin des LED-Treibers 14) in den LED-Treiber 14 fließen und dabei die LEDs 0 und 1 zum Leuchten bringen. Sobald er sich im LED-Treiber 14 befindet, fließt der ILED-Strom durch Transistor M1 aus dem VCS-Pin und durch den Widerstand RS nach Masse/Erde, was einen vollständigen Schaltkreis bildet.
Wenn der Controller 16 den Transistor M1 ausschaltet (z.B. durch Anlegen einer Spannung an den Gateknoten des Transistors M1 oder durch Anlegen einer Spannung an den Gateknoten des Transistors M1, die geringer ist als die Summe der Spannung am Sourceknoten des Transistors M1 und der Schwellenspannung), steigt die Spannung am Drainknoten des Transistors M1 an (engl.: "floats high"). In diesem Fall (d.h. wenn der Transistor M1 ausgeschaltet ist), kann die Spannung am Drainknoten des Transistors M1 ausreichend ansteigen (engl.: "float high enough"), dass die Spannung am Sourceknoten des Transistors M0 bis zu einem Punkt ansteigt, dass Transistor M0 ausschaltet. Beispielsweise können der Drainknoten des Transistors M1 und der Sourceknoten des Transistors M0 am DRAIN-Pin (d.h. am Einzeleingangs-Multifunktionspin) miteinander verbunden sein. Wenn die Spannung am Drainknoten des Transistors M1 ansteigt, kann die Spannung am Sourceknoten des Transistors M0 groß genug werden, dass die Differenz der Spannung am Gateknoten von Transistor M0 und dem Sourceknoten von Transistor M0 geringer ist als der Einschaltschwellenspannungspegel.
In diesem Fall bewirkt der Anstieg der Spannung am Sourceknoten von Transistor M0, dass der Transistor M0 ausschaltet. Entsprechend ist, wenn der Transistor M1 ausgeschaltet ist, der Transistor M0 ebenfalls ausgeschaltet. Wenn die Transistoren M1 und M0 ausgeschaltet sind, gibt es für ILED durch den LED-Treiber 14 keinen Strompfad nach Masse/Erde.
Es wird darauf hingewiesen, dass der LED-Strom, wenn die Transistoren M1 und M2, nachdem sie eingeschaltet sind, ausschalten, nicht unverzüglich auf Null abfällt. In 1 bilden die LEDs 0 und 1, die Spule L0, der Kondensator C1 und die Diode D0 zusammen eine floatende Abwärtswandlertopologie (engl.: "floating buck topology") (obgleich andere Arten wie beispielsweise eine angezapfte Abwärtswanldertopologie (engl.: "tapped buck topology") oder eine Quasi-Sperrwandler-Topologie (engl.: "quasi-flyback topology") möglich sind). Es ist allgemein wohlverstanden, dass sich ein Strom durch eine Spule nicht unverzüglich ändern kann. Deshalb lässt die Spule L0, wenn die Transistoren M1 und M0, nachdem sie eingeschaltet sind, ausschalten, nicht zu, dass der LED-Strom unverzüglich auf Null fällt. Vielmehr fällt der LED-Strom über einige Zeit linear auf Null, wobei die Dauer, die erforderlich ist, dass der LED-Strom auf Null fällt, eine Funktion der Werte der Spule L0 und des Kondensators C1 ist. Wenn die Transistoren M1 und M0 ausgeschaltet werden und der LED-Strom langsam nach Null dissipiert, ist der Strompfad für den LED-Strom ein Pfad durch die Spule L0 und die Diode D0, um einen vollständigen Strompfad zu bilden.
Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken können die Talerkennungsschaltung 18 und die Nullstromerkennungsschaltung 20 des Controllers 16 dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, wann der Transistor M1 einschalten sollte, was dann bewirkt, dass der Transistor M0 einschaltet und dem LED-Strom ermöglicht, durch den DRAIN-Pin und in den LED-Treiber 14 zu fließen. Die Einschaltdauereinstellschaltung 22 des Controllers 16 kann bestimmen, wann der Transistor ausschalten sollte, was dann bewirkt, dass der Transistor M0 ausschaltet und zur Folge hat, dass der LED-Strom linear auf Null fällt. In anderen Worten, weil die Einschaltdauereinstellschaltung 22 bestimmt, wann die Transistoren M1 und M0 ausschalten, bestimmt die Einschaltdauereinstellschaltung 22 die Dauer, für die die Transistoren M1 und M0 eingeschaltet bleiben, was wiederum die Dauer bestimmt, wie lange der LED-Strom in den LED-Treiber 14 fließt.
Eine der Funktionen des LED-Treibers 14 besteht darin, den durchschnittlichen LED-Strom auf einem Zielstrompegel zu halten. Beispielsweise kann der Widerstandswert des RS-Widerstands den Zielstrompegel bestimmen. Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann der LED-Treiber 14 die Transistoren M0 und M1 ein- und ausschalten, um die Stärke des durch die LEDs 0 und 1 fließenden Stroms zu steuern (d.h. die Stärke des LED-Stroms zu steuern). Beispielsweise kann der LED-Treiber 14 den Leistungstransistor M0 für einen höheren LED-Zielstrompegel für eine längere Dauer eingeschaltet lassen im Vergleich zu dem Fall für einen geringeren LED-Zielstrompegel, für den der LED-Treiber den Leistungstransistor M0 für eine kürzere Dauer eingeschaltet lassen kann. Auf diese Weise steuert der LED-Treiber 14, wie lang der LED-Strom durch die LEDs 0 und 1 fließt, was wiederum die durchschnittliche Stärke des durch die LEDs 0 und 1 fließenden Stroms steuert (z.B. die durchschnittliche Stärke des LED-Stroms steuert).
Allerdings kann, während der LED-Treiber 14 die durchschnittliche Stärke des LED-Stroms auf den Zielstrompegel festlegen kann, die gegenwärtige Stärke des LED-Stroms, der durch die eine oder mehr LEDs fließt, abweichen. Es kann verschiedene Gründe dafür geben, dass der LED-Strom von dem Zielstrompegel abweicht. Zum Beispiel kann die Tatsache, ob die Spannung am AC-Eingang 12 (d.h. die Eingangsspannung) hoch oder niedrig ist, bewirken, dass der LED-Strom abweicht. Als weiteres Beispiel, ob die Spannung über der einen oder den mehr LEDs (d.h. die Ausgangsspannung) hoch oder niedrig ist, kann bewirken, dass der LED-Strom abweicht. Als weiteres Beispiel kann die Tatsache, ob die Eingangsspannung eine AC-Spannung oder DC-Spannung ist, bewirken, dass der LED-Strom abweicht. Als noch ein weiteres Beispiel können Schwankungen der Eingangsspannung bewirken, dass der LED-Strom abweicht. Zum Beispiel kann in einigen Ländern wie beispielsweise Indien die Eingangs-AC-Spannung eine sehr hohe Toleranz aufweisen und sie kann für plötzliche Änderungen oder Spitzen anfällig sein.
Um die Abweichung des LED-Stroms zu behandeln, wurden einige andere Techniken vorgeschlagen, die die Eingangs- und/oder Ausgangsspannung messen und den LED-Strom basierend auf der Messung anpassen. Beispielsweise beschreibt das U.S. Patent 8,253,350 B2 (hierin als '350 Patent bezeichnet) einen LED-Treiber und zeigt den LED-Treiber des '350 Patents in 4 des '350 Patents. Die Techniken des '350 Patents verwenden Widerstände 408 und 409 und einen Kondensator 410 (in 4 des '350 Patents gezeigt), um die Eingangsspannung zu messen und den durchschnittlichen Ausgangsstrom zu regeln. Die Verwendung derartiger zusätzlicher Komponenten kann die Kosten erhöhen und auch den Materialverbrauch (BOM) erhöhen (d.h. die Grundfläche auf der Leiterplatte, die den LED-Treiber 14 enthält, erhöhen). Ferner messen die Techniken in dem '350 Patent die Ausgangsspannung nicht und sie sorgen nicht für eine gute Lastregelung.
Eine weitere vorgeschlagene Technik ist in dem Datenblatt für den LED-Treiber SSL21081/SSL21083 von NXP beschrieben. Beispielsweise zeigt 3 in dem Datenblatt des LED-Treibers SSL21081/SSL21083 die Verbindung eines LED-Treibers mit anderen Komponenten zum Ansteuern einer oder mehrerer LEDs. Bei dieser vorgeschlagenen Technik bewirken Abweichungen der Eingangsspannung große Änderungen des LED-Stroms. Beispielsweise zeigt 4 des Datenblatts für den LED-Treiber SSL21081/SSL21083 den LED-Strom als Funktion der Eingangsspannung, und es zeigt, dass Änderungen der Eingangsspannung bewirken, dass der durchschnittliche LED-Strom vom LED-Zielstrompegel abweicht. Weiterhin kann der LED-Treiber SSL21081/SSL21083 keine sehr gute Lastregelung gewährleisten.
Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann der LED-Treiber 14 dazu ausgebildet sein, den durchschnittlichen LED-Strom (d.h. den durch die eine oder mehr LEDs fließenden Strom) so einzustellen, dass der durchschnittliche LED-Strom näherungsweise gleich dem LED-Zielstrompegel (und in vielen Fällen gleich dem LED-Zielstrompegel) ist, ohne die Eingangs- oder Ausgangsspannung zu messen. Auf diese Weise können die Techniken die Kosten und BOM minimieren, und gleichzeitig eine robuste LED-Stromsteuerung bereitstellen. Beispielsweise können die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken für einen konstanten durchschnittlichen LED-Strom mit einem Universaleingang sorgen (z.B. einem AC-Eingang mit einer beliebigen Frequenz oder einem beliebigen Pegel oder einem beliebigen DC-Eingang mit einem beliebigen Pegel) und einem weiten Ausgangsbereich (z.B. ein beliebiger Spannungspegel über den LEDs 0 und 1).
Wie in 1 gezeigt, kann der LED-Treiber 14 als 5-Pin-Lösung betrachtet werden, wobei der DRAIN-Pin, der VCC-Pin, der VCS-Pin und der COM-Pin zur Steuerung des LED-Stroms benötigt werden. Beispielsweise verwendet der LED-Treiber 14, wie ausführlicher beschrieben, den COM-Pin, um den durchschnittlichen LED-Strom (auch als durchschnittlicher Ausgangsstrom bezeichnet) zu bestimmen und den durchschnittlichen LED-Strom auf den LED-Zielstrompegel zu regeln. Auf diese Weise kann der LED-Treiber 14 als Regler mit geschlossener Rückführung (engl.: "closed loop controller") zur LED-Durchschnittsstromregelung betrachtet werden. Andere Techniken können in einer Steuerung mit einer offenen Schleife (engl.: "open loop control") bestehen und der durchschnittliche LED-Strom für diese anderen Techniken muss nicht hochgenau sein (z.B. muss er sich, verglichen mit den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken, nicht so nahe am LED-Zielstrompegel befinden). Außerdem kann bei anderen Beispielen die Anzahl von Pins, die für die Lösung verwendet werden, von 5 verschieden sein.
Der DRAIN-Pin des LED-Treibers 14 kann die folgenden Funktionen implementieren: Schalten, das Laden von VCC während des Einschaltens und des normalen Schaltens, Taldetektion und Messen der Stelle, an der der LED-Strom Null Ampere erreicht. Die Art und Weise, in der der LED-Treiber 14 diese Beispielfunktionen implementiert, ist ausführlicher in der U.S. Anmeldung mit den Seriennummern 13/969,963 (hierin '963 Anmeldung) und 13/970,097 (hierin '097 Anmeldung) beschrieben, beide eingereicht am 19. August 2013, deren Inhalt hierin vollständig durch Bezugnahme eingebunden wird. Beispielsweise beschreiben die Anmeldungen '963 und '097 die Verwendung einer Talerkennungsschaltung 18, einer Nullstromerkennungsschaltung 20, von Dioden D1, D2, D3, D4 und D5, von Kondensatoren C2, C4, und CVCC, sowie einer Stromquelle I0, um die oben genannten Funktionen des LED-Treibers zu implementieren.
Weiterhin beschreiben die Anmeldungen '963 und '097 Beispieltechniken dafür, wann der LED-Strom eingeschaltet wird. Beispielsweise beschreiben die Anmeldungen '963 und '097, dass sich der lineare Abfall des ILED-Stroms auf Null auf die Spannungsoszillation am Drainknoten des Leistungstransistors M0 auswirken kann. Die Techniken in den Anmeldungen '963 und '097 verwenden das Auftreten dieser Oszillation, um zu bestimmen, wann die Transistoren M1 und M0 wieder einzuschalten sind. Die Techniken in den Anmeldungen '963 und '097 können quasi-resonante Techniken einsetzen, bei denen die Techniken die Transistoren M1 und M0 wieder einschalten, wenn eine Oszillation am Drainknoten des Transistors M0 detektiert wird (z.B. wenn sich die Spannung an dem Drainknoten des Transistors M0 an einer Talstelle befindet).
Beispielsweise kann die Talerkennungsschaltung 18 dazu ausgebildet sein, das Tal am Drainknoten des Leistungstransistors M0 zu detektieren. Wie gezeigt wird der Drainknoten des Leistungstransistors M0 als HV-Knoten bezeichnet. Entsprechend kann der LED-Treiber 14 dazu ausgebildet sein, die Transistoren M0 und M1 einzuschalten, wenn die Talerkennungsschaltung 18 feststellt, dass an dem HV-Knoten ein Spannungstal vorliegt und die Nullstromerkennungsschaltung 20 kann dazu ausgebildet sein, den Punkt festzustellen, wann der LED-Strom Null Ampere erreicht.
Die Einschaltdauereinstellschaltung 22 kann dazu ausgebildet sein, festzulegen, wann die Transistoren M0 und M1 auszuschalten sind (was im Ergebnis gleichbedeutend damit ist, dass die Einschaltdauereinstellschaltung 22 die Dauer festlegt, für die die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet bleiben). Beispielsweise schaltet der LED-Treiber 14 die Transistoren M0 und M1 bei dem Spannungstal an dem HV-Knoten ein, und er schaltet die Transistoren M0 und M1 zu der von der Einschaltdauereinstellschaltung 22 festgelegten Zeit aus. Demgemäß wird die Dauer, für die die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet sind, durch die Einschaltdauereinstellschaltung 22 bestimmt.
Weiterhin ist die Dauer, für die die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet sind, direkt mit der Stärke des durch die LEDs 0 und 1 fließenden LED-Stroms korreliert. Wenn beispielsweise die Einschaltdauereinstellschaltung 22 die Transistoren M0 und M1 für eine längere Dauer eingeschaltet lässt, ist der LED-Strompegel größer, als wenn die Einschaltdauereinstellschaltung 22 die Transistoren M0 und M1 für eine kürzere Dauer eingeschaltet lässt. Auf diese Weise steuert die Einschaltdauereinstellschaltung 22 den durchschnittlichen LED-Strompegel, indem sie festlegt, wie lang die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet bleiben sollen (d.h. durch Festlegen der Zeit, zu der die Transistoren M0 und M1 ausgeschaltet werden sollen).
Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken, den LED-Strom so einzustellen, dass der LED-Strom näherungsweise gleich dem Zielstrompegel ist, kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 feststellen, ob der LED-Strom vom Zielstrompegel abgewichen ist. Wenn der LED-Strom vom LED-Zielstrompegel abgewichen ist, kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 anpassen (d.h. die Dauer anpassen, für die die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet sind, indem sie den Zeitpunkt steuern, zu dem die Transistoren M0 und M1 ausgeschaltet werden).
Gemäß einigen Beispielen kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 pro halbem AC-Zyklus festlegen, wenn es sich bei der Eingangsspannung um eine AC-Eingangsspannung handelt, oder um ein eingestelltes Intervall, wenn es sich bei der Eingangsspannung um eine DC-Eingangsspannung handelt (z.B. 20 Millisekunden). Während des halben AC-Zyklus oder des eingestellten Intervalls für DC wird die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 konstant gehalten. Während dieser Zeit kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 für den nächsten AC-Zyklus oder das nächste eingestellte Intervall für DC festlegen.
Wie oben beschrieben kann der LED-Strom aufgrund irgendeinem der oben erwähnten Beispielfälle oder ebenso gut aufgrund anderer möglicher Fälle vom LED-Zielstrompegel abweichen. Demgemäß kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 über einen weiten Bereich anzupassen. Als Beispiel kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 von etwa 800 Nanosekunden (ns) bis zu 20 Mikrosekunden (µs) einzustellen.
Weiterhin kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22, weil der LED-Strom wesentlich abweichen kann, dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 in relativ großen Schrittgrößen von einem AC-Halbzyklus oder von einer eingestellten DC-Periode bis zu dem/der nächsten in relativ großen Schrittgrößen anzupassen (d.h. die Einschaltdauer um mehr als 10% und sogar bis hin zu 50% anzupassen), so dass der LED-Strom schnell auf den Zielstrompegel zurückkehrt. Im stationären Zustand kommt es zu keinen großen Abweichungen des LED-Stroms, und das Anpassen der Einschaltdauer um 10% während des stationären Zustands kann Flackern verursachen. Demgemäß kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 auch dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 von einem AC-Halbzyklus oder einer eingestellten DC-Periode zu dem/der nächsten in relativ kleinen Schrittgrößen anpassen (z.B. Anpassen der Einschaltdauer um etwa 0,1%), um Flackereffekte zu minimieren.
Deshalb kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer unter Verwendung sehr kleiner Schritte (z.B. ±0,1%) und sehr großer Schritte (z.B. ±10 oder sogar ±50%) anzupassen. Die Auslegung der Einschaltdauereinstellschaltung 22 für derart ungleiche Anpassungsschrittgrößen kann kompliziert sein. Wie ausführlicher beschrieben wird, verwendet die Einschaltdauereinstellschaltung 22 ein Fraktional-n-Verfahren (engl.: "fractional-n technique"), um unterschiedliche Schrittgrößen für die Anpassung zu ermöglichen.
2 ist ein Schaltbild, das einen Controller des LED-Treibers gemäß 1 ausführlicher darstellt. Wie gezeigt enthält der Controller 16 eine Talerkennungsschaltung 18, die einen Komparator 23 enthält, und eine Nullstromerkennungsschaltung 20, die einen Komparator 28 enthält. Wie ebenso gezeigt, empfängt von der Talerkennungsschaltung 18 und der Nullstromerkennungsschaltung 20 eine jede die Spannung an dem ZCVS-Knoten (in 1 dargestellt) innerhalb des LED-Treibers 14 als Eingangsspannung.
Basierend auf einem Vergleich zwischen VRef1 und ZCVS mit dem Komparator 23 kann die Talerkennungsschaltung 18 ermitteln, ob die Spannung an dem HV-Knoten (der Drainknoten des Transistors M0) ein Tal erreicht hat und das RS-Flip-Flop 24 dazu veranlassen, eine Spannung auszugeben, die bewirkt, dass der Transistor M1 einschaltet, was bewirkt, dass der Transistor M0 einschaltet. Basierend auf einem Vergleich zwischen VRef2 und ZCVS kann die Nullstromerkennungsschaltung 20 ermitteln, wann der LED-Strom Null Ampere erreicht hat, und kann den Schalter S1 schließen, um zuzulassen, dass sich der an den COM-Pin des LED-Treibers 14 angeschlossene Kondensator CT auflädt. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben ist, kann die Spannung über dem Kondensator CT, die auch als VCOM bezeichnet wird, auf die Stärke des durch die Transistoren M0 und M1 fließenden LED-Stroms schließen lassen (z.B. je AC-Halbzyklus oder je eingestellter DC-Periode). In anderen Worten, die die Spannung an dem COM-Pin des LED-Treibers 14, welche der Spannung über dem Kondensator CT entspricht, kann auf eine durchschnittliche Stärke des durch die LEDs 0 und 1 fließenden Stroms (d.h. den durchschnittlichen Strompegel des LED-Stroms) schließen lassen.
Gemäß einigen Beispielen kann das RS-Flip-Flop 24 mit einem Puffer 25 gekoppelt sein. Der Puffer 25 kann die von dem Q-Knoten empfangene Spannung auf einen geeigneten Pegel konvertieren, der benötigt wird, um den Gateknoten des Transistors M1 anzusteuern. Der Puffer 25 ist nicht bei jedem Beispiel erforderlich und er kann als Teil des RS-Flip-Flops 24 in diesem enthalten sein.
2 veranschaulicht außerdem eine Einschaltdauereinstellschaltung 22 innerhalb des Controllers 16 ausführlicher. Wie gezeigt enthält die Einschaltdauereinstellschaltung 22 eine Spitzenwerterkennungs- und -halteschaltung 26, einen Operationsverstärker ("op-amp") 27, einen Stromspiegel 32, einen Widerstand RT (der sich unter Umständen außerhalb des LED-Treibers 14 befinden kann) und eine Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer. Gemäß einigen Beispielen kann der Kondensator CT als Teil der Einschaltdauereinstellschaltung 22 betrachtet werden, wie dies bei den Beispielen der Fall ist, bei denen sich der Kondensator CT innerhalb des LED-Treibers 14 befindet. Allgemein ist die Einschaltdauereinstellschaltung 22 konzeptionell dargestellt, um das Verständnis der in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zu unterstützen und sie ist nicht als auf das speziell gezeigte Beispiel beschränkt zu verstehen.
Wie oben beschrieben, bewirkt die Talerkennungsschaltung 18, dass der Controller 16 die Transistoren M0 und M1 einschaltet, indem sie eine Talstelle der HV-Spannung (d.h. ein Spannungstal an dem HV-Knoten, welches der Drainknoten des Transistors M0 ist) detektiert. Die Einschaltdauereinstellschaltung 22 kann den Controller 16 dazu veranlassen, die Transistoren M0 und M1 basierend auf der festgelegten Einschaltdauer, die für einen AC-Halbzyklus oder für eine eingestellte Periode (z.B. 20 ms) konstant ist, wenn die Eingangsspannung eine DC-Spannung ist, auszuschalten.
Die Spitzenwerterkennungs- und -halteschaltung 26 empfängt die Spannung am Sourceknoten des Transistors M1. Die Spannung an dem Sourceknoten des Transistors M1 kann auf den durch die eine oder mehr LEDs fließenden Strom schließen lassen und sie wird als Strommessspannung (VCS) bezeichnet. Die Spitzenwerterkennungs- und -halteschaltung 26 kann dazu ausgebildet sein, die Spitzenspannung an dem Sourceknoten des Transistors M1 zu detektieren und diesen Spannungspegel (VCS_INT) zu halten, und sie kann gemäß einigen Beispielen den Spitzenwert detektieren und diesen Spannungspegel während der Einschaltdauer des Leistungstransistors M0 halten.
Wie gezeigt gibt die Spitzenwerterkennungs- und -halteschaltung 26 den Spannungspegel (VCS_INT) an den Operationsverstärker ("op-amp") 27 aus. Der Operationsverstärker 27 wandelt den von der Spitzenwerterkennungs- und -halteschaltung 26 ausgegebenen Spannungspegel in einen Strom (ICS_CUR).
Der Strom, den der Operationsverstärker 27 ausgibt, lädt den Kondensator CT, wenn ein Strom durch die LED fließt. Beispielsweise kann die Nullstromerkennungsschaltung 20 den Schalter S1 geschlossen haben. Außerdem gibt der Operationsverstärker 27 an einen Gateknoten eines mit dem Operationsverstärker 27 verbundenen Transistors aus, und wenn dieser Transistor eingeschaltet wird, fließt der Strom durch den Stromspiegel 32 und durch den Transistor nach Masse/Erde. Das Abfließen des Stroms durch den Transistor nach Masse/Erde bewirkt, dass durch den Schalter S1, wenn dieser geschlossen ist, ein Strom fließt und den Kondensator CT lädt.
Gemäß einigen Beispielen kann es, nachdem der LED-Strom, wie von der Nullstromerkennungsschaltung 20 festgestellt, eine Amplitude von Null Ampere erreicht hat, eine Verzögerung geben, bevor der Controller 16 den Transistor M1 veranlasst, einzuschalten, was wiederum bewirkt, dass der Transistor M0 einschaltet. Während dieser Verzögerung kann die Nullstromermittlungseinheit 20 veranlassen, dass der Schalter geöffnet ist und kein Strom verwendet wird, um den Kondensator CT zu laden. Während anderer Zeiten, wie beispielsweise wenn sich die Amplitude des LED-Stroms nicht bei Null Ampere befindet, kann die Nullstromerkennungsschaltung 20 veranlassen, dass der Schalter S1 geschlossen wird und zulassen, dass der Kondensator CT geladen wird.
Wie gezeigt ist der Kondensator CT mit dem Widerstand RT gekoppelt. Der Widerstand RT kann den Kondensator CT entladen, wenn der Schalter S1 geöffnet ist. Demgemäß kann die Spannung über dem Kondensator CT, welche als VCOM bezeichnet wird, die durchschnittliche Stärke des durch die LEDs 0 und 1 fließenden Stroms repräsentieren.
Der LED-Treiber 14 kann die durch den Kondensator CT bereitgestellte Kopplung verwenden, um festzustellen, wie lange es gedauert hat, damit der LED-Strom auf Null abfällt (d.h. die LED-Strom-Abfallperiode). Beispielsweise ist die HV-Spannung während der Periode, während der der LED-Strom auf Null abfällt, flach, aber wenn der LED-Strom auf Null abfällt, kann die HV-Spannung anfangen, zu oszillieren. In anderen Worten, wenn die HV-Spannung zu oszillieren beginnt, deutet dies darauf hin, dass der LED-Strom auf Null abfällt. Der Kondensator C2 koppelt diese Oszillation an dem DRAIN-Pin, was dann innerhalb des LED-Treibers 14 gemessen wird, und was von dem LED-Treiber 14 zu dem Zweck genutzt werden kann, festzustellen, dass der LED-Strom auf Null abgefallen ist.
Die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer empfängt die VCOM-Spannung und vergleicht die Spannung mit einer Vielzahl von festgelegten Spannungspegeln (z.B. 1,2 V, 1,4 V, 1,5 V, 1,6 V und 1,8 V), wobei einer der Vielzahl der festgelegten Spannungspegel der mittlere Spannungspegel (z.B. 1,5 V) ist. Wenn die VCOM-Spannung größer ist als der mittlere Spannungspegel, dann ist der LED-Strom größer als der LED-Zielstrompegel. In diesem Fall kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer, wenn die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer festgestellt hat, dass die VCOM-Spannung größer ist als der mittlere Spannungspegel, die Dauer, für die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet werden, verringern (d.h. die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 verringern). Wenn die VCOM-Spannung geringer ist als der mittlere Spannungspegel, dann ist der LED-Strom geringer als der LED-Zielstrompegel. In diesem Fall kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer, wenn die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer festgestellt hat, dass die VCOM-Spannung geringer ist das der mittlere Spannungspegel, die Dauer, für die die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet werden, erhöhen (d.h. die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 erhöhen). Die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer kann die anderen Spannungspegel (d.h. andere als den mittleren Spannungspegel) verwenden, um festzulegen, um wie viel die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 zu erhöhen oder zu verringern ist.
Wenn es sich beispielsweise bei der Eingangsspannung um eine AC-Spannung handelt, dann kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer für den gesamten nächsten AC-Halbzyklus die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 (entsprechend) erhöhen oder erniedrigen. Wenn es sich bei der Eingangsspannung um eine DC-Spannung handelt, dann kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 für die eingestellte Dauer (z.B. 20 ms) (entsprechend) erhöhen oder verringern. Die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer kann wiederum eine Spannung an den Set-(S)-Knoten des RS-Flip-Flops 24 ausgeben, die erkennen lässt, ob der Transistor M1 eingeschaltet oder ausgeschaltet sein sollte.
In anderen Worten, die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer stellt die Dauer ein, für die der Transistor M1 und der Transistor M0 für einen Halbzyklus der AC-Eingangsspannung oder für eine eingestellte Periode der DC-Eingangsspannung (z.B. 20 ms) eingeschaltet werden. Für den nächsten Halbzyklus der AC-Eingangsspannung oder für die eingestellte Periode der DC-Eingangsspannung kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Dauer, für die der Transistor M1 und der Transistor M0 eingeschaltet bleiben, erhöhen, oder sie kann die Dauer, für die der Transistor M1 und der Transistor M0 eingeschaltet bleiben, verringern. Durch Steuern der Dauer, für die der Transistor M1 und M0 eingeschaltet bleiben, kann der LED-Treiber 14 dazu in der Lage sein, die durchschnittliche Stärke des LED-Stroms über die Einschaltdauereinstellschaltung 22 zu steuern. Beispielsweise repräsentiert die Spannung über dem Kondensator CT (VCOM-Spannung) die durchschnittliche Stärke des LED-Stroms, und die Einschaltdauereinstellschaltung 22 steuert über die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die durchschnittliche Stärke des LED-Stroms, indem die Dauer, für die Transistor M1 und M0 eingeschaltet bleiben, beispielsweise auf einer Basis eines halben Zyklus für eine AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode für eine DC-Eingangsspannung geändert wird. Die Verwendung einer Basis auf einem Halbzyklus für eine AC-Eingangsspannung und 20 ms für die eingestellte Dauer einer DC-Eingangsspannung ist zum Zwecke der Veranschaulichung vorgesehen und nicht als beschränkend zu verstehen.
Gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 über die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Dauer, für die die Transistoren M0 und M1 eingeschaltet werden, mit Grobanpassung und Feinanpassung erhöhen oder verringern (d.h. die Einschaltdauer erhöhen oder verringern). Mit der Grobanpassung kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer in relativ großen Schrittgrößen anpassen, um den LED-Strom schnell an den Zielstrompegel anzunähern. Mit der Feinanpassung kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer in relativ kleinen Schrittgrößen anpassen, um Flackereffekte zu vermeiden.
3 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für konstante Einschaltdauer der Einschaltdauereinstellschaltung gemäß 2 ausführlicher veranschaulicht. Wie gezeigt enthält die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer Komparatoren 32, 34, 36, 38 und 40, von denen jeder die VCOM-Spannung mit einem festgelegten Spannungspegel vergleicht. Wenn die VCOM-Spannung bei dem gezeigten Beispiel größer ist als 1,5 Volt (V), dann kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 über die Schaltung für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 verringern, und wenn die VCOM-Spannung geringer ist als 1,5 V, dann kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 über die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 erhöhen.
Beispielsweise vergleicht der Komparator 32, wie dargestellt, VCOM mit 1,6 V, der Komparator 34 vergleicht VCOM mit 1,5 V, der Komparator 36 vergleicht VCOM mit 1,8 V, der Komparator 38 vergleicht VCOM mit 1,2 V, und der Komparator 40 vergleicht VCOM mit 1,4 V. Bei diesem Beispiel können die Spannungen 1,2 V, 1,4 V, 1,5 V, 1,6 V und 1,8 V als Vielzahl von festgelegten Spannungen betrachtet werden, mit denen die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die VCOM-Spannung vergleicht. Ferner ist die festgelegte Spannung 1,5 V die Mittelspannung von 1,2 V, 1,4 V, 1,6 V und 1,8 V. Es versteht sich, dass die Spannungswerte von 1,2 V, 1,4 V, 1,5 V, 1,6 V und 1,8 V nur zum Zweck der Veranschaulichung bereitgestellt sind und nicht als beschränkend zu verstehen sind. Darüber hinaus veranschaulicht dieses Beispiel zwei Spannungen unterhalb der Mittelspannung (d.h. 1,2 V und 1,4 V unter 1,5 V) und zwei Spannungen über der Mittelspannung (d.h. 1,6 V und 1,8 V über 1,5 V); allerdings sind die Techniken nicht hierauf beschränkt. Es können mehr oder weniger als zwei Spannungspegel oberhalb des mittleren Spannungspegels vorhanden sein. Außerdem muss es sich bei dem Spannungspegel, der dazu verwendet wird, festzustellen, ob die Einschaltdauer angepasst werden soll (z.B. 1,5 V bei diesem Beispiel) nicht notwendigerweise um die mittlere Spannung handeln.
Wie oben beschrieben kann der LED-Treiber 14, weil die Abweichung des LED-Stroms relativ groß sein kann, dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 über einen weiten Bereich anzupassen, um eine universelle Eingangs- und breite Ausgangsspannung zu unterstützen. Gemäß einigen Beispielen kann die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 im Bereich von 800 ns bis 20 µs liegen. Wegen des weiten Bereichs der Einschaltdauer kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer in relativ großen Schritten anzupassen (z.B. zumindest um 10% pro Halbzyklus oder eingestellter Periode). Um Flackern zu vermeiden, kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer in relativ geringen Schritten (z.B. 0,1%) anzupassen.
Allerdings kann die Implementierung von Techniken, die die Anpassungen mit derart großen Schrittgrößen zulassen und die ebenso Anpassungen mit derart kleinen Schrittgrößen zulassen, kompliziert und schwierig zu testen sein. Gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 über die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer einstellen, indem sie eine Vielzahl von Kondensatoren parallel schaltet und die Amplitude des Stroms, der die Kondensatoren lädt, steuert.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer Kondensatoren C0–C32. Die Kondensatoren C1–C32 sind mit jeweiligen Schaltern verbunden, die sie an die Stromquelle ICHARGE anschließen. Es können mehr oder weniger als die Kondensatoren C1–C32 vorhanden sein, und diese Kondensatoren sind lediglich für Beispielzwecke dargestellt.
Gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer, indem sie steuert, welche der Kondensatoren C1–C32 zueinander parallel geschaltet werden, eine Grobanpassung der Einschaltdauer vorsehen (z.B. die Einschaltdauer durch relativ große Schrittgrößen anpassen). Durch Steuern der Amplitude des Stroms ICHARGE kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer eine Feinanpassung der Einschaltdauer vorsehen (z.B. die Einschaltdauer durch relativ geringe Schrittgrößen anpassen). Anfänglich kann der Strom ICHARGE die Kondensatoren C0–C32 so aufladen, dass die Spannung über diesen Kondensatoren näherungsweise gleich der Spannung VTH ist.
Um kleine Schrittgrößen zu erzielen (z.B. in der Größenordnung von ±0,1%), können die Techniken ein Fraktional-n-Verfahren (engl.: "fractional-n method") einsetzen. Bei dem Fraktional-n-Verfahren kann die Schaltung für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer, ausgenommen einmal bei jedem N-ten Mal während des AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für die DC-Spannung, genauso lassen wie während der vorangehenden Einschaltdauer. Beispielsweise können die Transistoren M0 und M1 während eines AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung mehrere Male (z.B. 1000-mal) ein- und ausschalten. Das Ein- und Ausschalten der Transistoren M0 und M1 wird als ein Schaltpuls bezeichnet.
Die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer kann eine Vielzahl von Schaltpulsen (d.h. N Schaltpulse) zu einer Einheit gruppieren, wobei es bei einem AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung mehrere Einheiten gibt (z.B. 1000/N). Die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer kann die Einschaltdauer einmal pro Einheit anpassen. Für die anderen Schaltpulse kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer so lassen, wie für die vorangegangene Einschaltdauer. Auf diese Weise kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer dazu in der Lage sein, die Einschaltdauer zum Erreichen eines höheren Werts anzupassen, allerdings kann die Anpassung über die gesamten N Schaltpulse kleiner sein.
Als Beispiel würde eine ideale Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer, um eine 0,1%-Änderung der Einschaltdauer für einen AC-Halbzyklus oder eine eingestellte Periode für DC zu erreichen, die Einschaltdauer für jeden Schaltpuls um 0,1% anpassen. Allerdings kann das Durchführen einer derart geringen Anpassung für jeden Schaltpuls unpraktisch sein.
Es kann für die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer praktikabel sein, eine auf die Einschaltdauer größere Anpassung anzuwenden als 0,1%. Wenn die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer diese größere Anpassung der Einschaltdauer nur einmal während einer Einheit vornimmt (wobei die eine Einheit eine Anzahl von N Schaltpulsen enthält), dann ist die effektive Einschaltdauer über die gesamte Einheit wesentlich geringer.
Beispielsweise kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer N = 32 setzen, was bedeutet, dass 32 Schaltpulse als eine Einheit behandelt werden. Bei diesem Beispiel kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer um 3,2% für einen Schaltpuls der 32 Schaltpulse anpassen, und sie kann die Einschaltdauer für die anderen 31 Schaltpulse so belassen wie die Vorherige. Das Anpassen der Einschaltdauer um 3,2% kann wesentlich einfacher sein als das Anpassen der Einschaltdauer um 0,1%. Daher beträgt bei diesem Beispiel die effektive Anpassung der Einschaltdauer 0,1% (d.h. 3,2% geteilt durch 32) für die eine Einheit von Schaltzyklen. Die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer kann dieselben Techniken für sämtliche Gruppen von 32 Schaltpulsen bei einem AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung anwenden (d.h. dieselben Techniken für alle 32 Schaltpulse innerhalb aller Schaltpulse anwenden, die in dem AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung auftreten).
Demgemäß beträgt die effektive Anpassung der Einschaltdauer für den gesamten AC-Halbzyklus oder die eingestellte Periode für die DC-Spannung 0,1%. Auf diese Weise passt das Fraktional-n-Verfahren die Einschaltdauer für einen Bruchteil der Schaltpulse an und behält die Einschaltdauer für die anderen Schaltpulse gleich der vorherigen Einschaltdauer, um eine effektiv feinere Anpassung zu erzielen (d.h. um 3,2% für einen Teil der Schaltpulse anpassen, um eine effektiv feinere Anpassung von 0,1% zu erzielen).
Es versteht sich, dass das obige Beispiel 32 Schaltpulse als Einheit als Beispiel verwendet, und dass die Einheit 30 für konstante Einschaltdauer mehr oder weniger als 32 Schaltpulse als Einheit verwenden kann. Weiterhin verwendet das obige Beispiel auch bis zu 32 Kondensatoren C1–C32, die potentiell miteinander verbunden sein können. Es versteht sich, dass die Anzahl der Kondensatoren, die potentiell miteinander verbunden werden können, und die Anzahl der Schaltpulse, die eine Einheit bilden, nicht notwendiger Weise bei jedem Beispiel dieselben sein müssen. Beispielsweise können mehr oder weniger als 32 Kondensatoren, die selektiv parallel geschaltet werden, und mehr oder weniger als 32 Schaltpulse in einer Einheit vorhanden sein, und diese Zahlen müssen nicht notwendiger Weise dieselben sein.
Wie in 3 gezeigt, vergleicht der Komparator 34, um eine Feinanpassung zu erreichen, die VCOM-Spannung mit 1,5 V. Basierend auf dem Vergleich kann der Zähler 42 aufwärts oder abwärts zählen. Bei dem Zähler 42 kann es sich um einen Aufwärts-/Abwärtszähler handeln, und gemäß einigen Beispielen um einen 9-Bit-Aufwärts-/Abwärtszähler. Der Zähler 42 kann von dem Taktgeber 46 einen Takt erhalten, der bewirkt, dass der Zähler 42 aufwärts oder abwärts zählt. Der Takt 46 kann ein 100 Hz-Takt sein, was bedeutet, dass der Zähler 42 alle 10 ms (1/100 gleich 10 ms) aufwärts oder abwärts zählt.
Eine Fraktionaleinheit (engl.: "fractional unit") 54 empfängt den Wert vom Zähler 42 und ist dazu ausgebildet, eine Spannung auszugeben, die dazu verwendet wird, das Fraktional-n-Verfahren zu implementieren. Beispielsweise kann die Fraktionaleinheit 54 bei jedem N-ten Exemplar (engl.: "sample") der Einheit von Schaltpulsen eine Spannung ausgeben. Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 48 empfängt den Wert von der Fraktionaleinheit 54 und stellt die Amplitude der ICHARGE-Stromquelle ein. Auf diese Weise kann die Fraktionaleinheit 54 eine Spannung ausgeben, die, wenn sie durch den DAC 48 in eine digitale Spannung konvertiert wird, bewirkt, dass die ICHARGE-Stromquelle den Strompegel innerhalb eines Schaltpulses für N – 1 Schaltpulse auf denselben Pegel einstellt, soweit es eine Vielzahl von Schaltpulsen innerhalb eines Halbzyklus für eine AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode für eine DC-Eingangsspannung gibt. Die Fraktionaleinheit 54 kann eine Spannung ausgeben, die, wenn sie von dem DAC 48 in eine digitale Spannung konvertiert wird, bewirkt, dass die ICHARGE-Stromquelle den Strompegel für den N-ten Schaltpuls innerhalb der Einheit der Schaltpulse auf den geänderten Pegel einstellt. Entsprechend kann die effektive Einschaltdauer des Leistungstransistors für eine Einheit von Schaltpulsen der Feinabstimmungseinstellung gleich sein, selbst wenn die Einschaltdauer des Leistungstransistors für den N-ten Schaltpuls innerhalb der Einheit von Schaltpulsen verschieden war.
Um bei dem vorhergehenden Beispiel zu bleiben, wird als Beispiel angenommen, dass 32 Schaltpulse eine Einheit bilden. Bei diesem Beispiel kann die Fraktionaleinheit 54 eine Spannung ausgeben, die bewirkt, dass der DAC 48 eine Spannung ausgibt, die die Amplitude der ICHARGE-Stromquelle so einstellt, dass die Dauer, die die ICHARGE-Stromquelle benötigt, um die miteinander verbundenen Kondensatoren C0–C32 aufzuladen, für den N-ten Schaltpuls innerhalb der Einheit von Schaltpulsen um 3,2% angepasst wird. Für viele der Schaltpulse veranlasst die Fraktionaleinheit 54 den DAC 48, den Strompegel für die ICHARGE-Stromquelle für N – 1 Schaltpulse einer Einheit von Schaltpulsen einzustellen. Allerdings gibt die Fraktionaleinheit 54 für den N-ten Schaltpuls (d.h. einmal alle 32 Schaltpulse) eine Spannung aus, die den DAC 48 veranlasst, eine Spannung auszugeben, die bewirkt, dass die ICHARGE-Stromquelle die geänderte Amplitude ausgibt (z.B. eine Änderung um 3,2% für eine effektive Änderung von 0,1% des Stroms, was eine effektive Anpassung um 0,1% für eine Einheit von Schaltpulsen darstellt). Auf diese Weise kann die Einschaltdauereinstellschaltung 22 über die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer dazu ausgebildet sein, eine Feinanpassung zu implementieren (d.h. die Einschaltdauer der Transistoren M0 und M1 mit kleinen Schrittgrößen anzupassen).
Beispielsweise vergleicht der Komparator 34 die VCOM-Spannung mit 1,5 V. Wenn die VCOM-Spannung innerhalb eines AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode der DC-Spannung höher ist als 1,5 V, zählt der Zähler 42 um 1 abwärts. Nach dem DAC 48 steigt der Ladestrom ICHARGE gemäß dem Fraktional-n-Verfahren effektiv um 0,1% an und für den nächsten vollständigen AC-Zyklus oder die nächste eingestellte Periode für eine DC-Spannung verringert sich die Einschaltdauer effektiv um 0,1%. Wenn die VCOM-Spannung innerhalb eines AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode der DC-Spannung geringer ist als 1,5 V, zählt der Zähler 42 um 1 aufwärts. Nach dem DAC 48 fällt der Ladestrom gemäß dem Fraktional-n-Verfahren um 0,1% ab, und für den nächsten vollständigen AC-Zyklus oder die nächste eingestellte Periode bei einer DC-Spannung steigt die Einschaltdauer effektiv um 0,1%. Gemäß einigen Beispielen sollte das Feinabstimmungsverfahren ±25% des Einschaltdauerbereichs abdecken.
Der Zähler 42, der DAC 48 und die Fraktionaleinheit 54 können zusammen so betrachtet werden, dass sie eine Schaltung zur Feinanpassung bilden. Entsprechend kann der LED-Treiber 14 eine Schaltung zur Feinanpassung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Amplitude einer Stromquelle (z.B. der ICHARGE-Stromquelle) festzulegen, die dazu verwendet wird, einen oder mehr einer Vielzahl von Kondensatoren (z.B. C0–C32) zu laden, um eine Dauer, für die ein Leistungstransistor eingeschaltet wird (z.B. eine Einschaltdauer des Leistungstransistors M0) um eine erste Schrittgröße (z.B. 0,1%) anzupassen.
Es versteht sich, dass das obige nur eine Beispielmethode beschreibt, wie das Fraktional-n-Verfahren implementiert werden kann. Allerdings kann es möglich sein, das Fraktional-n-Verfahren unter Verwendung anderer Verfahren zu implementieren. Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken sollten nicht als auf die oben beschriebenen Beispielmethoden zur Implementierung des Fraktional-n-Verfahrens beschränkt betrachtet werden.
Gemäß einigen Beispielen ist ein Komparator dazu ausgebildet, eine Spannung, die auf eine Stärke eines durch die eine oder mehr LEDs fließenden LED-Stroms schließen lässt, mit einer Schwellenspannung zu vergleichen. Beispielsweise ist der Komparator 34 dazu ausgebildet, die VCOM-Spannung über dem Kondensator CT, die auf die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schließen lässt, zu vergleichen. Die Schaltung des LED-Treibers 22 zur Feinabstimmung kann die Amplitude der ICHARGE-Stromquelle basierend auf dem Vergleich bestimmen (z.B. durch Aufwärtszählen oder Abwärtszählen des Zählers 42 und durch Bestimmen der Amplitude aus der Digital-Analog-Wandlung über den DAC 48).
Die Schaltung zur Feinanpassung kann das Fraktional-n-Verfahren implementieren, um die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0 um eine erste Schrittgröße anzupassen. Beispielsweise kann die Schaltung zur Feinanpassung die ICHARGE-Stromquelle dazu veranlassen, für einen Schaltpuls einer Einheit von Schaltpulsen (z.B. 32 Schaltpulse innerhalb einer Einheit von Schaltpulsen) Strom mit einer durch die Schaltung zur Feinanpassung bestimmten Amplitude auszugeben, um die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine größere Schrittgröße anzupassen (z.B. um 3,2% anstelle von 0,1%).
Bei der in dieser Offenbarung beschriebenen Technik ist ein Schaltpuls ein Vorgang des Ein- und Ausschaltens des LED-Stroms, und es gibt eine oder mehr Einheiten von Schaltpulsen in einem Halbzyklus einer AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode einer DC-Eingangsspannung. Beispielsweise kann eine Einheit von Schaltpulsen aus 32 Schaltpulsen bestehen, und innerhalb eines Halbzyklus einer AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode (z.B. 20 ms) einer DC-Eingangsspannung kann es 1000/32 Einheiten von Schaltpulsen geben, was bedeutet, dass es innerhalb eines Halbzyklus einer AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode einer DC-Eingangsspannung 1000 Schaltpulse gibt.
Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann die Schaltung zur Feinanpassung die ICHARGE-Stromquelle dazu veranlassen, für einen Schaltpuls innerhalb der Einheit von Schaltpulsen einen Strom mit einer durch die Schaltung zur Feinanpassung bestimmten Amplitude auszugeben, und für die verbleibenden Schaltpulse einen Strom mit der vorhergehenden Amplitude auszugeben. Auf diese Weise bewirkt die Schaltung zur Feinanpassung eine effektive Anpassung der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch die erste Schrittgröße für den Halbzyklus der AC-Eingangsspannung oder die eingestellte Periode der DC-Eingangsspannung. Wenn beispielsweise eine Einheit von Schaltpulsen, die 32 Schaltpulse enthält, und der ICHARGE-Strom bewirkt, dass die Einschaltdauer um 3,2% angepasst wird, bewirkt die Schaltung zur Feinanpassung eine effektive Anpassung der Einschaltdauer des Leistungstransistors M0 um 3,2%/32, was gleich ist 0,1%.
Um eine Grobanpassung zu implementieren, kann die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer selektiv einen oder mehr Kondensatoren C0–C32 zusammen parallel schalten, um die Gesamtkapazität zu bilden. Beispielsweise kann die Dauer, die die ICHARGE-Stromquelle benötigt, um die Kondensatoren C0–C32 zu laden, eine Funktion davon sein, wie viele und welche dieser Kondensatoren zueinander parallel geschaltet sind. Bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann ein Decoder 50 eine Nachschlagtabelle speichern, die angibt, welche der Kondensatoren C0–C32 basierend auf dem Wert von dem Zähler 44 zueinander parallel geschaltet werden sollen.
Sogar bei Grobanpassung kann es gemäß einigen Beispielen eine schnelle Grobanpassung und eine langsame Grobanpassung geben. Die Schrittgröße bei der Anpassung der Einschaltdauer für die schnelle Grobanpassung ist größer als die Schrittgröße bei der Anpassung der Einschaltdauer für die langsame Grobanpassung. Die Verwendung von schneller Grobanpassung und langsamer Grobanpassung ist nicht bei jedem Beispiel erforderlich, und es kann nur eine Grobanpassungsstufe ausreichend sein. Alternativ kann es gemäß einigen Beispielen mehrere Grobanpassungsstufen geben (d.h. zusätzlich zur langsamen und schnellen Grobanpassung). Gemäß einigen Beispielen soll die Grobanpassung den gesamten Einschaltdauerbereich von 800 ns bis 20 µs abdecken.
Für langsame Grobanpassung vergleicht der Komparator 32 die VCOM-Spannung mit 1,6 V, und der Komparator 40 vergleicht die VCOM-Spannung mit 1,4 V. Wenn die VCOM-Spannung innerhalb eins AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung höher ist als 1,6 V, dann zählt der Zähler 44 um 1 abwärts. Bei dem Zähler 44 kann es sich gemäß einem Beispiel ebenfalls um einen Aufwärts-/Abwärtszähler handeln, und es kann sich um einen 6-Bit-Auf-/Abwärtszähler handeln. Der Decoder 50 kann basierend auf dem Wert von dem Zähler 44 festlegen, welche der Kondensatoren C0–C32 miteinander verbunden werden sollen. Gemäß diesem Beispiel kann der Decoder 50 festlegen, welche Kondensatoren C0–C32 miteinander verbunden werden sollen, so dass sich die Gesamtkapazität um 10% verringert. In diesem Fall wird sich die Einschaltdauer für den nächsten gesamten AC-Halbzyklus oder die eingestellte Periode für DC-Spannung um 10% verringern.
Wenn innerhalb eines AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung die VCOM-Spannung geringer ist als 1,4 V, dann zählt der Zähler 44 um 1 aufwärts. Der Decoder 50 kann basierend auf dem Wert von dem Zähler 44 festlegen, welche Kondensatoren C0–C32 miteinander verschaltet werden sollen. Gemäß diesem Beispiel kann der Decoder 50 festlegen, welche Kondensatoren C0–C32 miteinander verschaltet werden sollen, so dass die Gesamtkapazität um 10% ansteigt. In diesem Fall steigt die Einschaltdauer für den nächsten gesamten AC-Halbzyklus oder die eingestellte Periode für DC-Spannung um 10%.
Wenn die VCOM-Spannung innerhalb eines AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung höher ist als 1,4 V und geringer als 1,6 V, muss der Zähler 44 nicht aufwärts zählen oder abwärts zählen. In diesem Fall bleibt die Gesamtkapazität dieselbe. Für den nächsten AC-Halbzyklus oder die eingestellte Periode für DC-Spannung muss sich die Einschaltdauer nicht zu sehr ändern, und sie kann nur durch die Feinanpassung beeinflusst werden.
Für die schnelle Grobanpassung vergleicht der Komparator 36 die VCOM-Spannung mit 1,8 V, und der Komparator 38 vergleicht die VCOM-Spannung mit 1,2 V. Wenn die VCOM-Spannung innerhalb eines AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung höher ist als 1,8 V, dann zählt der Zähler 44 um 5 abwärts. Der Decoder 50 kann, basierend auf dem Wert von dem Zähler 44 festlegen, welche Kondensatoren C0–C32 miteinander verbunden werden sollen. Gemäß diesem Beispiel kann der Decoder 50 festlegen, welche Kondensatoren C0–C32 verbunden werden sollen, so dass sich die Gesamtkapazität um 50% verringert. In diesem Fall verringert sich die Einschaltdauer während des nächsten gesamten AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung um 50%.
Wenn die VCOM-Spannung innerhalb eines AC-Halbzyklus oder der eingestellten Periode für DC-Spannung geringer ist als 1,2 V, dann zählt der Zähler 44 um 5 aufwärts. Der Decoder 50 kann basierend auf dem Wert von dem Zähler 44 festlegen, welche Kondensatoren C0–C32 miteinander verbunden werden sollen. Bei diesem Beispiel kann der Decoder 50 festlegen, welche Kondensatoren C0–C32 miteinander verbunden werden sollen, so dass die Gesamtkapazität um 50% ansteigt. In diesem Fall steigt die Einschaltdauer für den nächsten gesamten AC-Halbzyklus oder die eingestellte Periode für DC-Spannung um 50%.
Bei diesem Beispiel können der Zähler 44 und der Decoder 50 so betrachtet werden, dass sie eine oder mehr Schaltungen zur Grobanpassung bilden. Wenn beispielsweise nur schnelle Grobanpassung und langsame Grobanpassung verwendet werden, können der Zähler 44 und der Decoder 50 so betrachtet werden, dass sie nur eine Schaltung zur Grobanpassung bilden. Wenn sowohl schnelle Grobanpassung als auch langsame Grobanpassung verwendet werden, können der Zähler 44 und der Decoder 50 so betrachtet werden, dass sie eine erste Schaltung zur Grobanpassung und eine zweite Schaltung zur Grobanpassung bilden.
Wie gezeigt kann der Komparator 32 eine Spannung (VCOM-Spannung), die auf den LED-Strom schließen lässt, mit einer ersten Schwellenspannung (z.B. 1,6 V) vergleichen, und der Komparator 40 kann die Spannung, die auf den LED-Strom schließen lässt, mit einer zweiten Schwellenspannung (z.B. 1,2 V) vergleichen. Bei diesem Beispiel ist die Schaltung zur Grobanpassung dazu ausgebildet, basierend auf dem Vergleich des Komparators 42 und des Komparators 40 festzulegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren C0–C32 parallel zu schalten sind. Die Werte 1,6 V und 1,2 V als erste Schwellenspannung und zweite Schwellenspannung sind nur zum Zweck der Erläuterung vorgesehen und sie sind nicht als beschränkend zu betrachten.
Gemäß einigen Beispielen kann eine zweite Schaltung zur Grobanpassung durch eine dritte Schrittgröße, die größer ist als die zweite Schrittgröße, festlegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren C0–C32 parallel zu schalten sind, um die Dauer anzupassen, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird. Wenn beispielsweise die VCOM-Spannung größer ist als 1,8 V oder kleiner als 1,2 V, kann die Anpassung der Einschaltdauer des Leistungstransistors M0 50% betragen versus 10%, wenn die VCOM-Spannung größer ist als 1,6 V und kleiner als 1,8 V, oder weniger als 1,4 V aber größer als 1,2 V. Wie oben sind die Werte 1,8 V und 1,2 V lediglich zum Zwecke der Erläuterung vorgesehen und nicht als beschränkend zu verstehen.
In einigen Fällen, wenn die zweite Schaltung zur Grobanpassung festlegt, welche Kondensatoren parallel zu schalten sind, bestimmt die erste Schaltung zur Grobanpassung nicht, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren C0–C32 parallel zu schalten sind. Wenn beispielsweise schnelle Grobanpassung eingesetzt wird, um die Einschaltdauer um 50% anzupassen, dann darf langsame Grobanpassung erst nach der schnellen Grobanpassung angewendet werden, oder sie darf überhaupt nicht angewendet werden, wenn die Feinanpassung dazu in der Lage ist, den LED-Strom auf den Zielstrompegel anzupassen.
Auf diese Weise passen die Schaltung zur Feinanpassung und die Schaltung zur Grobanpassung die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet ist, an, um die Stärke des LED-Stroms, der durch die eine oder mehr LEDs fließt, an einen LED-Zielstrompegel anzupassen. Beispielsweise kann der LED-Treiber 14 über die Schaltung zur Feinanpassung und die Schaltung zur Grobanpassung so konfiguriert werden, dass er die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden LED-Stroms an den LED-Zielstrompegel anpasst, ohne eine Eingangsspannung des LED-Treibers 14 oder eine Ausgangsspannung über der einen oder mehr LEDs (z.B. über den LEDs 0 und 1) zu messen.
Gemäß einigen Beispielen kann, um den weiten Bereich für die Einschaltdauer (z.B. von 800 ns bis 20 µs bei einer Schrittgröße von wenigstens 10%) zu erreichen, wenn nur Kondensatoren verwendet werden, um die Einschaltdauer für Grobanpassung einzustellen, die Differenz zwischen dem Kondensator, der verwendet wird, um die geringste Einschaltdauer zu erzeugen, und dem für die größte Einschaltdauer etwa das 25-fache betragen. Auch sollten die Kapazitäten der Kondensatoren in der Mitte von unterschiedlicher Auflösung sein, um die 10%-Anpassungsstufe zu erreichen. Wenn beispielsweise der Kondensator für die Einschaltdauer von 800 ns 4 pico-Farad (pF) beträgt, dann kann der Kondensator für 20 µs näherungsweise 100 pF betragen, mit einem Kondensatorbereich von 4,4 pF, 4,84 pF (+10%) ... 125 pF. Wiederum können diese Kondensatorwerte für die Grobanpassung gelten. Die Veränderung des Ladestroms ICHARGE zusammen mit dem Fraktional-n-Verfahren wird zur Feinanpassung verwendet.
Um an Größe des LED-Treibers 14 einzusparen, während gleichzeitig der weite Bereich und der Anpassungsschritt beibehalten werden, kann es möglich sein, eine Kombination von Kondensatoren und D-Flip-Flops einzusetzen, um die erforderliche Einschaltdauer einzustellen. Beispielsweise können die Kondensatoren von 4 pF bis 7,5 pF in Stufen von 0,5 pF reichen. Für die größere Einschaltdauer ist es möglich, die Rampe mehrmals (1x, 2x, ..., 32x) zu zählen, während auch der Kapazitätswert variiert wird.
Beispielsweise kann die Einschaltdauer gemäß einigen Beispielen dadurch festgelegt werden, dass die Zeit gemessen wird, die erforderlich ist, den einen oder die mehr Kondensatoren mit einem Strom zu laden, um von einer anfänglichen Spannung 0 V eine Schwellenspannung zu erreichen. Entsprechend lässt die Rate, mit der die Spannung an dem einen oder den mehr Kondensatoren ansteigt, auf die Einschaltdauer des Leistungstransistors schließen. Wenn der Kondensator größer ist, dann ist die Zeit, die für die Spannung auf dem einen oder den mehr Kondensatoren zum Anstieg bis zur Schwellenspannung erforderlich ist, länger.
Wenn eine sogar noch längere Einschaltdauer benötigt wird (z.B. 2x der vorherigen Einschaltdauer), kann der LED-Treiber 14 zulassen, dass die Spannung an dem einen oder den mehr Kondensatoren bis zu der Schwellenspannung ansteigt, dann die Spannung zurück auf Null kurzzuschließen, und dann den einen oder die mehr Kondensatoren erneut auf die Schwellenspannung ansteigen zu lassen. In diesem Fall ist die Einschaltdauer eine Addition von zwei Mal dem Anstieg des einen oder der mehr Kondensatoren auf die Schwellenspannung. Gemäß einigen Beispielen kann der LED-Treiber 14 durch Verwendung eines Zählers eines D-Flip-Flops zählen, wie oft die Spannung an dem einen oder den mehr Kondensatoren bis zur Schwellenspannung ansteigt, die Einschaltdauer, die ein Vielfaches der Zeit ist, die erforderlich ist, damit die Spannung an dem einen oder den mehr Kondensatoren die Schwellenspannung erreicht, erhöhen.
Auf diese Weise stellen die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken einen LED-Treiber bereit, der in der Lage ist, die Dauer zu steuern, Leistungstransistor M0 durch den der LED-Strom fließt (d.h. die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0) über einen Bereich, der weit genug ist, einen universellen Eingangsspannungsbereich und einen weiten Ausgangsspannungsbereich abzudecken. Außerdem kann der LED-Treiber 14 bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken, wenn eine große Abweichung der Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms vom Zielstrompegel vorliegt, dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0 in großen Schrittgrößen anzupassen, so dass die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schnell auf näherungsweise den Zielstrompegel zurückkehrt. Wenn eine kleine Abweichung der Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms vom Zielstrompegel vorliegt, kann der LED-Treiber 14 dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0 in kleinen Schrittgrößen anzupassen, um Flackern zu minimieren. Gemäß einigen Beispielen kann der LED-Treiber 14 dazu ausgebildet sein, die Einschaltdauer des Leistungstransistors 40 anzupassen, ohne die Eingangs- oder Ausgangsspannung zu messen.
Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken können einen oder mehr der folgenden Vorteile bereitstellen. Beispielsweise kann der LED-Treiber einen Universaleingang bereitstellen, wobei der LED-Strom unabhängig davon, ob die Netzspannung (engl.: "line voltage") oder die Amplitude der Netzspannung hoch oder niedrig ist, der LED-Strom unverändert bleibt (d.h. zum Zielstrompegel zurückkehrt). Ähnlich bleibt der LED-Strom über einen weiteren Ausgangsbereich derselbe. Mit der Grobanpassung erreicht die Einschaltdauereinstellschaltung 22 über die Schaltung 30 für konstante Einschaltdauer die Einschaltdauer relativ schnell, was bedeutet, dass der LED-Strom den Zielstrompegel relativ schnell erreicht. Eine derartige schnelle Korrektur des LED-Stroms kann insbesondere in dem Fall nützlich sein, in dem sich die Eingangsspannung nach dem Einschalten zeitweise von einer hohen Netzspannung auf eine niedrige Netzspannung (engl.: "from high line to low line") oder umgekehrt plötzlich ändert. Außerdem müssen die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken die Chipgröße des LED-Treibers 14 nicht beeinflussen. Beispielsweise können nur einige zusätzliche Komparatoren und einige D-Flip-Flops erforderlich sein, um die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zu implementieren, und derartige Komponenten müssen nicht viel zusätzliche Fläche erfordern.
Es wurde eine Simulation durchgeführt, um die Wirksamkeit der in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zu bestimmen. Bei den folgenden Beispielen betrug der LED-Zielstrompegel 0,47 A.
Bei einer Simulation war die Eingangsspannung eine hoch eingestellte DC-Spannung, und die Ausgangsspannung betrug näherungsweise 28 V. In diesem Fall hat die Simulation gezeigt, dass der LED-Strom auf 0,47 A geregelt werden kann. Bei einer anderen Simulation war die Eingangsspannung eine niedrig eingestellte AC-Spannung, und die Ausgangsspannung betrug näherungsweise 28 V. In diesem Fall hat die Simulation gezeigt, dass der LED-Strom auf 0,475 A geregelt werden kann.
Bei einer anderen Simulation war die Eingangsspannung für die ersten 0,8 Sekunden gering und eine AC-Spannung, und die Ausgangsspannung betrug näherungsweise 28 V. Die Simulation hat gezeigt, dass der LED-Strom auf 0,475 A geregelt werden kann. Dann war die Eingangsspannung von 0,8 Sekunden bis 1,6 Sekunden hoch und eine DC-Spannung, und die Ausgangsspannung betrug näherungsweise 28 V. Die Simulation hat gezeigt, dass der LED-Strom auf 0,474 A geregelt werden kann. Dann war die Eingangsspannung von 1,6 Sekunden bis 2,4 Sekunden gering und eine AC-Spannung, und die Ausgangsspannung betrug näherungsweise 28 V. Die Simulation hat gezeigt, dass der LED-Strom auf 0,477 A geregelt werden kann. Bei dieser Simulation kann der LED-Strom, sogar wenn die Eingangsspannung von AC nach DC und zurück nach AC geändert wird, immer noch auf den Zielstrompegel geregelt werden.
Bei einer anderen Simulation war die Eingangsspannung hoch und eine AC-Spannung, und die Ausgangsspannung betrug näherungsweise 65 V. Die Simulation hat gezeigt, dass der LED-Strom auf 0,473 A geregelt werden kann. Die obigen Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass die Techniken, unabhängig davon, ob die Eingangsspannung AC oder DC ist, unabhängig davon, ob die Eingangsspannung hoch oder niedrig ist, unabhängig davon, ob sich die Eingangsspannung ändert oder nicht, und unabhängig davon, ob die Ausgangsspannung hoch oder niedrig ist, bewirken, dass der LED-Strom den Zielstrompegel erreicht.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Beispieltechnik gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken veranschaulicht. Allgemein zeigt 4 eine Beispieltechnik zur Anpassung der Dauer, für die ein Leistungstransistor eingeschaltet wird (z.B. die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0), die bewirkt, dass eine Stärke eines durch eine oder mehr LEDs und den Leistungstransistor fließenden LED-Stroms an den LED-Zielstrompegel angepasst wird.
Der LED-Treiber 14 kann feststellen, ob eine Spannung (z.B. die Spannung VCOM), die auf einen durch eine oder mehr LEDs fließenden Strom schließen lässt, geringer ist als eine erste Schwellenspannung und größer als eine zweite Schwellenspannung (56). Beispielsweise vergleicht ein Komparator 32, wie in 3 gezeigt, die Spannung VCOM mit einer Schwellenspannung von 1,6 V, und ein Komparator 40 vergleicht die Spannung VCOM mit einer Schwellenspannung von 1,4 V. Bei diesem Beispiel beträgt die erste Schwellenspannung 1,6 V, und die zweite Schwellenspannung beträgt 1,4 V. Beispielsweise können die Komparatoren 32 und 40 signalisieren, ob die Spannung VCOM geringer ist als 1,6 V und größer als 1,4 V.
Als Reaktion auf die Feststellung, dass die Spannung VCOM geringer ist als die erste Schwellenspannung und größer als die zweite Schwellenspannung (JA von 56), kann der LED-Treiber 14 eine Amplitude einer Stromquelle festlegen, die dazu verwendet wird, einen oder mehr von einer Vielzahl von Kondensatoren zu laden (58). In diesem Fall ist die Spannung VCOM beispielsweise geringer als 1,6 V und größer als 1,4 V. Außerdem kann ein Komparator 34 auch anzeigen, ob die Spannung VCOM größer oder kleiner als 1,5 V ist. In diesem Fall können ein Zähler 42 und ein DAC 48, die zusammen einen Teil einer Schaltung zur Feinanpassung bilden, eine Amplitude der ICHARGE-Stromquelle festlegen, um einen oder mehr Kondensatoren C0–C32 zu laden.
Der LED-Treiber 14 kann eine Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird (wie z.B. die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0) durch eine erste Schrittgröße (z.B. 0,1%) anpassen, indem er den einen oder die mehr der Vielzahl von Kondensatoren basierend auf der festgelegten Amplitude lädt (60). Gemäß einigen Beispielen kann der LED-Treiber das Fraktional-n-Verfahren implementieren, um die Einschaltdauer des Transistors M0 durch die erste Schrittgröße anzupassen. Beispielsweise kann der LED-Treiber 14 die ICHARGE-Stromquelle dazu veranlassen, für einen Schaltpuls innerhalb einer Einheit von Schaltpulsen einen Strom mit der festgelegten Amplitude auszugeben, um die Einschaltdauer für die der Leistungstransistor M0 eingeschaltet wird, durch eine größere Schrittgröße (z.B. 3,2%, was größer ist als 0,1%) anzupassen. Der LED-Treiber 14 kann die ICHARGE-Stromquelle dazu veranlassen, für die verbleibenden Schaltpulse der Einheit einen Strom mit einer vorherigen Amplitude auszugeben.
Wie vorangehend beschrieben weist ein Schaltpuls einen Vorgang auf, bei dem der LED-Strom ein- und ausgeschaltet wird, und es gibt eine oder mehr Einheiten, und es gibt eine oder mehr Einheiten von Schaltpulsen in einem Halbzyklus einer AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode einer DC-Eingangsspannung. Bei diesem Beispiel gibt die ICHARGE-Stromquelle für einen Schaltpuls innerhalb der Einheit von Schaltpulsen einen Storm mit einer Amplitude aus, wie sie durch die Fraktionaleinheit 54 festgelegt wurde, und sie gibt für die verbleibenden Schaltpulse einen Strom mit der vorangegangenen Amplitude aus, was zu einer effektiven Anpassung der Dauer führt, für die der Leistungstransistor M0 durch die erste Schrittgröße (z.B. 0,1%) für den Halbzyklus der AC-Eingangsspannung oder die eingestellte Periode der DC-Eingangsspannung) eingeschaltet wird (z.B. die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0).
Als Reaktion auf die Feststellung, dass die Spannung VCOM größer ist als die erste Schwellenspannung oder geringer als die zweite Schwellenspannung (NEIN von 56), kann der LED-Treiber 14 festlegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind (62). Der LED-Treiber 14 kann die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird (z.B. die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0) durch eine zweite, größere Schrittgröße (z.B. wenigstens 10%) anpassen, indem er die festgelegten Kondensatoren parallel schaltet (64). Gemäß einigen Beispielen kann der LED-Treiber 14 auch Techniken zur Feinanpassung implementieren, um Flackern zu minimieren und den LED-Strom näher an den LED-Zielstrompegel heran zu führen.
Wenn beispielsweise die Spannung VCOM größer ist als 1,6 V oder kleiner als 1,4 V, oder größer als 1,8 V oder kleiner als 1,2 V, erhöht oder verringert der Zähler 44, der einen Teil der Schaltung zur Grobanpassung darstellt, den Zählerstand entsprechend. Der Decoder 50 verwendet eine Nachschlagtabelle, um festzulegen, welche Kondensatoren der Kondensatoren C0–C32 parallel geschaltet werden sollen, um die Einschaltdauer des Leistungstransistors M0 durch die zweite, größere Schrittgröße (z.B. 10%, falls größer als 1,6 V und kleiner als 1,8 V oder kleiner als 1,4 V und größer als 1,2 V, oder 50%, wenn größer als 1,8 V oder kleiner als 1,2 V) anzupassen. Der Decoder 50 kann die festgelegten Kondensatoren durch Schließen der betreffenden, mit den entsprechenden Kondensatoren verbundenen Schalter parallel schalten.
Es wurden verschiedene Beispiele von Techniken und Schaltungen beschrieben. Diese und andere Beispiele liegen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8253350 B2 [0045]

Claims

Leuchtdioden-(LED)-Treiber, der aufweist: eine Vielzahl von Kondensatoren; eine Schaltung zur Feinanpassung, die dazu ausgebildet ist, eine Amplitude einer Stromquelle festzulegen, die dazu eingesetzt wird, einen oder mehr der Vielzahl von Kondensatoren zu laden, um durch eine erste Schrittgröße eine Dauer einzustellen, für die ein Leistungstransistor eingeschaltet wird; und eine Schaltung zur Grobanpassung, die dazu ausgebildet ist, festzulegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind, um durch eine zweite, größere Schrittgröße die Dauer einzustellen, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird.
LED-Treiber nach Anspruch 1, wobei die Schaltung zur Feinanpassung dazu ausgebildet ist, die Stromquelle zu veranlassen: für einen Schaltpuls innerhalb einer Einheit von Schaltpulsen einen Strom mit der durch die Schaltung zur Feinanpassung festgelegten Amplitude auszugeben, um durch eine dritte, verschiedene Schrittgröße die Dauer anzupassen, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird; und für die verbleibenden Schaltpulse in der Einheit Strom mit einer vorherigen Amplitude auszugeben, wobei ein Schaltpuls einen Ein- und Ausschaltvorgang des LED-Stroms umfasst, wobei in einem Halbzyklus einer AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode einer DC-Eingangsspannung ein oder mehr Einheiten von Schaltpulsen vorhanden sind, und wobei das Ausgeben von Strom mit der durch die Schaltung zur Feinanpassung festgelegten Amplitude für einen Schaltpuls innerhalb der Einheit von Schaltpulsen und das Ausgeben von Strom mit der vorherigen Amplitude für die verbleibenden Schaltpulse durch die erste Schrittgröße für den Halbzyklus der AC-Eingangsspannung oder die eingestellte Periode der DC-Eingangsspannung eine effektive Anpassung der Dauer bewirkt, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird.
LED-Treiber nach Anspruch 1 oder 2, der ferner aufweist: einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung, die auf die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schließen lässt, mit einer Schwellenspannung zu vergleichen, wobei die Schaltung zur Feinanpassung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Vergleich die Amplitude der Stromquelle zu bestimmen.
LED-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner aufweist: einen ersten Komparator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung, die auf die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schließen lässt, mit einer ersten Schwellenspannung zu vergleichen; und einen zweiten Komparator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung, die auf die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schließen lässt, mit einer zweiten, anderen Schwellenspannung zu vergleichen; wobei die Schaltung zur Grobanpassung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Vergleich des ersten Komparators und des zweiten Komparators festzulegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind.
LED-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schaltung zur Grobanpassung eine erste Schaltung zur Grobanpassung aufweist, und wobei der LED-Treiber ferner aufweist: eine zweite Schaltung zur Grobanpassung, um festzulegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind, um die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine dritte Schrittgröße anzupassen, die größer ist als die zweite Schrittgröße, wobei die erste Schaltung zur Grobanpassung, wenn die zweite Schaltung zur Grobanpassung festlegt, welche Kondensatoren parallel zu schalten sind, die erste Schaltung zur Grobanpassung nicht festlegt, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind.
LED-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der LED-Treiber dazu ausgebildet ist, durch die Schaltung zur Feinanpassung und die Schaltung zur Grobanpassung die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden LED-Stroms an einen LED-Zielstrompegel anzupassen, ohne eine Eingangsspannung des LED-Treibers oder eine Ausgangsspannung über der einen oder den mehr LEDs zu messen.
LED-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste Schrittgröße eine Anpassung der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, von 0,1 % aufweist, und bei dem die zweite Schrittgröße eine Anpassung der Dauer aufweist, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, von wenigstens 10 % aufweist.
LED-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Schaltung zur Grobanpassung dazu ausgebildet ist, die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, aus einem Bereich von etwa 800 Nanosekunden bis 20 Mikrosekunden anzupassen.
LED-Treiber nach Anspruch 8, bei dem die Schaltung zur Feinanpassung dazu ausgebildet ist, die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, aus einem Bereich anzupassen, der etwa gleich ist ±25 % des Bereichs der Schaltung zur Grobanpassung.
LED-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Schaltung zur Feinanpassung einen Zähler und eine Fraktionaleinheit aufweist, wobei der Zähler signalisiert, ob eine Anpassung der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, erforderlich ist, und wobei die Fraktionaleinheit basierend auf dem Zählerwert eine Änderung der Amplitude der Stromquelle festlegt, die verwendet wird, um einen oder mehr der Vielzahl von Kondensatoren zu laden.
LED-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Schaltung zur Grobanpassung einen Zähler und einen Decoder aufweist, wobei der Zähler signalisiert, ob eine Anpassung der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, erforderlich ist, und wobei der Decoder basierend auf dem Zählerwert festlegt, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind.
System, um eine oder mehr Leuchtdioden (LEDs) leuchten zu lassen, das aufweist: eine oder mehr LEDs; einen Leistungstransistor, der einen durch die eine oder mehr LEDs fließenden LED-Strom empfängt; und einen LED-Treiber, der den LED-Strom von dem Leistungstransistor empfängt und der ausgebildet ist: durch eine erste Schrittgröße eine Dauer einzustellen, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, indem eine Amplitude einer Stromquelle bestimmt wird, die dazu eingesetzt wird, einen oder mehr einer Vielzahl von Kondensatoren zu laden; und die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine zweite, größere Schrittgröße anzupassen, indem festgelegt wird, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind, wobei der LED-Treiber die Dauer anpasst, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, um eine Stärke des LED-Stroms, der durch die eine oder mehr LEDs fließt, an einen LED-Zielstrompegel anzupassen.
System nach Anspruch 12, wobei der LED-Treiber dazu ausgebildet ist, die Stromquelle dazu zu veranlassen: für einen Schaltpuls innerhalb einer Einheit von Schaltpulsen einen Strom mit der festgelegten Amplitude auszugeben, um durch eine dritte, andere Schrittgröße die Dauer anzupassen, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird; und für die verbleibenden Schaltpulse in der Einheit Strom mit einer vorherigen Amplitude auszugeben, wobei ein Schaltpuls einen Ein- und Ausschaltvorgang des LED-Stroms umfasst, wobei in einem Halbzyklus einer AC-Eingangsspannung oder einer eingestellten Periode einer DC-Eingangsspannung ein oder mehr Einheiten von Schaltpulsen vorhanden sind, und wobei das Ausgeben von Strom mit der festgelegten Amplitude für einen Schaltpuls innerhalb der Einheit von Schaltpulsen und das Ausgeben von Strom mit der vorherigen Amplitude für die verbleibenden Schaltpulse durch die erste Schrittgröße für den Halbzyklus der AC-Eingangsspannung oder die eingestellte Periode der DC-Eingangsspannung eine effektive Anpassung der Dauer bewirkt, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird.
System nach Anspruch 12 oder 13, wobei der LED-Treiber ferner aufweist: einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung, die auf die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schließen lässt, mit einer Schwellenspannung zu vergleichen, wobei der LED-Treiber dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Vergleich die Amplitude der Stromquelle zu bestimmen.
System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der LED-Treiber ferner aufweist: einen ersten Komparator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung, die auf die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schließen lässt, mit einer ersten Schwellenspannung zu vergleichen; und einen zweiten Komparator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung, die auf die Stärke des durch die eine oder mehr LEDs fließenden Stroms schließen lässt, mit einer zweiten, anderen Schwellenspannung zu vergleichen; wobei der LED-Treiber dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Vergleich des ersten Komparators und des zweiten Komparators festzulegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind.
System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der LED-Treiber dazu ausgebildet ist, die Stärke des durch eine oder mehr LEDs fließenden LED-Stroms an den LED-Zielstrompegel anzupassen, ohne eine Eingangsspannung des LED-Treibers oder eine Ausgangsspannung über der einen oder den mehr LEDs zu messen.
System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die erste Schrittgröße eine Anpassung der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, von 0,1 % aufweist, und bei dem die zweite Schrittgröße eine Anpassung der Dauer aufweist, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, von wenigstens 10 % aufweist.
System nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem der LED-Treiber dazu ausgebildet ist, durch die zweite Schrittgröße die Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, in einem Bereich von etwa 800 Nanosekunden bis 20 Mikrosekunden anzupassen.
System nach Anspruch 18, bei dem der LED-Treiber dazu ausgebildet ist, die Dauer, für die der Leistungstransistor durch die erste Schrittgröße eingeschaltet wird, in einem Bereich anzupassen, der etwa gleich ist ± 25 % des Bereichs der Anpassung der Dauer, für die der Leistungstransistor durch die zweite Schrittgröße eingeschaltet wird.
Verfahren, um eine oder mehr Leuchtdioden (LEDs) leuchten zu lassen, das aufweist: Ermitteln, ob eine Spannung, die auf eine Stärke eines durch die eine oder mehr LEDs fließenden LED-Stroms schließen lässt, geringer ist als eine erste Schwellenspannung und größer als eine zweite Schwellenspannung, wobei der LED-Strom durch einen Leistungstransistor fließt; als Reaktion auf die Feststellung, dass die Spannung geringer ist als die erste Schwellenspannung und größer als die zweite Schwellenspannung: Festlegen einer Amplitude einer Stromquelle, die dazu eingesetzt wird, einen oder mehr von einer Vielzahl von Kondensatoren zu laden; und Anpassen einer Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine erste Schrittgröße durch Laden des einen oder der mehr der Vielzahl von Kondensatoren basierend auf der festgelegten Amplitude; als Reaktion auf die Feststellung, dass die Spannung größer ist als die erste Schwellenspannung oder geringer als die zweite Schwellenspannung: Festlegen, welche Kondensatoren der Vielzahl von Kondensatoren parallel zu schalten sind; und Anpassen der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, durch eine zweite, größere Schrittgröße durch Parallelschalten der festgelegten Kondensatoren, wobei das Anpassen der Dauer, für die der Leistungstransistor eingeschaltet wird, bewirkt, dass sich die Stärke des LED-Stroms an den LED-Zielstrompegel anpasst.