TWI612847B - 用於產生輸出電壓至發光二極體串之方法及電路 - Google Patents

Abstract

一種用於產生一個輸出電壓至複數個發光二極體串之上方節點之電路及方法。該電路係包含：一個電感器，其係具有一個流經其之負載電流；及一個切換電晶體，其係響應於一個切換控制訊號。一個積分器係產生一個補償電壓，以回應於該發光二極體串之下方節點之電壓及一個參考電壓。用於結合一個偏移及補償電壓之電路係回應於該補償電壓及流經該電感器之負載電流。該偏移係僅於該負載電流之步級負載改變期間產生，且實質上係減少自該補償電壓及該輸出電壓而來之電壓暫態。一個加總電路係加總包含該偏移之補償電壓及至少於該發光二極體串之下方節點之電壓，以產生一個第一控制訊號。一個閂鎖器係產生該切換控制訊號，以回應於該第一控制訊號及一個前緣遮沒訊號。

Description

用於產生輸出電壓至發光二極體串之方法及電路

本發明係關於用於產生一個輸出電壓至複數個發光二極體串之上方節點之電路及方法。

相關申請案交互參照

本案係主張申請於2008年7月15日律師檔案編號INTS-29,040且名稱為“多通道發光二極體驅動器”之美國臨時申請案流水號第61/080，947號之優先權，該案於此以參照方式併入。本發明實施例概略有關於光學感測器。

根據本發明之一個第一態樣，其係提供一種用於產生一個輸出電壓至複數個發光二極體串之上方節點之電路，包含：一個電感器，其係具有一個流經其之負載電流；一個切換電晶體，其係響應於一個切換控制訊號；一個積分器，其係用於產生一個補償電壓，以回應於該發光二極 體串之下方節點之電壓及一個參考電壓；用於結合一個偏移及補償電壓之電路，其係回應於該補償電壓及流經該電感器之負載電流，其中，該偏移係僅於該負載電流之步級負載改變期間產生，且實質上係減少自該補償電壓及該輸出電壓而來之電壓暫態；一個加總電路，其係用於加總包含該偏移之補償電壓及至少於該發光二極體串之下方節點之電壓，以產生一個第一控制訊號；一個閂鎖器，其係用於產生該切換控制訊號，以回應於該第一控制訊號及一個前緣遮沒訊號。

根據本發明之一個第二態樣，其係提供一種用於產生一個輸出電壓至複數個發光二極體串之上方節點之電路，包含：一個電感器，其係具有一個流經其之負載電流；一個切換電晶體，其係響應於一個切換控制訊號；一個積分器，其係用於產生一個補償電壓，以回應於該發光二極體串之下方節點之電壓及一個參考電壓；用於實施一個控制演算法之電路，以產生一個偏移之一個數位值，以回應於該補償電壓及該負載電流之一個步級負載改變；一個數位至類比轉換器，其係用於產生為類比格式之偏移，以回應於該偏移之數位值；一個加法器電路，其係用於將該偏移加至該補償電壓，以實質減少自該補償電壓及該輸出電壓而來之電壓暫態；一個加總電路，其係用於加總包含該偏移之補償電壓及至少於該發光二極體串之下方節點之電壓，以產生一個第一控制訊號；一個閂鎖器，其係用於產生該切換控制訊號，以回應於該第一控制訊號及一個前緣遮沒訊號。

根據本發明之一個第三態樣，其係提供一種用於產生一個輸出電壓至複數個發光二極體串之上方節點之方法，包含下列步驟：產生一個補償電壓，以回應於一個發光二極體串之下方節點之電壓及一個參考電壓；僅於該負載電流之步級負載改變期間產生一個偏移；結合該偏移及該補償電壓，其中，該偏移係實質上減少自該補償電壓及該輸出電壓而來之電壓暫態；加總包含該偏移之補償電壓及至少於該發光二極體串之下方節 點之電壓，以產生一個第一控制訊號；產生一個切換控制訊號，以回應於該第一控制訊號及一個前緣遮沒訊號；及產生該輸出電壓，以回應於一個輸入電壓及該切換控制訊號。

102‧‧‧發光二極體驅動器

104‧‧‧發光二極體串

106‧‧‧輸入電壓節點

108‧‧‧電感器

110‧‧‧動態淨空控制方塊

112‧‧‧放大器

114‧‧‧節點

116‧‧‧加總電路

118‧‧‧控制邏輯

120‧‧‧場效電晶體驅動電路

122‧‧‧切換電晶體

202‧‧‧升壓控制器

204‧‧‧發光二極體串

206‧‧‧電路方塊

207‧‧‧電感器

208‧‧‧二極體

210‧‧‧節點

212‧‧‧電容器

214‧‧‧節點

215‧‧‧個別發光二極體

216‧‧‧切換電晶體

218‧‧‧節點

220‧‧‧電阻器

222‧‧‧電阻器

224‧‧‧電阻器

226‧‧‧節點

228‧‧‧節點

230‧‧‧放大器

232‧‧‧電晶體

234‧‧‧節點

236‧‧‧電阻器

238‧‧‧比較器

240‧‧‧比較器

242‧‧‧及閘

244‧‧‧或閘

246‧‧‧計數器/步級演算法

248‧‧‧匯流排

250‧‧‧數位至類比轉換器

402‧‧‧積分器

404‧‧‧參考電壓V_REF

406‧‧‧加法器電路

408‧‧‧控制演算法及數位至類比轉換器

410‧‧‧節點

412‧‧‧電容器

414‧‧‧控制輸入

416‧‧‧加總電路

418‧‧‧閂鎖電路，正反器

502‧‧‧負載電流

504‧‧‧補償電壓

506‧‧‧輸出電壓

702‧‧‧負載電流

704‧‧‧比較電壓

706‧‧‧輸出電壓V_OUT

802‧‧‧開關

為更完整瞭解，參照實施方式結合後附圖式，其中：圖1為一個發光二極體驅動電路之方塊圖；圖2顯示一個更完全顯示用於在一個發光二極體驅動電路內實施動態淨空控制之電路的簡化方塊圖；圖3為一個敘述圖2之電路的操作之流程圖；圖4為一個更完全敘述於該發光二極體驅動器之升壓轉換器內的暫態抑制之方式的簡化方塊圖；圖5顯示由發光二極體驅動器之輸出處的負載內之改變所產生之升壓暫態；圖6為一個敘述用於抑制升壓暫態之電路的操作之流程圖；圖7顯示圖4之電路抑制升壓暫態以回應於電怠器負載電流之改變的方式；圖8為一個顯示用於提供發光二極體驅動器內升壓漣波拒絕之方式的簡化方塊圖；及圖9a及9b揭示顯示圖8之電路具有及不具有使用取樣及保持電路的操作之波形。

現在參考圖式，其中，類似元件符號於本文中從頭到尾使用於指示類似的元件，“用於發光二極體驅動器之動態淨空控制”之各種圖及實施例係被顯示及敘述，且其他可能的實施例係被敘述。圖式不需要依比例繪製，且於某些情況下，圖式已經於某些地方被誇大及/或簡化，以僅用 於描繪之目的。所屬技術領域中具有通常知識者將根據下列可能實施例之實例而體認許多可能的應用及變化。

發光二極體驅動器係使用於驅動各種不同的應用中之發光二極體。多通道發光二極體驅動器係可以被使用於驅動使用於各種不同應用之複數串(也就是複數個通道)發光二極體，諸如背光。現存之發光二極體驅動器係可能具有提供用於發光二極體串之足夠的淨空之問題，且係由於負載電流之改變，而亦可以經歷發光二極體驅動器內切換轉換器之輸出的過度暫態。

現在請參考圖式，且特別係參照圖1，其係顯示一個發光二極體驅動器102之一個實施例之方塊圖。該發光二極體驅動器102係連接成驅動複數個發光二極體串104。圖1之發光二極體驅動器102係控制8個發光二極體電流之通道，以致能該些發光二極體串104被使用於發光二極體背光應用。用於發光二極體串之驅動電壓係藉由切換一個電感器108內之電流而自一個輸入電壓節點106被調整。該驅動電壓係提供給每一個發光二極體串104之上方。於每一個發光二極體串104之下方之電壓係由動態淨空控制方塊110所監視，以決定每一串之下方的電壓。放大器112係於節點114處產生一個比較(COMP)電壓，以回應於自連接至連接至電位計之反饋堆疊而來且自驅動電壓饋入至OVP方塊之電壓資訊。自節點114而來之比較電壓與其他資訊係輸入至一個加總電路116，其係提供一個控制輸出以控制用於控制場效電晶體驅動電路120之邏輯118，場效電晶體驅動電路120係控制一個切換電晶體122之操作，該切換電晶體122係接著藉由控制該電感器108內之電流而調整發光二極體驅動電壓。

現請參考圖2，其係顯示一個用於在該發光二極體驅動器102內提供動態淨空控制之電路的簡化方塊圖。於該發光二極體驅動器1 02之內，複數個發光二極體串204之複數個通道係使用一個升壓控制器202及一個升壓轉換器(包含構件202、207、208、212、216、218及220)而操作，以產生一個電壓，其係施加至串聯發光二極體串204之複數堆疊之上方，該些串聯發光二極體串204之每一個係平行地連接至該發光二極體串204之下方端之個別電流源。雖然於圖1之描繪係僅呈現一個單一發光二極體串204與該升壓轉換器連接，於操作時，複數個發光二極體串204係與該升壓轉換器連接，使得複數個重複的電路方塊206係存在，每一個電路方塊係用於每一個發光二極體串。輸入電壓V_IN係施加至一個電感器207之一個第一端。該電感器207之另一端係於節點210處連接至二極體208之陽極。一個電容器212係連接於二極體之陰極及接地之間。二極體208之陰極係於節點218處連接至發光二極體串204之上方。一個切換電晶體216係具有其之汲極/源極路徑連接於節點210及節點218之間。電晶體216之閘極係接收自該升壓控制器202而來之驅動訊號。該節點218係連接至該升壓控制器202之電流感測(CS)。一個電阻器220係連接於該節點218及接地之間。

於節點214之發光二極體串的上方係包含一個輸出電壓節點V_OUT，其係連接至一個由電阻器222及224所組成之電阻分壓器。該電阻器222係連接於該節點214及節點226之間。該電阻器224係連接於該節點226及接地之間。一個電壓測量係於該節點226處(由通常使用於過電壓保護目的之接腳而)實施，且提供給該升壓調整器202作為一個反饋電壓V_FB。該發光二極體串204係由複數個個別發光二極體215所組成，該複數個個別發光二極體215係串聯於節點214及節點228之間。一個電流源係於節點228處提供給發光二極體串之下方。該電流源係包含一個放大器230，該放大器230係連接 成於非反相輸入端接收一個參考電壓VSET。該參考電壓VSET係使用於設定電流。該放大器230之輸出端係連接至一個電晶體232，其係具有其之汲極/源極路徑連接於節點228及節點234之間。放大器230之另一個輸入端係連接至節點234。放大器230反相輸入端係連接至節點234。一個電阻器236係連接於節點234及接地之間。所揭示之實施例係包含電流源之一個實例。然而，電流源之其他實施方式係可以被使用。

於該節點228產生之電壓係施加至比較器238之非反相輸入端及比較器240之反相輸入端。該比較器238之反相輸入端係連接成接收一個參考電壓V_HIGH。比較器240之非反相輸入端係連接成接收一個參考電壓V_LOW。比較器238之輸出端係連接至一個及閘242之一個輸入端。及閘242之剩餘的輸入端係由與每一個其他電路方塊206相關之其他通道之每一個，而連接至該比較器238之輸出端。類似地，比較器240之輸出端係連接至一個或閘244之一個輸入端。或閘244之剩餘輸入端係連接至電路方塊206而來之其他通道之每一個內之比較器之一個輸入端。及閘242之輸出端係提供給計數器/步級演算法246之向下(DOWN)輸入端。或閘244之輸出端係提供給計數器/步級演算法246之向上(UP)輸入端。該計數器/步級演算法246係透過匯流排248產生一個計數值，其係輸入至一個數位至類比轉換器250。該數位至類比轉換器250係產生一個輸出類比值，其係使用作為施加回該升壓調整器電路202之參考電壓V_REF。

該使用一個升壓/降壓切換調整器之多通道發光二極體組態係於該節點214產生一個單一電壓，以驅動複數個串聯發光二極體串204之上方。串聯堆疊發光二極體串204之每一個係平行地於下方節點228連接至一個個別電流源。此係藉由共享多發光二極體串204之 間之切換調整器，而允許電路硬體之節省。此組態係驅動大數量之發光二極體，而不需要過度高的電壓。然而，該些電壓係必須小心地調整，以消除電流源之功率消耗，其將導致熱問題且限制整體電路效率。因為發光二極體之電壓係(隨著製程、溫度及老化效應而)可變的，這些系統之先前實施方式係已經於該節點228使用電流源之輸出端之電壓，作為一個用於該調整器之反饋點，其係允許該調整器為適應性的且移動最佳操作水準。此係最小化由於電流源之間之電壓降的功率消耗。典型地，此係藉由傳送於每一個發光二極體串204之下方之類比電壓至一個自每一個發光二極體串挑出最低電壓準位之控制方塊及傳送此挑選出之電壓作為反饋電壓而實施。此反饋電壓係被調整成一個已經被定義之準位，使得該些電流源將具有足夠的淨空而於一個線性操作之區域內(典型地數百毫伏特)不被壓迫。當所有發光二極體串係以相同的脈波寬度調變昏暗(dimming)訊號執行時，此係運作良好，因為每當任何串係導通時，所有串係導通。此係意謂即時資訊係可取得的，其中，發光二極體串係於當該升壓調整器係切換時，總是具有最低電壓。

然而，對於不同的脈波寬度調變昏暗訊號係被使用於不同通道之系統而言，當所有通道係立即導通時，對其而言沒有時間係可能的。僅根據正即時於一個給定點導通之通道而作調整係可能的，造成一個隨著不同的通道導通或關閉之切換調整器輸出電壓準位。然而，此解決方案係提供一個不良的輸出電壓暫態響應，造成於發光二極體串之間的不匹配之情況下明顯被壓縮之短的電流脈波。

假如，舉例而言，除了需要比1伏特多之發光二極體串之外，所有發光二極體串204係具有相同的導通電壓，且該發光二極體串係僅每500毫秒導通490奈秒脈波(如同具有於一個執行於一個2千赫脈波寬度調變頻率之10位元脈波寬度調變昏暗機制內之最低昏暗訊 號)，該升壓調整器202係必須於實質小於此時間之下作回應。對於具有動態上比490奈秒為快之暫態響應的應用而言，建立該升壓調整器202係不實際的。實際上，該響應時間係將為10至數百微秒之期間，其係慢很多。此係意謂當該電路需要額外的淨空時，該升壓調整器202將錯失該490奈秒期間，其係接著可能意謂該電流源係具有不足的淨空，且490奈秒電流脈波將不達到其意欲的尖峰電流。對於較低的脈波寬度調變工作週期循環及具有比該系統內其他串較高之順向電壓之串而言，此種電流壓縮係將導致該發光二極體串之亮度的對應減少。所敘述參照圖2之實施方式係使用一個決定由該升壓調整器202所提供之切換調整器輸出電壓之不同的方式。

該參考電壓V_HIGH及該參考電壓V_LOW之間之電壓視窗係被設定成比能夠藉由控制機制而導入該升壓調整器輸出電壓節點214之最小單一步階為大，保證至少一個輸出準位將獲得一個穩定的操作點。該電壓控制係藉由調整該升壓調整器202之輸出電壓至一個參考電壓輸入V_REF而達成，參考電壓輸入V_REF係由數位至類比轉換器250產生。該計數器/步級演算法246係控制由該數位至類比轉換器250所提供之參考電壓，以導致於複數個發光二極體串204之最低電壓節點之下方的電壓維持於高參考電壓及低參考電壓之間。該數位至類比轉換器250之輸出係根據自監視每一個發光二極體串204之下方的通道電壓所獲得之資訊，而藉由自該計數器/步級演算法246所提供之數位訊號而向上及向下移動至需要的準位。於節點226之OVP訊號係使用作為用於升壓調整器202之反饋訊號，該反饋訊號係被調整成由該數位至類比轉換器250提供而來之參考電壓所指示之電壓準位。此係提供用於發光二極體串204之正確電壓，其係具有最高順向電壓條件，而不論一個特定發光二極體串導通之時間如何短。此外，對於採用由發光二極體串之下方而來的升 壓反饋之系統之穩定度係改善，因為通常由於與電流源暫態響應交互作用而導入該反饋路徑之相移及發光二極體特性係自該控制迴路中消除。

數位至類比轉換器250係建構成使得連續的變化係變成越來越大(達到一個最大步級大小界限)，以達到一個目標點，除非輸出係於比某一時間為長之時間維持固定的或改變方向。任何後續改變將為小的，以允許發光二極體之順向電壓之溫度變化所需之準位內之小的擾動，且其係由該系統內之雜訊所導致。該控制演算法係最佳化，以致能輸出電壓比其能夠上升之速度下降更快，如同該輸出電壓係太高一樣，其係能夠快速地導致發光二極體驅動器之熱問題。

該發光二極體驅動器係監視節點226之切換調整器輸出電壓，以防止假如該升壓調整器尚未趕上該目標參考值之情況下，參考電壓被改變，且產生一個輸出電壓，以回應於該參考電壓。此係防止一旦該升壓調整器202已經趕上之情況下，該參考電壓自該需要的值“跑開”，且花長的時間回來。當該升壓調整器202之輸出電壓係下降時，此係特別重要。此係由於下列事實：該升壓調整器202係能夠於輸出電壓產生一個非常快的上升，然而減少該輸出電壓之唯一方式係為允許該電流源於其正常導通時間期間將該輸出電容器放電。假如該發光二極體工作週期係非常低，則此係能夠花費一個相當量的時間降低輸出電壓。因此，假如該輸出準位之反饋係比目前參考電壓低很多，則該系統將不允許該參考電壓向上改變，且假如該輸出準位之反饋係比目前參考電壓高很多，則該系統將不允許該參考電壓向下改變。該組態係亦提供過電壓保護，而不需要額外的電路，因為有一個最大數位至類比碼，高過該碼時，該升壓調整器202將不運作。此準位係能夠藉由改變電位計至測針之向下比(pot down ratio)而修改。

現在參照圖3，該圖係顯示一個敘述圖2之電路的操作之流 程圖。電壓資訊係於步驟302於節點228之每一個發光二極體串之下方被測量出。此資訊係不即時饋送至該升壓調整器202作為至反饋接腳之反饋。反而是，於節點214之輸出電壓係透過由電阻器222及224所組成之分壓電路而被監視。至該反饋接腳之反饋電壓係自該電阻分壓器之節點226被提供。一個電壓視窗係使用比較器238及240於參考電壓V_HIGH及V_LOW之間產生。使用這兩個比較器238及240，該電路係企圖於該發光二極體串之導通期間調整一個發光二極體串上之最低通道電壓。於步驟314，假如詢問步驟312係決定於節點228之至少一個電壓於導通期間係低於一個參考電壓V_LOW，則此係導致該通道上之相關比較器240變成一個邏輯“高”準位，其係驅動或閘244之輸出成為一個邏輯“高”準位，其係產生一個向上訊號。於步驟316中，於或閘244之輸出端之邏輯“高”訊號係導致該計數器/步級演算法246及該數位至類比轉換器250增加參考電壓V_REF。增加之參考電壓V_REF係導致步驟318中由該升壓調整器202所提供之調整電壓的對應增加。

假如詢問步驟312係決定於該節點228之電壓無任一個係於導通期間係低於一個參考電壓V_LOW，則詢問步驟304係決定是否於整個脈波寬度調變期間所有與每一個發光二極體串204相關之通道(除了完全關閉之通道之外，亦即0%脈波寬度調變/禁能)係至少導通一次及是否所有通道於導通期間係於其之發光二極體串之下方係具有高於V_HIGH之電壓。於此環境下，於步驟308中，比較器238之輸出係對於每一個由該發光二極體驅動器所驅動之發光二極體串而言係於一個邏輯“高”準位，且這些訊號係驅動及閘242之輸出成為一個邏輯“高”準位，產生向下訊號。由該數位至類比轉換器250所提供之減少的參考電壓係將於步驟310中導致於節點由該升壓調整器202所提供之調整電壓上對應的減少。

假如詢問步驟304係決定於節點228之所有通道電壓係於整個脈波寬度調變期間不高於該參考電壓V_HIGH，則於節點228之至少一個電壓係於建立之電壓視窗之內，且該參考電壓係於步驟320中被維持。此係導致於步驟322中，該調整電壓維持於建立的準位。該方法係持續步驟324，且返回步驟302，以繼續監視於節點228之每一個發光二極體中之下方的電壓。

現在返回圖4，其係更特定地顯示一個替代實施例，於該升壓調整器202內之電路係提供於節點210提供而來的輸出電壓V_OUT內之暫態抑制。於已知步驟之該升壓調整器202之暫態係能夠藉由在流經該電感器207之負載電流IL變化同時，將偏移加入比較電壓V_COMP而大幅減少。該比較電壓V_COMP係由一個積分器402之輸出提供而來。偏移及積分器之輸出的相加係避免積分器402必須穩定成為一個新的值，且造成的過/低電流係於穩定期間傳送至輸出。然而，此組態係不改變每一個負載情況下基本迴路特性。積分器402係於發光二極體堆疊204之下方接收自節點228而來的反饋電壓FB，雖然其係亦能夠如圖2所組態。此外，積分器402係透過節點410而連接至一個加法器電路406及一個控制演算法及數位至類比轉換器408。亦連接至節點410的是一個連接於節點410及接地之間之電容器412。

控制演算法及數位至類比轉換器408係產生一個校正偏移，其係與自積分器402之輸出提供而來的比較電壓相加，以大幅減少升壓暫態，如於上文所述。該控制演算法及數位至類比轉換器408係產生該校正偏移，以回應於提供之比較電壓及自控制輸入414提供而來之提供的負載資訊。該負載資訊係包含流經電感器207之負載電流。包含該校正偏移之比較電壓係提供至一個加總電路416之輸入端。亦提供作為至該加總電路416之輸入係為一個斜率補償斜坡訊號、反饋電壓V_FB、 參考電壓V_REF404、於切換電晶體216之源極之節點所監視之電壓及至系統接地之連結。加總電路416之輸出係提供作為至一個閂鎖電路418之R輸入之控制輸出。該閂鎖電路418係亦於其之S輸入接收一個前緣遮沒訊號(LEB)。該前緣遮沒訊號係為一個具有一個非常低工作週期(短的“高”時間)之固定頻率時脈訊號，其係設定閂鎖電路418為正反器。假如正反器418係被設定為主要的，則其亦能夠被使用作為一個前緣遮沒訊號。正反器418係於其之Q之下產生至該切換電晶體216之輸出驅動訊號。

於一個切換調整器202中，當一個比例控制機制被使用時，負載調整係非常不良的。高於該電感器207之導通點之上之流經電感器207之負載電流的任何增加將造成輸出電壓V_OUT上之對應減少。然而，雖然對於一個負載步級之響應係導致輸出電壓準位上之變化，然而穩定至新的電壓準位所花之時間係非常快。於一個積分系統中，於低頻下之額外增益係使用於消除此負載調整特性的大部分。此之代價為一個快速的暫態響應，因為該系統係僅能夠回應於一個具有由積分器gm及迴路濾波器(COMP)網路阻抗所定義之頻寬之暫態。此係意謂於負載電流之一個步級增加係將導致一個起始輸出電壓下降，其後接著一項校正。類似地，當一個負載係減少一個步級，則起始暫態係於一個正的方向。負載電流暫態越大，則對應的輸出暫態越大。這些場景係更完整地顯示於圖5。

現在參照圖5，其係顯示於一個期間內負載電流502、補償電壓504及輸出電壓506之變化。如同能夠看出，當於時間T₁、T₂及T₄時於負載電流502上有一個步級增加時，於比較電壓504上之對應暫態增加係於比較電壓穩定至一個穩態準位之前產生。回應於該比較電壓504，該輸出電壓V_OUT係經過一個暫態尖波減少，直到該輸出電壓穩定回到調整過的電壓準位為止。此外，當該負載電流502內有一個步級 減少時，該比較電壓係以一個對應減少作反應，且該調整過的輸出電壓V_OUT506係於穩定回到該調整過的電壓準位之前，導致一個暫態尖波增加。這些負載暫態係能夠於負載變化時藉由將來自控制演算法及數位至類比轉換器408之偏移加入至加法器406之比較電壓而大幅減少，如同由輸入414所提供之負載資訊所指示。此係避免積分器402必須穩定成為一個新的反饋電壓準位，且造成的過/低電流係於穩定期間傳送至輸出。此組態係具有不改變每一個負載情況下基本迴路特性的增加優點。

於示於圖5中之這些暫態有一個成分，其由斜坡該電感器電流I_L向上或向下至一個難以校正之新的值所花費之時間所造成。然而，此係非主要的項。示於圖4之實施方式係應用至負載係為已知之系統，且校正該變化之剩下部分係可能的。此係特別相關於一個包含多串發光二極體驅動器之電路，其中，有一已知組之離散可能的負載。於如此系統內之任何負載調整或暫態尖波特性係具有導致該發光二極體驅動器內增加的功率消耗之可能，且亦可以將電流源推向其的線性操作區域。後者之情況係需要一個系統係必須被設計成提供電流源內足夠的淨空，使得這些事件係不將其推向其之線性操作區域，因而增加晶片上功率消耗，或者可替代地，接收不良的發光二極體電流控制將由許多暫態造成成為線性區域。

舉例而言，假如該電路設計成驅動8個堆疊發光二極體，則存在9個可能的負載情況。這些負載情況係為0安培(所有堆疊關閉)，I_LED(1個堆疊導通)，2*I_LED(2個堆疊導通)．．．8*I_LED(所有8個堆疊導通)。因此，超過操作的程序之下，一個對於這些負載情況之每一個為特定之控制項係可以被提供。關於圖4之電路的控制機制係企圖提供一個輸入給減少積分器輸出節點所需之電壓位移的量之迴路。此係允許當消除暫態電壓事件主要的成分時，積分控制保持於該迴路中。

此係可以由控制演算法及數位至類比轉換器408以許多 方式而完成。於一個第一實施例中，一個簡單的機制係使用一個增益項，其係放大該輸入至由該積分器402所定義之迴路。給定積分項係正比於電感器電流IL(其係於連續導通點之外)，則該增益係可以被改變，以企圖減少可能的負載電流之範圍之下積分器402之輸出的整體範圍。於一個使用脈波寬度調變控制以調暗發光二極體之發光二極體驅動器系統中，一個差動增益係能夠被施加至每一個可能的負載組合(0至N個發光二極體串導通)，提供一個減少很多的積分器輸出擺動，且因此較小的電壓暫態。此係能夠根據於設計或模擬為基礎時該電感器電流的計算，其中，一個增益係透過顯示於各種不同的負載情況期間積分器輸出之特性之模擬而被拾取。於負載係為已知但具有比離散實際上實施多很多狀態之非發光二極體系統中，該增益項係能夠具有負載及發展成最適合該應用之增益之間的關係而為連續的。此或許將不提供一個完美的適配，然而只要整體積分器範圍係減少，則暫態響應係改進。

於一個替代實施例中，一個更複雜的機制能夠與離散負載步級一起使用。該積分器輸出係能夠被監視，且利用一個數位控制機制以企圖將該輸出值拉至一個已知的準位。舉例而言，該積分器輸出電壓係上升，以回應於一個較高的負載電流，且該系統將透過方塊408內之數位至類比控制器而對於該迴路加上貢獻，以嘗試及降低該輸出電壓。類似地，當輸出電壓係下降以企圖將其回升回到一個期望的準位時，一個貢獻係自該迴路移除。所使用之最新的數位至類比控制器碼係能夠對於每一個可能的準位作儲存，且於特定負載係出現之任何情況之開始時施加。以此方式，該系統係能夠建立及使用一個儲存的預定偏移值組作為至該迴路之輸入，以限制該積分器輸出之範圍及最小化輸出電壓暫態。此方法相較於第一替代方式之優點係為該迴路內之積分器項的有效增益係不隨負載準位而改變，且正比控制係仍然能夠藉由使用一個電阻器串聯補償電容器而實施， 而不提供負載電流之改變的比例增益。

現在參照圖6，其係顯示一個敘述使用所控之控制演算法之升壓調整器202之操作的流程圖。起初，於步驟602中，積分器402決定補償電壓以回應於FB電壓及V_REF電壓。方塊408內之控制演算法係決定一個控制偏移值，以回應於所提供之補償電壓及導通之發光二極體串204之數量所指示之負載資訊。所產生之偏移控制值係控制該控制方塊408內之數位至類比轉換器，以產生校正偏移類比電壓，其係於步驟606中加入至加法器電路406內之補償電壓。該偏移補償電壓係使用於透過該加總電路416及閂鎖器418而產生該輸出電壓，該加總電路416及閂鎖器418係產生切換控制訊號，其係於步驟608中控制節點210之輸出電壓V_OUT。

現在參照圖7，其係顯示用於使用於上文所敘述之升壓暫態抑制方法的系統之負載電流I_L702、比較電壓704及輸出電壓V_OUT706。如上文所述，該負載電流係於時間T₁、T₂及T₄時增加。不像是針對圖5所顯示之波形，該比較電壓704係非常快穩定，因為由於加入的比較電壓偏移，準位係非常接近先前的準位。因此，於該輸出電壓訊號V_OUT706內，僅小的暫態電壓尖波係維持，其係起因於該電感器電流斜坡向上至新的準位所花費的時間。於該負載電流係於時間T₃及T₅時步級向下之情況下，一個類似的情況係能夠被看見。於示於圖5及圖7之間之比較係顯示由使用該電壓補償訊號之校正偏移所提供之大幅暫態抑制。

現在參照圖8，其係顯示該升壓調整器202可以被建構以提供漣波排拒之方式。積分控制係透過積分器402而包含於直流對直流控制器迴路內，如上文所敘述以改變絕對準確度，同時維持一個較小的輸出電容，其係比均等比例控制機制內相同準確度所需之電容為小。於直流對直流輸出上之電壓漣波係由許多因子所定義，包含V_IN,V_OUT,I_LOW,I電感器 值，輸出電容及輸出電容器有效系列阻抗。這些因子係透過下列方程式而相關連：工作週期D=(V_OUT-V_IN)/V_OUT

平均電感器電流ILavg(平均)=Iload* V_OUT/(V_IN *效率)

尖峰電感器電流ILpeak=ILavg+V_IN/L*D*T*0.5(對於連續的系統)

電容器漣波電流Iripple=Ilpeak

電容器漣波電壓Vripple=ESR*Ilpeak

於一個給定系統內，其中這些名詞大部分係被定義，用於定義漣波之最重要的數字係為尖峰電感器電流及輸出電容器ESR，尖峰電感器電流係由負載電流及其他因子所定義。於高電壓應用中，諸如一個許多發光二極體串聯之發光二極體驅動器，使用於獲得所需輸出電容值之電容器之形式係能夠具有一個相當高的ESR。此係能夠提供高準位輸出漣波。積分控制機制之操作將意謂此漣波形式之平均值將被調整成所需之準位。對於大部分的應用而言，此係可接受的。然而，發光二極體驅動器系統係企圖調整一個發光二極體串之上方的電壓，使得於下方的電壓係僅足夠電流源正常運作。此係被實施，以最小化於該發光二極體驅動器內之功率消耗。假如此較低的準位係被調整成目標準位之平均值，則該漣波之較低部分係低於該目標，且其係推動該電流源進入其之線性操作區域。當該負載電流及ESR增加時，此將變成較差，假如發光二極體之數量增加因而增加電感器電流，則此亦將變成較差。為了解決此問題，目標電壓係必須增加，以保證其係不影響操作。實際上此係難以實施，且將造成該電流源之淨空係被設定成高於所需的值，以保證無任何於不需要之情況下增加可能的功率消耗問題。

圖8顯示一個升壓轉換器，其提供一個用於施加於反饋接腳 之反饋訊號至積分器402之輸入的新方法。通常饋入至積分器402及該控制迴路內之加總電路416之控制迴路內之電壓反饋項之反饋接腳之輸入係於至該積分器402之輸入上被一個開關802取樣及保持。藉由當該開關節點係於一個邏輯“低”準位時於正反器418之輸出取樣及保持此電壓，該積分器402係以輸出漣波形式設定該調整點為最低的點。此係允許該波形內之部分係與該參考電壓對準。此係意謂該電流源之淨空係能夠被設定成為一個低很多的準位，同時保證漣波將不能夠推動該些電流源成為其之線性操作區域。

現在參照圖9a及9b，其係顯示針對一個不使用該取樣及保持開關之電路之電感器電流I_L及參考電壓反饋波形(圖9a)及針對一個使用該取樣及保持開關之電路之電感器電流I_L及參考電壓反饋波形(圖9b)。當該取樣及保持電路係不被使用時，該反饋電壓係於操作期間於許多點處下降成低於該參考電壓V_REF。圖9b係顯示使用一個取樣及保持電路，且該反饋電壓FB係不論所提供之負載電流I_L為何，總是維持於該參考電壓V_REF之上。

該升壓調整器產生所需之最小電壓，以致能該發光二極體串204具有最高的順向電壓降，以於規劃過的電流下執行。該電路係採用一個電流模式控制升壓架構，其係具有一個快速電流感測迴路及一個慢的電壓反饋迴路。該架構係達成一個快速的暫態響應，其對於筆記型電腦背光應用而言係重要的，於筆記型電腦背光應用中，電力係能夠為電池之一個嚴重的消耗或者立即充電至一個交流/直流轉換器而不提供可注意到的視覺擾亂情況。能夠被該電路所驅動之發光二極體之數量係根據該應用所選擇之發光二極體之形式而定。

該電路係能夠升壓至34.5伏特，且對於每一個通道驅動9個串聯的發光二極體。然而，其他的電壓升壓準位及發光二極體之數量 係可以於替代實施例中被支援。該動態淨空控制電路係控制最高順向電壓發光二極體堆疊或者有效地控制自任何輸入電流接腳而來的最低電壓。於最低電壓之輸入電流接腳係使用作為用於該升壓調整器之反饋訊號。該升壓調整器係驅動該輸出成為正確準位，使得於最低電壓之輸入電流接腳係於該目標淨空電壓。因為所有這些發光二極體串係連接至相同的輸出電壓，其他輸入電流接腳將具有一個較高的電壓，然而於每一個通道上之調整電流源將確保每一個通道係具有相同的規劃電流。該輸出電壓將一個循環接著一個環境調整，且係總是參考該架構內之最高順向電壓串。

熟習本項技術者將體認的是，本揭示內容所具有的優點係為當驅動複數個通道內之發光二極體串時，該發光二極體驅動器係提供一個改進之操作特性。應瞭解的是，於此之圖式及實施方式係被認為一個例示之方式而非一個限制之方式，且係不意欲受限於所揭示之特定形式及實例。相反地，所包含的係在不偏離本發明之精神及範疇之下，對於所屬技術領域中具有通常知識者而言明顯之任何進一步的修改、改變、重新配置、取代、替代、設計選擇及實施例，如同由後附申請專利範圍所定義。因此，係意欲下列申請專利範圍係被解釋為包含所有如此之進一步的修改、改變、重新配置、取代、替代、設計選擇及實施例。

202‧‧‧升壓控制器

204‧‧‧發光二極體串

207‧‧‧電感器

208‧‧‧二極體

210‧‧‧節點

212‧‧‧電容器

214‧‧‧節點

215‧‧‧個別發光二極體

216‧‧‧切換電晶體

218‧‧‧節點

220‧‧‧電阻器

228‧‧‧節點

230‧‧‧放大器

232‧‧‧電晶體

234‧‧‧節點

236‧‧‧電阻器

402‧‧‧積分器

404‧‧‧參考電壓V_REF

406‧‧‧加法器電路

408‧‧‧控制演算法及數位至類比轉換器

410‧‧‧節點

412‧‧‧電容器

414‧‧‧控制輸入

416‧‧‧加總電路

418‧‧‧閂鎖電路，正反器

Claims (1)

1. 一種用於產生一個輸出電壓至複數個發光二極體串之上方節點之電路，包含：一個切換電晶體，其係響應於一個切換控制訊號；一個積分器，其係用於產生一個補償電壓，以回應於該複數個發光二極體串之一者的下方節點之電壓；用於結合一個偏移及該補償電壓之電路，其係回應於該補償電壓及流經一個電感器之負載電流，其中，該偏移實質上係減少自該補償電壓及該輸出電壓而來之電壓暫態；一個加總電路，其係用於加總該補償電壓及至少於該複數個發光二極體串之該一者的下方節點之電壓，以產生一個第一控制訊號；以及一個閂鎖器，其係用於產生該切換控制訊號，以回應於至少該第一控制訊號。