ITMI20090498A1 - Apparato di controllo di diodi led. - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
dell'invenzione industriale avente per titolo:
“Apparato di controllo di diodi LED”
La presente invenzione concerne un apparato di controllo di diodi LED.
E noto l’utilizzo di diodi LED in vari campi dell’ elettronica. Un particolare uso dei diodi LED è rappresentato dai display a cristalli liquidi (LCD, liquid crystal display) dove i diodi LED sono utilizzati per illuminare i display.
La quantità di illuminazione corrisponde alla quantità di corrente che attraversa i diodi LED. La corrente che attraversa i diodi LED viene accuratamente regolata mediante un opportuno driver.
Con display LCD di grandi dimensioni il numero dei diodi LED e dei driver di pilotaggio dei diodi LED diventa significativo, Ciò implica un problema di dissipazione termica e di potenza dovuta al grande numero di componenti di potenza utilizzati ed alle grandi quantità di corrente e tensioni in gioco.
Nella figura 1 è mostrato un apparato di controllo di diodi LED in accordo all’arte nota. L’apparato comprende una catena di diodi LED 1, cioè un pluralità di diodi LED disposti in serie, accoppiata ad una tensione di alimentazione VREG ed a massa GND mediante un driver 2. Il driver 2 comprende un transistor NMOS 22 avente il terminale di drain connesso ad un terminale della catena di diodi LED ed il terminale di source connesso a massa GND mediante una resistenza di sense RSENS. Il driver 2 comprende un amplificatore operazionale 21 avente il terminale di ingresso invertente connesso ad una tensione di riferimento Vref, il terminale di ingresso non invertente connesso alla tensione VSENS ai capi della resistenza RSENS ed il terminale di uscita connesso al terminale di gate GATE del transistor 22.
La tensione VREG viene regolata da un dispositivo 3 comprendente la serie di due resistenze RUP e RDN disposte fra la tensione VREG e massa GND ed un dispositivo 31 atto a regolare la tensione VREG in base alla tensione FB rilevata ai capi della resistenza RDN.
Con tale apparato di controllo è necessario definire come deve essere regolata la tensione VREG tale che l’apparato comprendente il driver 2 e la catena di diodi LED 1 operi correttamente.
In accordo all’arte nota la dissipazione di potenza dell’apparato di figura 1 non viene minimizzata; infatti per assicurare che l’apparato operi correttamente in ogni situazione, il valore della tensione VREG da regolare viene definita come se l’apparato lavori nel caso peggiore, cioè con una tensione fra i terminali drain e source del transistor 22 più alta che nel caso di funzionamento tipico e con una tensione su ogni diodo LED maggiore che nel caso di funzionamento tipico dell’apparato. La tensione VREG è data da:
VREG=VDSp Nd*VLEDp dove VDSp è la tensione fra i terminali drain e source del transistor 22 nel caso peggiore, Nd è il numero di diodi LED e VLEDp è la tensione ai capi del diodo LED nel caso peggiore.
Pertanto, se per esempio una corrente Id del valore di 50mA scorre attraverso una catena formata da 10 diodi LED che hanno ciascuno una tensione tipica di 3 Volt ed una tensione nel caso peggiore di 3,5 Volt e la tensione Vds è tipicamente di 0,8 Volt ma nel caso peggiore arriva a 1 Volt, si ha che la tensione VREG=1 Volt 10*3,5 Volt=36 Volt. La dissipazione di potenza è P=VREG*Id=36 Volt*50 mA=l,8 Watt.
Nel caso di funzionamento tipico invece si avrebbe che VREG=30,8 Volt e P=l,54 Watt, pertanto si avrebbe una minore dissipazione di potenza.
In vista dello stato della tecnica, scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato di controllo di diodi LED che superi il suddetto inconveniente è consenta di minimizzare la dissipazione di potenza.
In accordo con la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto mediante un apparato comprendente almeno un circuito di pilotaggio di almeno una catena di diodi LED ed un dispositivo per la regolazione della tensione di alimentazione di detta catena di diodi LED, detto almeno un circuito di pilotaggio comprendendo almeno un transistor accoppiato all 'almeno una catena di diodi LED ed ad una tensione di riferimento in modo da realizzare un percorso di corrente fra la tensione di alimentazione e detta tensione di riferimento, detto apparato comprendendo mezzi atti a rilevare la conente di detto percorso di conente, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito di retroazione fra detto dispositivo di regolazione della tensione di alimentazione e detto almeno un circuito di pilotaggio, detto circuito di retroazione comprendendo mezzi atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione quando la corrente rilevata dai mezzi di rilevazione è inferiore ad una corrente di riferimento e fino a quando detta conente rilevata diventi uguale a detta corrente di riferimento.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 mostra un apparato di controllo di diodi LED in accordo all’arte nota; la figura 2 mostra un apparato di controllo di diodi LED in accordo alla presente invenzione;
la figura 3 mostra un apparato di controllo di diodi LED in accordo alla presente invenzione applicato ad una pluralità di catene di diodi LED.
Nella figura 2 è mostrato un apparato di controllo di diodi LED in accordo alla presente invenzione Detto apparato comprende almeno un circuito di pilotaggio 20 di almeno una catena di diodi LED 10 ed un dispositivo 30 per la regolazione della tensione di alimentazione VR di detta catena di diodi LED 10. L’almeno un circuito di pilotaggio 20 comprende almeno un transistor T accoppiato all’ almeno una catena di diodi LED 10 ed ad una tensione di riferimento, preferibilmente la massa GND, in modo da realizzare un percorso di corrente fra la tensione di alimentazione VR e detta tensione di riferimento GND. L’apparato comprende mezzi atti a rilevare la corrente IFB di detto percorso di corrente, preferibilmente una resistenza di sense RS. L’apparato comprende un circuito di retroazione 50 fra detto dispositivo 30 di regolazione della tensione di alimentazione e detto almeno un circuito di pilotaggio 20; il circuito di retroazione comprende mezzi 100 atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione VR quando la corrente ID rilevata dai mezzi di rilevazione RS è inferiore ad una corrente di riferimento IR e fino a quando si ottiene che ID=IR.
In particolare il circuito driver 20 comprende un amplificatore operazionale 25 polarizzato fra la tensione VDD e massa GND ed avente il terminale di ingresso invertente connesso ad una tensione di riferimento VI, il terminale di ingresso non invertente connesso alla tensione VS ai capi della resistenza RS ed il terminale di uscita connesso al terminale di gate del transistor T.
Infatti il circuito di retroazione 50 deve essere in grado di aumentare la corrente IFB e pertanto la tensione VR fino a quando V1=VS. In tal caso l’apparato ha trovato il valore minimo della tensione VR che assicura la minima tensione ai capi del transistor T, cioè la tensione fra drain e source nel caso in cui il transistor T sia un transistor MOS, per regolare correttamente la corrente.
Preferibilmente detta tensione di riferimento VI viene realizzata mediante una tensione di alimentazione VDD accoppiata ad un generatore di corrente IR a sua volta connesso a massa GND mediante una resistenza; la tensione ai capi della resistenza è la tensione VI.
Preferibilmente i mezzi 10 comprendono un generatore di corrente Q controllato in tensione, in particolare controllato dalla differenza fra le tensioni VI e VS così che la corrente IFB=G*(V1- VS) dove G è il guadagno del generatore di corrente.
Preferibilmente il dispositivo 30 per la regolazione della tensione VR comprende la serie di due resistenze RUP e RDN disposte fra la tensione VR e massa GND ed un dispositivo 31 atto a regolare la tensione VR in base alla tensione VFB rilevata ai capi della resistenza RDN. Il circuito di retroazione 50 è connesso al terminale FB in comune delle resistenze RUP e RDN ed a massa GND e comprende i mezzi 100 preferibilmente costituiti dal generatore di corrente Q controllato dalla tensione Vl-VS.
Quando l’apparato di controllo lavora correttamente, la tensione VR è abbastanza alta tale che la tensione V1=VS; se invece la tensione VR non è così alta da consentire che l’uguaglianza delle tensione VI e VS, si ha che il generatore di corrente Q forzi una corrente IFB dal terminale FB per aumentare la tensione VR in accordo all’equazione:
r RUP
VR = VFB * 1 RUP * IFB .
V RDN
L’apparato di controllo in accordo all’invenzione cerca e trova la minima tensione Vds fra i terminali di drain e source del transistor T che consente di regolare la corrente ID che scorre attraverso la catena di diodi LED 10.
Detto apparato di controllo consente di considerare correnti e tensioni per il loro caso reale e non per il caso peggiore
Il beneficio di detto apparato di controllo è che la tensione VR è controllata per minimizzare la dissipazione di potenza attraverso l’alimentazione di tensione e il circuito driver mediante un controllo stretto della corrente che attraversa i diodi LED.
In accordo alla presente invenzione detto apparato di controllo è realizzabile anche nel caso di una pluralità di catene di diodi LED Al ...AN ciascuna pilotata da un rispettivo circuito driver o di pilotaggio B1 ....BN ed avente un solo regolatore 30 della tensione VR di alimentazione delle catene di diodi LED A1...AN, come visibile in figura 3. Ogni circuito driver B1..BN comprende un transistor, preferibilmente un transistor MOS, T1..TN disposto in modo da realizzare un percorso di corrente con la rispettiva catena di diodi LED A 1..AN attraverso cui scorre la rispettiva conente ID1...IDN rivelata dai rispettivi mezzi di rilevazione, preferibilmente resistenze RS1...RSN.
L’apparato comprende un circuito di retroazione 50 fra detto dispositivo 30 di regolazione della tensione di alimentazione ed i circuiti di pilotaggio B1....BN; il circuito di retroazione comprende mezzi 100 atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione VR quando almeno una delle conenti ID1...IDN rilevata dai mezzi di rilevazione RS1. RSN è inferiore ad una rispettiva corrente di riferimento IR1 ..IRN e fino a quando si ottiene l’eguaglianza fra le correnti IDI ...IDN e le rispettive conenti di riferimento IR1...IRN.
Il circuito di retroazione 50 preferibilmente comprende una linea circuitale connessa al terminale FB del regolatore 30 e una pluralità di generatori di corrente Q1..QN disposti in parallelo fra loro fra il terminale FB e massa GND ed ognuno appartenete al rispettivo circuito driver B1...BN.
In particolare i circuiti driver B1...BN comprendono ciascuno un amplificatore operazionale 25 avente il terminale di ingresso invertente connesso ad una tensione di riferimento V11...V1N, il terminale di ingresso non invertente connesso alla tensione VS1..VSN ai capi della resistenza RS ed il terminale di uscita connesso al terminale di gate del transistor TI ...TN.
Infatti il circuito di retroazione 50 deve essere in grado di aumentare la corrente IFB e pertanto la tensione VR fino a quando si ha che le tensioni V11...V1N e VS1...VSN siano uguali. In tal caso l’apparato ha trovato il valore minimo della tensione VR che assicura la minima tensione ai capi dei transistor T1...TN, cioè la tensione fra drain e source nel caso in cui i transistor TI . .TN siano transistor MOS, per regolare correttamente la corrente .
Preferibilmente detta tensione di riferimento V11...V1N viene realizzata mediante una tensione di alimentazione VDD accoppiata ad un generatore di corrente IR1...IRN a sua volta connesso a massa mediante una resistenza; la tensione ai capi della resistenza è la tensione VI I . V1N.
I generatori di corrente Q1..QN sono controllati in tensione, in particolare controllati dalla differenza fra le tensioni V11...V1N e VSl ...VSN così che la corrente IFB=G1*(V1 1- VS1)+ G2*(V12-VS2)....G3*(V1N-VSN) dove G1..GN sono i guadagni dei generatori di corrente Q1..QN.
Quando l’apparato di controllo lavora correttamente, la tensione VR è abbastanza alta tale che ogni tensione V11...V1N sia uguale alla rispettiva tensione VS1...VSN; se invece la tensione VR non è così alta da consentire che l’uguaglianza di almeno una fra le tensioni V11...V1N e VS1...VSN, ad esempio la tensione V13 con la tensione VS3, si ha che il rispettivo generatore di corrente Q3 forzi una corrente IFB dal terminale FB per aumentare la tensione VR in accordo all’equazione:
( RUP
VR = VFB * 1 RUP* IFB .
RDN
L’apparato di controllo in accordo all’invenzione cerca e trova la minima tensione Vds fra i terminali di drain e source del transistor T3 che consente di regolare la corrente ID3 che scorre attraverso la catena di diodi LED A3.
Nel caso in cui la tensione VR non è così alta da consentire che l’uguaglianza di più di una fra le tensioni V11...V1N e VS1...VSN, ad esempio la tensione VI 3 e la tensione V14 con la tensione VS3 e la tensione VS4, si ha che i rispettivi generatori di corrente Q3 e Q4 forzino una corrente IFB dal terminale FB per aumentare la tensione VR in accordo all’equazione:
f RUP
VR = VFB * 1 RUP * IFB .
RDN
L’apparato di controllo in accordo all’invenzione cerca e trova la minima tensione Vds fra i terminali di drain e source del transistor T3 e del transistor T4 che consente di regolare la corrente ID3 che scorre attraverso la catena di diodi LED A3 e la corrente ID4 che scorre attraverso la catena di diodi LED A4.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato comprendente almeno un circuito di pilotaggio (20, B1...BN) di almeno una catena di diodi LED (10, Al . AN) ed un dispositivo (30) per la regolazione della tensione di alimentazione (VR) di detta almeno una catena di diodi LED, detto almeno un circuito di pilotaggio comprendendo almeno un transistor (T, T1...TN) accoppiato all’almeno una catena di diodi LED ed ad una tensione di riferimento (GND) in modo da realizzare un percorso di corrente fra la tensione di alimentazione e detta tensione di riferimento, detto apparato comprendendo mezzi (RS, RS1...RSN) atti a rilevare la corrente (Id, ID1...IDN) di detto percorso di corrente, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito di retroazione (50) fra detto dispositivo di regolazione della tensione di alimentazione e detto almeno un circuito di pilotaggio, detto circuito di retroazione comprendendo mezzi (100, Q, Q1 . QN) atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione quando la corrente (id, ID1...IDN) rilevata dai mezzi di rilevazione è inferiore ad una conente di riferimento (IR, IR1...IRN) e fino a quando detta corrente rilevata diventi uguale a detta conente di riferimento.
  2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un circuito di pilotaggio (20, B1...BN) comprende un amplificatore operazionale (25) avente il terminale di ingresso invertente connesso ad una prima tensione (VS, VS1...VSN) ottenuta ai capi di detti mezzi di rilevazione (RS, RS1...RSN) ed il terminale invertente connesso ad un ulteriore tensione di riferimento (VI, V11...V1N) proporzionale a detta corrente di riferimento, detto amplificatore operazionale essendo atto a pilotare detto transistor (T, TI ...TN).
  3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (100, Q, Q1...QN) atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione comprendono almeno un generatore di conente (Q, Q1...QN) controllato dalla differenza fra detta ulteriore tensione di riferimento (VI, V11...V1N) e la prima tensione (VS, VS1...VSN), detto generatore di corrente essendo accoppiato a detto dispositivo per la regolazione della tensione di alimentazione ed alla tensione di riferimento (GND).
  4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo per la regolazione della tensione di alimentazione (30) comprende la serie di una prima (RUP) ed una seconda (RDN) resistenza disposta fra la tensione di alimentazione (VR) e detta tensione di riferimento (GND) ed un dispositivo (31) atto a regolare la tensione di alimentazione (VR) in funzione alla tensione (VFB) rilevata ai capi della seconda resistenza (RDN) della serie, detti mezzi (100) atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione essendo connessi fra il terminale in comune delle due resistenze della serie e detta tensione di riferimento (GND), con detta seconda resistenza disposta fra il terminale in comune delle due resistenze della serie e la tensione di riferimento (GND).
  5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto almeno un generatore di corrente (Q) forza una corrente dal terminale in comune delle due resistenze della serie per aumentare la tensione di alimentazione in accordo all’equazione: ( RUP VR = VFB * 1 RUP * IFB v RDN dove VR è la tensione di alimentazione, RDN è la seconda resistenza, RUP è la prima resistenza, VFB è la tensione ai capi della seconda resistenza e IFB è la corrente generata dall’ almeno un generatore.
  6. 6. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di catene di diodi LED (A1...AN) controllate da una rispettiva pluralità di circuiti di pilotaggio (B1...BN), ogni circuito di pilotaggio di detta pluralità di circuiti di pilotaggio comprendendo almeno un transistor (T1...TN) accoppiato alla rispettiva catena di diodi LED di detta pluralità di catene di diodi LED ed a detta tensione di riferimento (GND) in modo da realizzare una pluralità di percorsi di corrente fra detta tensione di alimentazione (VR) e detta tensione di riferimento, detto apparato comprendendo una pluralità di mezzi (RS1...RSN) atti a rilevare le correnti della rispettiva pluralità di percorsi di conente, detto circuito di retroazione fra detto dispositivo (30) di regolazione della tensione di alimentazione (VR) e detta pluralità di circuiti di pilotaggio (B1...BN) comprendendo detti mezzi (100, Q1...QN) atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione quando la corrente rilevata da almeno uno della pluralità dei mezzi di rilevazione (RS1...RSN) è inferiore ad una rispettiva corrente di riferimento della pluralità di correnti di riferimento (IR1.. .IRN).
  7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di ulteriori tensioni di riferimento (VI 1... V1N) proporzionali alla pluralità di correnti di riferimento (IR1...IRN) ed una pluralità di prime tensioni (VS1...VSN) ottenute ai capi della pluralità dei mezzi di rilevazione (RS1 ...RSN) e dal fatto che detti mezzi (100, Q1...QN) atti ad aumentare il valore della tensione di alimentazione comprendono una pluralità di generatori di corrente (Q1...QN) ciascuno controllato dalla differenza fra la rispettiva ulteriore tensione di riferimento (V11...V1N) e la rispettiva prima tensione (VS1...VSN), detta pluralità di generatori di corrente essendo accoppiati a detto dispositivo (30) per la regolazione della tensione di alimentazione ed alla tensione di riferimento (GND) ed essendo disposti in parallelo fra loro.
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