[發明專利]自適應開關模式LED驅動器

有效

• 申請號: 201010160505.6
• 申請日: 2010-04-01
• 公開（公告）號: CN102026442A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 金學成;張玉成;李揚;蘭茂豐;J·W·克斯特森;王曉艷;潘正宏
• 申請（專利權）人: 艾沃特有限公司
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;黃耀鈞

技術領域

本發明涉及一種LED(發光二極管)驅動器，并且，更具體地，涉及一種支持多個LED串的LED驅動器控制器。

背景技術

LED被采用于多種電子應用中，例如，建筑照明，汽車頭尾燈，包括個人計算機和高清電視機在內的液晶顯示設備的背光，及閃光燈等。與如白熾燈和熒光燈之類的常規光源相比較，LED具有顯著的優點，包括高效率、良好的方向性、色彩穩定性、高可靠性、長壽命，小體積、以及環境安全性。

LED是電流驅動設備，并且因而調節通過LED的電流是一個重要的控制技術。為了從一個直流(DC)電壓源驅動一個大的LED陣列，經常使用諸如升壓或降壓-升壓功率轉換器之類的DC-DC開關功率轉換器，用以為多個LED串提供頂端導軌電壓。在使用LED背光的液晶顯示器(LCD)應用中，控制器經常必須要控制多個LED串，其中每個串具有獨立的電流設置。控制器繼而能夠獨立控制LCD不同部分的亮度。此外，控制器能夠以一種定時的方式開啟或關閉LCD的不同部分。

圖1示出了一種常規的LED驅動器100。LED驅動器100包括一個連接于DC輸入電壓Vin與多串LED?102(即，LED通道)之間的升壓DC-DC功率轉換器101。升壓轉換器101的輸出Vboost與每個LED串102的第一個LED的陽極連接。每個LED串102的最后一個LED的陰極與用于控制串102中的電流的通道控制器115連接。

每個通道控制器115包含一個與線性壓差調節器(LDO)104串聯的PWM晶體管103。LDO?104確保LED串102中的峰值電流被調節在一個固定的水平。峰值電流水平一般被設置為等同于由LDO參照控制器107對于全部LED通道的信號108所指示的數值。PWM晶體管103根據脈寬調制(PWM)占空比控制LED串102的亮度。每個LED通道的亮度由根據設置的亮度調整PWM占空比的照度控制器109的照度控制信號111獨立地設置。

在這種常規配置中，功率在LOD?104中被消耗，以調節峰值電流。LED是電流控制設備，意味著由它們產生的光通量主要地是一個施加通過它們的電流的函數。因而LDO?104確保每個LED通道的亮度都相同，因為通過每個LED通道的峰值電流都相同。LDO?104還提供一種降低來自Vboost的升壓電壓波動對LED串102照度的影響的原生供電排斥。在每個LED通道中，LDO?104的功耗與通過LED串102的電流、PWM占空比、以及跨越LDO?104的電壓降的乘積成比例。

由于LED之間制造上的差異，用以保持一個特定的電流水平必要的跨越每個LED串102的電壓降具有相當大的差異。為了補償LED串102的不同正向電壓，跨越每個LDO?104的電壓降是不同的。圖2中的電壓/電流曲線示出了兩個不同LED(LED1和LED2)的電壓與電流之間的指數關系。假設，比如，LDO參照控制器107將每個LED通道內的峰值電流設置為40mA，LED?1必須在一個大約3.06伏的正向電壓降運行，同時LED2必須在一個大約3.26伏的正向電壓降運行。因此，LED1和LED2的正向電壓降之間有一個大約0.2伏的不同。假設在第一LED串102中有10個具有LED1特性的LED，跨越LED串102有一個30.6V的壓降。假設在第二LED串102中有10個具有LED2特性的LED，跨越第二LED串102有一個32.6V的壓降。2伏的差異將因此被驅動第二串的LDO所消耗，使得全部兩個串都運行于相同的40mA的峰值電流。消耗的總功率為80mW。當這些功率損失在許多LED通道上擴展時，它們可能會變得難以承受。

一種圖1中LED驅動器100的替代方案為使用各自驅動一個LED串的電流鏡，例如，在授予Volk等人的美國專利第6,538,394號中所描述的。然而，這種電流鏡方案的功率效率低。當LED的正向電壓不同時，施加到并聯的LED串上的Vboost需要高于跨越具有最高組合正向電壓∑V_F的LED串的正向電壓降。在具有低于最高的組合正向電壓的LED串中有一個電壓差(Vboost-∑V_F)，并且這個電壓差跨越每個電流鏡施加。由于被電流鏡消耗的功率對發光沒有貢獻，導致總效率低下，特別是當LED串之間的組合正向電壓的差別較大時。

第三種常規方案通過按順序開啟多個LED串中的每一個來運行，如授予Bohn等人的美國專利第6,618,031號中所描述的。但是，這種方案要求來自LED驅動器的快速動態響應，并因此迫使功率轉換器運行于低功率轉換效率的深度不連續模式(DCM)下。