TW200935969A - Device for driving a load - Google Patents

Description

200935969 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於驅動一負載之裝置，且亦關於一 種用於驅動一負載之方法。該裝置之實例係電源供應電 路、消費性產品及非消費性產品，或其零件。該負載之實 •例係無機及有機發光二極體。 【先前技術】 美國專利US 6,747,420 B2在其發明名稱中揭示一適於發 ® 光二極體之驅動電路，並在其圖式中揭示一驅動器（電路 4)、一負載（LED 1)、一數位控制器（μ^； 3)及一轉換器（r_ 分流6)，該轉換器用於將一定義流過該負載之一電流的類 比電流信號轉換為一類比電壓信號。此類比電壓信號被供 應至該驅動器。該數位控制器控制該驅動器及控制該轉換 器，且該轉換器指示該驅動器。此係一相對複雜且相對無 效率之建構。 【發明内容】 本發明之目的係提供一相對簡單及相對有效率之裝置 及提供一相對簡單及相對有效之方法。 一種用於驅動-負載之裝置係藉由包含以下而定義： -一驅動器，其用於驅動該負載；

-一數位控制器， 於將一定義該負載之一參數的第一參 .參數信號’該第二參數信號在一組時 隔期間具有二個可能值中的—個值；及 其用以回應於該第二參數信號而控制 135461.doc 200935969 該驅動器。 該轉換器將一第一參數，諸一〜 ^ 一疋義該負載之一參數的 類比參數信唬轉換為一第二參數 令數π就，諸如一數位參數信 筑。該第一參數信號方一_ 4古日 _ . ^ . 、時間間隔之每一時間間隔期間 、-固可能值中的一個值’且因此其係一所謂之單位元 每-時間間隔’該第二參數信號包含及/或藉由 :入Μ義，且依每組（連續）時間間隔，該第二參數信號 ο 3及/或藉由一組（連續）位元

s 、喟）位70疋義。該單位元信號被供應 至该數位控制器，而該數位抻 孜位控制器回應於至少該單位元信 號而㈣該驅動器。結果’建立出一相對簡單且相對有效 之建構。 該裝置之其他優點在於，其免去該轉換器與該數位控制 器之間之-回饋迴路’及一相對敏感且相對複雜之類比遲 滯控制已轉換為一相對不敏感且相對簡單之數位遲滯控 制。另-優點係免去相對慢且相對昂貴之類比至數位轉換 器及數位至類比轉換ϋ。根據本發明之裝㈣非常穩定、 快速、具成本效益及可靠性。 在基於另一原因而設有一類比至數位轉換器之情況下， 該第-參數或者可為-數位參數信號，其包含二個或更多 個位元且源自該類比至數位轉換器。 與一先前技術平均電流控制相比較，該單位元數位控制 係更具成本效益、更穩；t、更有效的且具有更好之動態回 應0 與一先前技術峰值電流控制相比較，該單位元數位控制 135461.doc 200935969 係更具成本效益、更穩定、更有效的且具有更好之動態回 與一先前技術類比遲滯控制相比較，該單位元數位控制 係更具成本效益、更有效’且具有良好之穩定性及具有良 好之動態回應。 該單位元數位控制之精確度在特定之操作點中可能導致 小誤差，該等誤差可預定且可經由設計而最小化。 根據一實施例，該裝置係藉由轉換器而定義，該轉換器 包含一電路’該電路係用於比較第一參數信號與一參考信 號，及用於在一組時間間隔之每一時間間隔期間產生第二 參數#號，該第二參數信號依一各自之第一或第二比較結 果而具有二個可能值中之一各自第一或第二值。時間間隔 可於比較之前或之後導入。較佳地，該裝置係藉由一電路 定義’該電路包含一比較器電路及一計時器電路。諸如一 類比比較器之一比較器電路及諸如一正反器之一計時器電 路係間單且低成本之電路。但並不排除其他種類之電路。 根據一實施例，該裝置係藉由第二參數信號定義，該第 二參數信號具有一等於或小於一預定義最大頻率之頻率。 驅動器之最大切換頻率係藉由系統（控制器及驅動器）之設 計而設定。亦設定該第二參數信號之最大頻率。次諧波將 另取決於設計及負載而定。結果便可針對一給定參考信號 而預測次諸波。該等次諸波可能難以避免，但一適當之設 計將減少及/或最小化該等次諧波、及/或將該等轉變為不 重要之頻率，及/或設法克服該等次諧波。 135461.doc 200935969 根據一實施例，該裝置係藉由負載定義，該負載包含一 個或多個無機及/或有機發光二極體，且該參數係流過該 負載之至少一部分的一電流及/或藉由該負載之至少一部 分發射的光。較佳地，該裝置係藉由數位控制器定義，該 數位控制器經配置用以回應於一個或多個使用者信號及/ 或回應於定義該負載之一個或多個其他參數的一個或多個 其他參數信號而進一步控制該驅動器。

更多參數可為其他參數，諸如該負載或其之一個或多個 部分之一溫度，另一光態樣諸如一強度及一頻譜等等。該 數位控制器可補償於一溫度影響、老化及一色點等等。= 用者信號可設定一較佳之光景、一色彩及一強度等等。 根據一實施例，該裝置係藉由數位控制器定義該數位 控制器係一個微處理器及/或一個數位信號處理器、及/或 一個積體電路、及/或一個場可程式化閘陣列、及/或一個 複雜可程式化邏輯裝置、及/或一個個人電腦，及/或一個 可程式化邏輯陣列’該轉換器之至少一部分係耗合至該數 位控制器的一外部電路或係形成該數位控制器之部分的一 内部電路。 由於將m前技術之控制器（―個單純用於控制驅動 器，一個單純用於處理參數信號及使用者信號）組合為一 個數位控制器，因而此係一非常有利之實施例。 根據-實施例，該裝置係藉由包含一開關之驅動器而定 義，該開關回應於具有二個可能值中之一第一值的第二參 數信號而啟動，及回應於具有二個可能值中之一第二值的 135461.doc -9. 200935969 第二參數信號而關閉。較佳地，該裝置係藉由該驅動器定 義’該驅動器係一降壓轉換器、或一升壓轉換器、或一升 降壓轉換器’或一返馳式轉換器。但並不排除其他種類之 驅動器。 該裝置可進一步包含負載。該裝置可進一步耦合至及/ 或包含一 ac/dc轉換器及/或一如/心轉換器及/或另一種類之 • 供電電路。 一種用於驅動一負載之方法係藉由包含以下步驟而定 © 義： -驅動該負載； -將一定義該負載之一參數的第一參數信號轉換為一第 二參數信號，該第二參數信號在一組時間間隔之每一時間 間隔期間具有二個可能值中的一個值；及 -回應於該第二參數信號而數位化控制該驅動。 該方法之實施例與該裝置之實施例一致。

一見解可為類比至數位轉換器建立二個或更多個位元信 號，而對於本發明，只要一單位元信號便足以通知數位= 制器及用於對應地控制驅動器。 一基本觀念可為，一轉換器係被導入以用於將一定義該 負載之一參數的第一參數信號轉換為一第二參數信號，= 第二參數信號在一組時間間隔之每一時間間隔期間具有2 個可能值中的一個值。 本發明解決一問題以提供一相對簡單及相對有效之裝 置，並解決一問題以提供一相對簡單及相對有效之方法广 13546I.doc -J0- 200935969 從下文描述之實施例將瞭解本發明之此等及其他態樣， 且本發明之此等及其他態樣將參考該等實施例而說明。 【實施方式】 在圖1中顯示一第一先前技術裝置100。此先前技術裝置 100包含一耦合至一供電電路30及一負載20的驅動器1Π。 該供電電路30可執行一功率因數校正，但不排除其其他種 類之供電。該負載20可包含處於一至少部分並聯及/或至 少部分串聯之建構中的一個或多個無機及/或有機發光二 極體，但不排除其他種類之負載。該驅動器111進一步耦 合至一驅動器控制器114 ’該驅動器控制器114耦合至一用 於從負載20接收一參數信號的感測器21及一用於控制該驅 動器控制器114的通用控制器113。該通用控制器113進一 步耦合至一類比至數位轉換器112，該類比至數位轉換器 112用於將來自感測|§21之參數信號以一數位化形式供應 至該通用控制器113。該通用控制器113進一步轉合至一使 用者介面3 1以用於接收一使用者信號。在此先前技術情況 下，控制器113及114係二個分離之積體電路。 在圖2中，顯示根據本發明之一裝置1〇之一第一實施 例。此裝置10包含一耦合至一供電電路30及一負載2〇的驅 動器11。該驅動器11進一步耦合至一數位控制器13，該數 位控制器13用於回應於一數位參數信號而控制該驅動器 11。該數位控制器13耦合至一用於接收一使用者信號的使 用者介面31及一轉換器12,該轉換器12用於將源自一柄合 至負載20之感測器21，及定義負載20之一參數的一類比參 135461.doc -11 - 200935969 數信號轉換為數位參數信號。此數位參數信號在一組二個 或更多個時間間隔之每一時間間隔期間具有二個可能值中 的個值。或者，可省略使用者介面3 1及可省略感測器 21，在此情況下類比參數信號將自負載2〇導出或自負載2〇 附近之一點導出。選擇性地，該數位控制器丨3可經配置用 以回應於多個使用者信號及/或回應於定義該負載2〇之一 個或多個其他參數的一個或多個其他參數信號而進一步控 制該驅動器11。較佳地，該數位控制器13係一個微處理器 及/或一個數位信號處理器、及/或一個積體電路、及/或一 個場可程式化閘陣列、及/或一個複雜可程式化邏輯裝 置、及/或一個個人電腦，及/或一個可程式化邏輯陣列。 該轉換器之至少一部分可為耦合至該數位控制器13的一外 邛電路或可為形成該數位控制器13之部分的一内部電路。 该轉換器12可包含一比較器電路及/或一計時器電路。 在圖3中顯示一第二先前技術裝置。此先前技術裝置包 馨含一通用控制器113 ,該通用控制器113係經由一驅動器控 制器及一 dc/dc驅動器之各自的串聯電路而耦合至各自之負 載22-24，諸如紅色、綠色及藍色發光二極體。 在圖4中顯示根據本發明之一裝置的一第二實施例。此 裝置包含一數位控制器13，該數位控制器13係經由各自之 dc/dc驅動器而耦合至各自之負載22_24，諸如紅色、綠色 及藍色發光二極體。在此情況下，該等類比參數信號或在 該等dc/dc驅動器内部或在該數位控制器13内部被轉換為數 位參數#號，該等數位參數信號在一組二個或多個時間間 135461.doc •12- 200935969 隔之每一時間間隔期間具有二個可能值中的一個值。 在圖5中顯示根據本發明之一裝置的一第三實施例。此 裝置包含一電路40-41，該電路係用於比較該類比參數信 號與一參考信號，及用於在一組二個或更多個時間間隔之 每一時間間隔期間產生該數位參數信號，該數位參數信號 依一各自之第一或第二比較結果而具有二個可能值中之一 - 各自第一或第二值》另外，該電路40-41包含一比較器電 路40及一計時器電路41諸如一正反器。該正反器福合至一 ® 時序信號產生器42以採樣來自比較器電路40之比較結果。 並不排除其他種類之電路40-41。電路40-41可經由未顯示 之其他電路而控制一開關50。此開關50諸如一電晶體，其 係打開或閉合一供電電路30及一二極體5 1之一串聯電路。 與二極體51並聯設有一電感器52及一負載20及一感測器21 之一串聯電路。開關50回應於具有二個可能值中之一第一 值的數位參數信號而啟動，及回應於具有二個可能值中之 一第二值的數位參數信號而關閉。 在圖6中顯示根據本發明之一控制過程，其係適於圖5中 顯示之裝置。對於一具有一漸減斜率之漸增參考信號，一 數位參數信號係以通過負載之一電流的一單位元數位值之 形式顯示。此數位參數信號具有一等於或小於—預定義最 大頻率之頻率。 在圖7中顯示根據本發明之一裝置之一第四實施例。此 裝置包含一數位控制器丨3，該數位控制器13耦合至一使用 者介面31及一轉換器12，且經由另一電路14而耦合至電晶 I35461.doc •13- 200935969 體60及61的控制電極。此等電晶體的-“形成一降壓轉換 器之。P刀且δ玄等主電極與一供電電路形成一串聯電路。 電晶體61之主電極進一步並聯地搞合至一電感器62及-電 2器63之-串聯電路。電容器63並聯地柄合至__負載織 -電阻器之形式之—感測器21的-串聯電路。負載與感 測器21之間之一連接係搞合至轉換器12。感測器η之另一 側可例如搞合至一參考電位’諸如接地。或者’控制策略 1應用於其他轉換器拓撲結構，諸如一升壓轉換器(包括 '、有功率因數校正級之升壓轉換器）、一升降壓轉換 器、-返馳式轉換器、—邱克(cuk)轉換器及一單端初級電 感（epic)轉換器。對於此等拓撲結構，通過電感器之電流 係又到控制。為控制通^負載2G之電流，可能需要知道輸 出電壓或工作週期（接通及斷開之比率）。 故轉換器12將-第一參數信號、諸如定義負載之一 參數的一類比參數信號轉換為—第二參數信號、諸如一數 象位參數信號。或者’該第—參數信號可為—數位參數信 號，其包含二個或更多個位元，且源自基於另一種原因而 設的一類比至數位轉換器。 在圖8中顯示根據本發明之一第一模擬，藉此〜以 V、问00 mA、L=2〇〇 μΗ、f_cl〇ek=5 MHz、^ =12 v、 a= lWUin=〇.5、f_switch=2 5驗(上圖：參考信號及單 位元數位參數信號’下圖：該單位元數位參數信號之頻 譜）。 在圖9中顯示根據本發明之一第二模擬，藉此 135461.doc -14· 200935969 V、1=100 mA、L=200 μΗ、f-el〇ck=5 MHz、u〇u =9 6 v、 ，（上圖：參考信號及單位元數位參數信 號，下圖.該單位元數位參數信號之頻譜）。 在圖ίο中顯示根據本發明之一第三模擬，藉此Uin=24 V 100 mA ' L=200 μΗ > f-clock=5 MHz > a=

Uout/Uin=4/17，（上圖：參考信號及單位元數位參數信號， 下圖：該單位元數位參數信號之頻譜”

在圖11中顯示本發明之第一測量結果（從上圖至下圖： 時脈信號、閘信號、輸出電壓及通過電感器之電流），藉 此 Uin=15 V、f-cl〇ck=i MHz、R_1〇ad=51 〇hm、'“=2义23 V、Iout=52.08 mA。 在圖12中顯示本發明之第二測量結果（從上圖至下圖： 時賣信號、閘信號、輸出電壓及通過電感器之電流），藉 此 Uin=15 V、f-cl〇ck=1 MHz、R]〇ad=51 〇hm、Km V、Iout=l34.41 mA。 該數位遲滞控制提供以下優點：其易於實施；其消除對 昂貴之轉換器控制_需要，，該控制可藉由一已可 用之控制器實現，藉此可僅需要一額外比較器；其減少系 統成本；其係強健且穩定的；纟提供高度自態回應；切換 頻率不為常數’但可限制其最大值；在大多數操作點中， 次諧波轉換器輸入電流係藉由控制器產生。若此等諧波變 得過慢，可能會發生閃爍效應，然而，若正確地設計/，人 眼便觀察不到任何閃爍；其適合於降壓轉換器 用於其他拓撲結構。 ’但亦可應 135461.doc 15 200935969 總而言之，用於驅動負栽20諸如有機/無機發光二極體 之裝置10具有驅動器11以用於驅動負載2〇，具有轉換器12 以用於將定義負載20之參數的第一參數信號轉換為在每一 時間間隔各藉由單位元定義的第二參數信號，及具有數位 控制器13以用於回應於該第二參數信號而驅動該驅動器 11。轉換器12可包含一比較器電路4〇及一計時器電路41， •以用於比較第一參數信號與一參考信號，及用於依一各自 之第一或第一比較結果而產生具有二個可能值中之一各自 帛-或第二值的第二參數信號。該參數可為流過該負載 之至少一部分的一電流或藉由該負載20之至少一部分發射 的光。驅動器11可為一降壓/升壓/升降壓/返馳式轉換器。 所有此等均不排除替代及/或附加物。 雖然已在圖式及前文描述中繪示並描述本發明，但是應 將該圖解及描述視為繪示性或例示性而非限制性；本發明 並不限於所揭示之實施例。從圖式、揭示内容及附加請求 験歡學習中，熟悉此項技術者在實踐本發明中可瞭解及實 現對所揭示之實施例的其他變化。在請求項中，「包含 一詞並不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」或 個」並不排除複數個。一單一處理器或其他單元可^現請 求項中敘述之若干項的功能。特定措施係敛述於互不相= 之附屬請求項中，這-純粹事實並不指示此等措施之一級 合不可被有利地利用。一電腦冑式可被儲存/分佈於_八 適之媒體上，諸如一光學儲存媒體或與其他硬體一起或： 為其他硬體之部分供應的一固態媒體，但亦可以其他形式 13546 丨.doc -16- 200935969 77佈諸如&由網際網路或其他佈線或無線電信系統。不 應將凊求項中任仿会土 μ τ 何參考符號視為限制本發明範疇。 【圖式簡單說明】 圖1用圖解顯示—第技術裝置； 示根據本發明之-裝置的-第-實施例; 圖3用圖解顯示-第二先前技術敦置； 圖4用圖解顯示根據本發明之— .

❹ 圖5用圖解顯示根據本發明之1的U施例， 圖6顯示根據本發明的-控制過帛的一第二實施例， 圖7用圖解顯示根據本發明之’ 圖8顯示根據本發明的一第―楔挺置的-第四實施例; 圖9顯示根據本發明的一第二楔擬， 圖10顯示根據本發明的一第三楔辍 圖11顯示本發明的第一測量結果，， 圖12顯示本發明的第二測量結果。及 【主要元件符號說明】 ° 10 裝置 11 驅動器 12 轉換器 13 數位控制器 14 電路 20 負載 21 感測器 22 負載 135461.doc -17· 200935969

23 負載 24 負載 30 供電電路 31 使用者介面 40 比較器電路 41 計時器電路 42 時序信號產生器 50 開關 51 二極體 52 電感器 60 電晶體 61 電晶體 62 電感器 63 電容器 100 裝置 111 驅動器 112 類比至數位轉換 113 通用控制器 114 驅動器控制器 135461.doc •18-

Claims (1)

1. 200935969 十、申請專利範圍： 1. 一種用於驅動一負載（20)之裝置（10)，其包含： •一驅動器（11)，其用於驅動該負載（20)， -一轉換器（12)，其用於將一定義該負載（20)之—參數的 第一參數信號轉換為一第二參數信號，該第二參數信號 在一組時間間隔之每一時間間隔期間具有二個可能值中 的一個值；及 -一數位控制器（13)，其用以回應於該第二參數信號而 β 控制該驅動器（11)。 2. 如請求項1之裝置（1〇)，該轉換器（12)包含一電路（4〇、 41)，該電路係用於比較該第一參數信號與一參考信號， 及用於在一組時間間隔之每一時間間隔期間產生該第二 參數仏號，該第二參數信號依一各自之第一或第二比較 結果而具有該二個可能值中之一各自第一或第二值。 士吻求項2之裝置（1〇)，該電路（4〇、41)包含一比較器電 _ 路（40)及一計時器電路（41)。 4. 如凊求項1之裝置（1 2 3 4 5 6)，該第二參數信號具有一等於或小 於一預定義之最大頻率的頻率。 135461.doc 1 . 如吻求項1之裝置（1〇),該負載（20)包含一個或多個無機 2 及/或有機發光二極體，且該參數係流過該負載（2〇)之至 3 夕一部分的一電流及/或藉由該負載（2〇)之至少一部分發 4 射的光。 5 6·如睛求項〗之裝置（1〇)，該數位控制器經配置用以回 6 應於一個或多個使用者信號及/或回應於定義該負載（2〇) 200935969 之個或多個其他參數的一個或多個其他參數信號而進 一步控制該驅動器（u)。 7. 如清求項6之裝置（1〇)，該數位控制器（13)係一個微處理 器、及/或一個數位信號處理器、及/或一個積體電路、 及/或一個現場可程式化閘陣列、及/或一個複雜可程式 化邏輯裝置、及/或一個個人電腦，及/或一個可程式化 邏輯陣列，該轉換器（12)之至少一部分係耦合至該數位 控制器（13)的一外部電路或係形成該數位控制器（13)之 部分的一内部電路。 8. 如請求項1之裝置（1〇)，該驅動器（11)包含一開關（5〇)， 該開關回應於具有該二個可能值中之一第一值的該第二 參數信號而啟動，及回應於具有該二個可能值中之一第 二值的該第二參數信號而關閉。 9. 如請求項8之裝置（1〇)，該驅動器（11)係一降壓轉換器、 或升壓轉換器、或一升降麼轉換器’或一返桃式轉換 器。 10· 一種用於驅動一負載（2〇)之方法，其包含以下步驟： -驅動該負載（20)， —將一定義該負載（20)之一參數的第一參數信號轉換為 一第二參數信號，該第二參數信號在一組時間間隔之每 一時間間隔期間具有二個可能值中的一個值；及 回應於該第二參數信號而數位化控制該驅動。 135461.doc -2 -