[发明专利]具有多反馈环路的LED驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及LED(发光二极管)驱动器，尤其涉及具有多反馈环路的LED驱动器。

背景技术

在各种电子应用，例如，建筑照明、汽车头灯和尾灯、液晶显示器设备的背光、闪光灯等中都在采用LED。与常规光源(诸如，白炽灯和荧光灯)相比，LED具有显著的优势，包括：高效、良好定向性、颜色稳定性、高可靠性、寿命长、尺寸小和环境安全。

LED是电流驱动器件，因此对于LED应用而言调整通过LED的电流是重要的控制技术。为了用直流(DC)电压源驱动大批LED，DC-DC开关功率转换器(诸如，升压功率转换器)经常与反馈环路一起使用，用于调整LED电流。图1示出了使用升压转换器的常规LED驱动器。该LED驱动器包括：耦合在输入DC电压Vin与彼此以串行连接的一串LED 110之间的升压DC-DC转换器100；以及控制器电路102。如常规情况那样，升压转换器100包括电感器L、二极管D、电容器C和开关S1。升压转换器100可以包括其他部件，这里为了简化说明将这些其他部件省略。通常，升压转换器100的结构和操作是已知的，该升压转换器100的输出电压Vout根据开关S1的接通/断开时间的占空比来确定。向LED串110施加输出电压Vout，用于提供通过LED 110的电流。控制器电路102检测通过LED 110的电流104并且基于检测的电流104生成控制信号106，用于控制开关的占空比。控制器电路102可以通过以下各种控制方案的一种来控制开关S1，该控制方案包括：脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、恒定接通时间或断开时间控制、滞后/滑动-模式控制等。控制器电路102和信号路径104、106一起形成图1常规LED驱动器的单个反馈环路。常规LED驱动器(诸如，图1中所示)的两个主要挑战是速度和均流(current sharing)。

LED驱动器中要求快速开关速度，因为LED亮度需要快速率地进行调节。快速开关速度对于利用脉冲宽度调制(PWM)的调光控制尤其有用，其中LED需要在短时间内从轻负载或无负载转变成重负载，或相反。LED驱动器的速度是其小信号性能的量度。由于升压转换器中的固有右半平面(RHP)零点，常规LED驱动器的速度限制在大多数LED应用要求的速度以下。

由于LED制备工艺引起的LED的参数变化性，需要均流。当多个串接LED串并行连接时，LED正向电压(V_F)中的小失配可以在其电流亮度方面引起大的差异。已经试图以各种方式进行均流。一个基本方法是利用单独功率转换器来驱动多个LED串的每一串。然而，这种方法的劣势为：明显地高部件数量、高实现成本和大尺寸。

另一方法使用电流镜，每个电流镜驱动一个LED串，例如，如Volk等人的于2003年3月25日公告的美国专利号6,538,394中所示。然而，这种电流镜方法的劣势为其效率不高。即，当LED正向电压不同时，施加到并行连接的LED串的功率转换器的输出电压(V₊)必须比具有最高组合正向电压∑V_F的LED串的电压高。具有组合正向电压低于该最高组合正向电压的LED串中存在电压差(V₊-∑V_F)，该电压差(V₊-∑V_F)施加在每个电流镜上，在具有最低组合正向电压∑V_F的LED串中存在最高电压差。由于电流镜消耗的功率不用于照明，所以整体效率不高，尤其当LED串之间组合正向电压差大时。

另一方法是顺序地接通多个LED串的每一串，如Bohn等人的于2003年9月9日公告的美国专利号6,618,031中所示。然而，该方法要求来自LED驱动器的更快动态响应，因此强制该功率转换器以深度不连续模式(DCM)进行操作，在该深度不连续模式(DCM)下功率转换效率不高。

发明内容

本发明的实施方式包括LED驱动器，该LED驱动器包括至少两个单独的、互锁闭合反馈环路。一个反馈环路控制LED串的接通/断开时间的占空比，而其他反馈环路控制开关功率转换器中功率开关的接通/断开时间的占空比，该开关功率转换器提供施加到并行LED串的DC电压。通过包括两个服务各自功能的反馈环路，本发明的LED驱动器以高功效并且低成本的方式同时获得LED亮度的快速控制以及在多个LED串之间的精确均流。