[發明專利]控制提供到電子器件的電流的方法和裝置

有效

• 申請號: 200680048430.4
• 申請日: 2006-12-20
• 公開（公告）號: CN101379887A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發明（設計）人: P·瓊格沃思;S·P·羅賓遜;C·馬特扎
• 申請（專利權）人: TIR科技公司
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;H05B33/08;H01L33/00;H01L51/52;H02M3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李靜嵐;劉紅

技術領域

本發明涉及電子器件控制領域，尤其涉及用于電子器件的開關驅 動電流控制的方法和裝置。

背景技術

在半導體發光二極管(LED)和有機發光二極管(OLED)研制中的 新進展已經使得這些器件適合于在例如包括建筑、娛樂、和道路照明 的普通照明應用中使用。同樣地，這些器件正日益變得可與白熾燈、 熒光燈和高強度氣體放電燈相競爭。

在工作條件下由LED發射的光量直接依賴于流經該器件的電流。由 于器件特性上的差異，甚至當LED是相同的類型時，在一定的工作條件 下相同的器件電流可能導致可覺察的不同的光通量輸出。當串聯連接 的LED的驅動電流減小到一定限度之下時，一些LED可能在其他的LED停 止發光之前完全停止發光，這可能產生不想要的工作模式。這樣的效 果主要是在不同的LED兩端的正向電壓特性波動的結果。在LED兩端的 可容忍的光通量輸出變化的限度通常依賴于照明應用的類型。當照明 應用要求多于一個LED時，LED特性通常應該緊密匹配以能夠保持驅動 電路設計盡可能地簡單。已經提出了幾個能夠有效地控制LED驅動電流 的驅動電路設計。大多數設計屬于線性恒定電流驅動電路的范疇，這 些電路能夠維持經過串聯連接的LED的均勻的驅動電流。然而，許多線 性恒定電流驅動電路招致高功率損耗，并且要求特殊的功率電子器件 和細心而連續不斷的熱管理。如果想要大范圍的包括小比例(low fractional)的額定光輸出的工作條件，則大部分直流或者開關電流 驅動電路要求復雜的反饋控制系統以實現準確和可靠的光通量輸出控 制。

其他的有效地控制LED的解決方案要求產生調節的公共電壓源的 降升電壓調節器、設置LED驅動電流的低側(low-side)鎮流電阻器、和 用于電流監測的分流電阻器(shunt?resistor)。例如，專利號6,362 ,578的美國專利公開了如何使用用于電流控制的偏壓電阻器和具有反 饋回路的電壓轉換器來維持在LED陣列兩端的恒定電壓。附加的晶體管 連接在LED的低側并且使用脈寬調制(PWM)進行開關用于光通量輸出 控制。由于偏壓電阻器這種驅動電路具有高功率損耗，并且該偏壓電 阻器可能要求昂貴的校準來提供準確的電流控制。此外，專利號 4,001,667的美國專利公開了一種閉環電路，該閉環電路提供一系列 恒定電流脈沖到發光二極管用于光通量輸出控制。然而，這種閉環電 路不能實現全范圍的電流脈沖占空因數控制。

專利號6,586,890的美國專利公開了一種使用電流反饋系統來調 整到LED的功率的方法，其中低頻PWM控制信號驅動電源。然而，該方 法使用20Hz到20kHz的PWM開關頻率，該開關頻率產生聽得見的噪聲， 并且可能通過熱循環LED晶片(die)而對LED產生不利的影響LED，結 果減少器件的可靠性和使用壽命。

專利號6,734,639的美國專利公開了一種利用和定制的采樣和保 持驅動電路結合的電壓轉換器來限制LED陣列的開關驅動電路的過載 的驅動電流瞬態的方法。LED驅動信號被連接到用于反復地接通和斷開 該電壓轉換器的加偏壓的開關信號以便同時開關負載和電源。然而， 該方法只能應用到反激式(fly?back)和推挽式的電壓轉換器，而且 不能直接控制LED驅動電流。這種方法沒有顯著地減少驅動電路功率損 耗或者提高總系統效率。此外，這種方法通常只在高至400Hz量級的驅 動頻率的期望參數之內工作，并且不允許高頻率開關。結果，根據這 種方法的驅動電路能產生不想要的聽得見的噪聲并且可以在連接的 LED陣列上施加過度的熱應力。

此外，美國專利申請號為2004/0036418公開了一種用于驅動LED陣 列的方法，其中使用轉換器來改變經過LED的電流。使用電流開關來提 供反饋。這種方法結合了標準降壓式變換器設計的必要元件，然而， 它不能控制要求不同的正向電壓的并聯LED串。這種方法公開了如何使 用高側(high-side)晶體管開關作為可變電阻器來限制每個LED串的電 流，然而，高側晶體管開關可能引起大的功率損耗并且減小驅動電路 的總效率。