[发明专利]自适应开关模式LED系统

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

正在例如建筑照明，汽车头灯和尾灯，用于包括个人计算机，便携式计算机，高分辨率TV，闪光灯等等的液晶显示设备的背光的宽范围电子应用中采用LED。与诸如白炽灯和荧光灯的传统照明源相比较，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，小尺寸，以及环境安全性。

LED是电流驱动设备，意味着从其生成的光通量(即亮度)主要是被施加经过其的电流的函数。因而调节经过LED的电流是重要的控制技术。为了从直流(DC)电压源驱动LED的大阵列，通常使用例如升压型或者降-升压型功率转换器的DC-DC开关功率转换器来供应用于几个LED串的顶轨电压。在使用LED背光的液晶显示器(LCD)应用中，通常需要控制器以与每个LED串的独立电流设置并行地控制几个LED串。控制器然后可以独立控制LCD的不同部分的亮度。而且，控制器能够按照定时的方式接通或者关断LCD的不同部分。

由于LED之间的制造差异，维持指定电流水平需要的每一个LED串两端的电压降显著地变化。图1的VI曲线说明了对于两个不同LED(LED1和LED2)的电压和电流之间的指数关系。对于LED1和LED2要提供相同量的峰值电流，LED1必须在大约3.06伏特的正向电压降下操作，而LED2必须在大约3.26伏特的正向电压降下操作。假设在第一LED串中存在具有LED 1的特性的10个LED，则在该串两端存在30.6V电压降。假设在第二LED串102中存在具有LED2的特性的10个LED，则在该第二LED串两端存在32.6V电压降。因此，该2伏特的差异将由驱动第二串的电路耗散使得两个串均以40mA的相同峰值电流操作。

不同LED的不可预知的VI特性使得难于在功率有效方式下操作不同的LED串而同时仍然维持对LED串的亮度的精确控制。研究了不同技术来解决该挑战，但是许多传统方案或者低效或者要求使用附加电路，这实质上增加了用于调节经过LED串的电流的部件的成本。

发明内容

本发明的实施例包括用于控制流经一个或者多个LED串的电流的系统、LED驱动器和方法。系统包括LED驱动器设备和处理设备。处理设备是远离LED驱动器(即与LED驱动器分离)的集成电路设备。LED驱动器设备根据程控电流水平调节经过一个或者多个LED串的电流并且以由从处理设备接收的占空比设置(例如，表示为Ton时间和Tperiod时间的比值的占空比)表明的占空比接通和关断LED串。处理设备(例如，CPU或者FPGA)将用于LED串的占空比确定作为程控电流水平，基线电流水平和基线占空比的函数并且将用于占空比的设置传输到LED驱动器。在一个实施例中，处理设备通过确定程控电流水平与基线电流水平的比值并且将比值乘以基线占空比来确定用于LED串的占空比。

在一个实施例中，处理设备和集成电路设备经由通信链路彼此通信。通信链路在两个设备之间承载信息，诸如占空比设置，程控电流水平，表明经过LED串的电流是否在调节外的调节信息，和/或表明LED串为开路或者短路的故障检测信息。在一个实施例中，处理设备也被配置成确定程控电流水平以与可程控电流水平的有限集中的一个相对应。

有利的是，通过使用分离的处理设备，系统提供一种既维持对不同LED通道的相对亮度的精确控制又同时顾及到LED通道之间的电流变化的符合成本效益的方案。通过在与远离LED驱动器本身的处理设备中执行占空比计算，能够从LED驱动器去除执行这些计算所需要的复杂电路。由于使用LED的许多系统(例如，电视，监视器)已经具有能够执行数学计算的处理设备，因此不需要额外的硬件。进而，由于处理设备可以是可编程的，能够在没有任何硬件改变的情况下容易地更新用于计算对于LED通道的占空比和电流设置的公式。

LED驱动器的实施例包括与相应的LED串串联耦合的一个或者多个通道调节器(例如，低压降调节器)，根据程控电流水平对经过LED串的电流进行调节。LED驱动器还包括与相应的LED串串联耦合的通道开关(例如，PWM开关)以及以所计算的占空比接通和关断LED串的通道调节器。从处理设备接收占空比的设置。

本发明的实施例还包括一种用于驱动一个或者多个LED串的方法。在一个实施例中，根据程控电流水平调节经过LED串的电流。接收占空比设置用于开关LED串。从远离LED驱动器并且将占空比确定作为程控电流水平的函数的处理设备接收占空比设置。然后以由占空比设置表明的占空比接通和关断LED串。