[发明专利]电压控制的背光驱动器

说明书

背景技术

本发明涉及基于发光二极管照明的领域，更具体地涉及有可控电源的、用于驱动和控制多个LED串的系统。

发光二极管(LED)特别是高强度和中强度LED串迅速地开始广泛地用于照明应用。有着总体高辉度的LED在许多应用中有用，包括但不限于基于液晶显示(LCD)的监视器和电视机(在下文中统称为监视器)的背光照明。在大LCD监视器中通常以一个或多个串联连接的LED的形式提供LED，从而分享共同的电流。

为了向所述监视器提供白背光，通常使用两种基本技术中的一种。在第一种技术中使用一个或多个“白光”LED串，白光LED通常包含蓝光LED以及吸收该蓝光LED发射的蓝光并发射白光的磷光体。在第二种技术中相邻放置一个或多个单独的彩色LED串以使它们的光混合后看起来与白光一样。通常使用两串绿光LED以各平衡一串红光和蓝光LED。

在两种技术的任一种中，在一个实施例中LED串位于监视器的一端或一侧，通过散射体将光散射使之看起来在LCD后面。在另一个实施例中该LED直接位于LCD后面，通过散射体将光散射以消除热点。在彩色LED的情况下，还需要可以是散射体一部分的混合器以确保不分开地看到彩色LED的光而相反使光混合以给出白光。光的白点是要控制的重要因素，且设计和制造中的许多努力都集中在对受控白点的需求上。

通常通过振幅调制(AM)和脉冲宽度调制(PWM)控制每一个彩色LED串以获得总体上固定的感知辉度和彩色平衡。作为白点校准过程的一部分，通过将流过LED串的恒定电流设置到确定值AM通常用来设置不同彩色LED串产生的白点，而PWM通常用来可变地控制监视器的总体辉度或亮度而不影响白点平衡。因此当脉冲启动时该电流被保持恒定以保持不同彩色LED串混合所产生的白点，且控制该PWM占空比通过调整一段时间的平均电流以使背光变暗或变亮。进一步改变每种色彩的PWM占空比以保持白点，较佳地响应于色彩传感器。注意，不同色彩的LED以不同的速率老化或因变于电流减少辉度， 因此随着时间的过去必须修改每种色彩的PWM占空比以保持白点。然而PWM占空比的范围有限制，并且不幸的是当达到限制值时最大辉度开始衰退。

每一不同的彩色LED串的电压需求与LED的正向压降和LED串中LED的数量相关联。如果每种色彩使用多个LED串，每串有相同数量LED的同一色彩LED串上的电压降也会因为制造公差和温度差异而不同。理想地，为每个LED串提供单独的电源，且该电源自适应地调整其电压输出以符合相关联LED串的电压降。这样的很多个电源有效地最小化过量功耗，然而需要很多个电源是昂贵的。

减少所需电源的可替换的解决方案是对每种色彩提供单个电源。因此由单个电源驱动单个色彩的多个LED串，且将所需电源的个数减少为不同色彩的数目，也就是说通常减少到3个。不幸的是，因为如以上所指出地相同色彩的不同LED串可能表现出不同电压降，所以这样的解决方案还需要和每个LED串串联的有源元件以补偿不同的电压降，以便确保流过相同色彩的每一个LED串的电流实质上相等。

在一个实施例中，对单个色彩的多个LED串使用单个电源，由单个控制器芯片控制通过每一个LED串的功率，该控制器芯片展现用以补偿不同电压降的耗能有源元件。不幸的是，因为耗能元件是个很大的热源，所以它限制了控制器芯片的工作范围。将耗能元件置于控制器芯片外部可解决热的问题，但不幸的是导致成本更高和覆盖区域从而不是最理想。总而言之，至少部分地由于耗能元件的作用产生的热约束限制了耗能元件包含在内的控制器芯片，但仍然需要提供AM和PWM调制。

当LED串老化时，它们的电压降改变。而且LED串的电压降是温度的函数，因此考虑到工作温度的范围，最初必须把电源的电压输出设置得足够高以便在LED串的工作寿命内提供足够的电压。由于将电源设置为在LED串的工作寿命内向所有的LED串提供必须被表现出较低电压降的LED串消耗的足够电压，因此对每种色彩采用单个固定电压源会导致过量的功耗。

所需要的并且现有技术没有提供的是控制流经多个LED串的电流并且同时控制电压源以便最小化多余功耗的手段。较佳地，该用于控制电流的手段响应热约束。

发明概述