[发明专利]用于LED驱动器的功率变换器的预测控制

说明书

技术领域

本发明涉及驱动LED(发光二极管)，并且更具体地涉及用于驱动多个LED串的系统。

背景技术

LED正在各种各样的电子应用中被采用，例如，建筑照明，汽车头灯和尾灯，用于包括个人计算机、笔记本电脑、高清电视、闪光灯等在内的液晶显示装置的背光。与诸如白炽灯和荧光灯等传统照明光源相比，LED具有明显优势，包括效率高、指向性好、色彩稳定、可靠性高、使用寿命长、尺寸小和环境安全。

LED是电流驱动型器件，意味着其产生的光通量(即亮度)主要是施加的流经它们的电流的函数。因此，调节流过LED的电流是重要的控制技术。为通过直流(DC)电压源驱动大型LED阵列，经常使用诸如升压功率变换器或升降压功率变换器等DC-DC开关功率变换器来为多个LED串供应上轨(top rail)电压。在使用LED背光的液晶显示器(LCD)的应用中，控制器经常有必要与用于每个LED串的独立的电流设置并行地来控制多个LED串。控制器然后可以独立地控制LCD的不同部分的亮度。而且，控制器能够以定时的方式打开或者关闭LCD的不同部分。

由于LED之间的制造差异，维持特定电流电平所必需的跨每个LED串的电压降差异很大。图1的VI曲线示出了两个不同的LED(LED1和LED2)的电压和电流之间的指数关系。对于LED1和LED2，为了提供相同量的峰值电流，LED1必须运行在约3.06伏特的正向电压降，而LED2必须运行在约3.26伏特的正向电压降。假设在第一LED串中有10个具有LED1特性的LED，则跨该串有30.6V的电压降。假设在第二LED串102中有10个具有LED2特性的LED，则跨第二LED串有32.6V的电压降。该2伏特的差值因此将被用于驱动第二串的电路所消耗从而两个串都以相同的40mA的峰值电流运行。

不同LED的不可预测的VI特性使得以省电方式操作不同的LED串而同时仍然维持对LED串的亮度的精确控制变得困难。已经开发了不同技术来应对这一挑战，但是许多传统的解决方案要么效率低要么需要使用附加的电路，该附加的电路大幅增加了用于调节流过LED串的电流的组件的成本。

发明内容

开关功率变换器控制器使用估计用于功率变换器的后续开关周期的预测负载的预测前馈控制机制来控制功率变换器的开关。在一个实施例中，在开关功率变换器的第一开关周期期间接收预测负载信号。预测负载信号表示在继第一开关周期之后出现的开关功率变换器的第二开关周期期间一个或多个LED串的预测负载。基于预测负载确定占空比，以便在第二开关周期期间驱动开关功率变换器。在第二开关周期期间使用占空比控制开关功率变换器以获得用于给一个或多个LED串供电的调节的输出电压。

实施例还包括用于驱动一个或多个LED串的系统。该系统包括LED控制器和功率变换控制器。LED控制器被耦合以接收用于驱动一个或多个LED串的亮度设置。LED控制器产生用于表示在该亮度设置下运行的一个或多个LED串的预测负载的预测负载信号。功率变换控制器被耦合以在开关功率变换器的第一开关周期期间从LED控制器接收预测负载信号。功率变换控制器基于预测负载信号产生控制信号。控制信号具有用于在继第一开关周期之后出现的第二开关周期期间控制开关功率变换器的开关的占空比。开关功率变换器向一个或多个LED串提供功率。

有利地，功率变换控制器利用预测负载信号而不是完全依靠反馈调节来控制开关功率变换器的开关。这改善了开关功率变换器当调整以适应改变的LED串的负载状态的时候的动态响应。改善的动态响应减少或消除了诸如在过渡状态期间当输出电压降到调节电压以下时发生的闪烁等性能问题。而且，改善的动态响应减少或消除了在过渡状态期间当输出电压升到其调节电压以上时发生的不想要的功率损耗。

说明书中描述的特征和优点并非全部，特别是，结合附图、说明书和权利要求书，许多附加的特征和优点对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。此外，应当注意本说明书中所使用的用语主要是出于可读性和指导性的目的而被选择的，并且可能不是被选择以描述或限制创造性的技术方案。

附图说明

通过结合附图考虑如下详细描述，本发明的实施例的教导可以被很容易地理解。

图1是用于示出制造差异对于正向偏置LED的I-V曲线的影响的曲线图。

图2示出了用于驱动多个LED串的高层级系统。

图3A示出了用于开关变换器的一个实施例的电路图。

图3B示出了与以非连续导通模式(DCM)运行的开关变换器相关联的波形。