[发明专利]自适应开关模式LED驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED(发光二极管)驱动器，并且，更具体地，涉及一种支持多个LED串的LED驱动器控制器。

背景技术

LED被采用于多种电子应用中，例如，建筑照明，汽车头尾灯，包括个人计算机和高清电视机在内的液晶显示设备的背光，及闪光灯等。与如白炽灯和荧光灯之类的常规光源相比较，LED具有显著的优点，包括高效率、良好的方向性、色彩稳定性、高可靠性、长寿命，小体积、以及环境安全性。

LED是电流驱动设备，并且因而调节通过LED的电流是一个重要的控制技术。为了从一个直流(DC)电压源驱动一个大的LED阵列，经常使用诸如升压或降压-升压功率转换器之类的DC-DC开关功率转换器，用以为多个LED串提供顶端导轨电压。在使用LED背光的液晶显示器(LCD)应用中，控制器经常必须要控制多个LED串，其中每个串具有独立的电流设置。控制器继而能够独立控制LCD不同部分的亮度。此外，控制器能够以一种定时的方式开启或关闭LCD的不同部分。

图1示出了一种常规的LED驱动器100。LED驱动器100包括一个连接于DC输入电压Vin与多串LED 102(即，LED通道)之间的升压DC-DC功率转换器101。升压转换器101的输出Vboost与每个LED串102的第一个LED的阳极连接。每个LED串102的最后一个LED的阴极与用于控制串102中的电流的通道控制器115连接。

每个通道控制器115包含一个与线性压差调节器(LDO)104串联的PWM晶体管103。LDO 104确保LED串102中的峰值电流被调节在一个固定的水平。峰值电流水平一般被设置为等同于由LDO参照控制器107对于全部LED通道的信号108所指示的数值。PWM晶体管103根据脉宽调制(PWM)占空比控制LED串102的亮度。每个LED通道的亮度由根据设置的亮度调整PWM占空比的照度控制器109的照度控制信号111独立地设置。

在这种常规配置中，功率在LOD 104中被消耗，以调节峰值电流。LED是电流控制设备，意味着由它们产生的光通量主要地是一个施加通过它们的电流的函数。因而LDO 104确保每个LED通道的亮度都相同，因为通过每个LED通道的峰值电流都相同。LDO 104还提供一种降低来自Vboost的升压电压波动对LED串102照度的影响的原生供电排斥。在每个LED通道中，LDO 104的功耗与通过LED串102的电流、PWM占空比、以及跨越LDO 104的电压降的乘积成比例。

由于LED之间制造上的差异，用以保持一个特定的电流水平必要的跨越每个LED串102的电压降具有相当大的差异。为了补偿LED串102的不同正向电压，跨越每个LDO 104的电压降是不同的。图2中的电压/电流曲线示出了两个不同LED(LED1和LED2)的电压与电流之间的指数关系。假设，比如，LDO参照控制器107将每个LED通道内的峰值电流设置为40mA，LED 1必须在一个大约3.06伏的正向电压降运行，同时LED2必须在一个大约3.26伏的正向电压降运行。因此，LED1和LED2的正向电压降之间有一个大约0.2伏的不同。假设在第一LED串102中有10个具有LED1特性的LED，跨越LED串102有一个30.6V的压降。假设在第二LED串102中有10个具有LED2特性的LED，跨越第二LED串102有一个32.6V的压降。2伏的差异将因此被驱动第二串的LDO所消耗，使得全部两个串都运行于相同的40mA的峰值电流。消耗的总功率为80mW。当这些功率损失在许多LED通道上扩展时，它们可能会变得难以承受。

一种图1中LED驱动器100的替代方案为使用各自驱动一个LED串的电流镜，例如，在授予Volk等人的美国专利第6,538,394号中所描述的。然而，这种电流镜方案的功率效率低。当LED的正向电压不同时，施加到并联的LED串上的Vboost需要高于跨越具有最高组合正向电压∑V_F的LED串的正向电压降。在具有低于最高的组合正向电压的LED串中有一个电压差(Vboost-∑V_F)，并且这个电压差跨越每个电流镜施加。由于被电流镜消耗的功率对发光没有贡献，导致总效率低下，特别是当LED串之间的组合正向电压的差别较大时。

第三种常规方案通过按顺序开启多个LED串中的每一个来运行，如授予Bohn等人的美国专利第6,618,031号中所描述的。但是，这种方案要求来自LED驱动器的快速动态响应，并因此迫使功率转换器运行于低功率转换效率的深度不连续模式(DCM)下。