[发明专利]具有改进的串行总线的低成本LED驱动器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求通过引用整体合并于此的、于2011年10月24日提交的临时申请No.61/550,539的优先权。

本申请涉及下列申请：2012年1月9日提交的、题为Low Cost LED Driver with Integral Dimming Capability(具有整体调光能力的低成本LED驱动器)的申请No.346,625；2012年1月9日提交的、题为Serial Lighting Interface With Embedded Feedback(带有嵌入式反馈的串行照明接口)的申请No.13/346,659。

技术领域

本发明涉及半导体器件以及用于驱动照明和显示应用中的LED的电路和方法。

背景技术

LED越来越多地用于取代照明应用中的灯管和灯泡，照明应用包括在彩色液晶显示器(LCD)和高清晰度电视(HDTV)中提供白光作为背光。虽然LED可以用于均匀地照亮整个显示器，但是通过采用多于一串LED并将每串驱动至与特定LED串照亮的显示器的部分对应的不同亮度，提高了性能、对比度、可靠性和功率效率。“局部调光”指代能够具有这种不均匀背光亮度的背后照明系统。与采用均匀的背后照明的LCD相比，这种系统中的功率节省可以高达50％。使用局部调光，LCD对比度可以接近等离子TV的对比度。

为了控制从每串LED发射的光的亮度和均匀性，必须采用特殊的电子驱动器电路以精确地控制LED电流和电压。例如，一串串联连接的“m”个LED需要约等于3.1至3.5(通常3.3)乘以“m”的电压以连续操作。将该所需电压供应至LED串一般需要被称为DC到DC转换器或开关模式电源(SMPS)的升压或降压电压转换器和调节器。当从单个SMPS向许多LED串供电时，电源的输出电压必须超过任何一串LED所需的最高电压。由于所需的最高正 向电压不能事先(apriori)知道，因此LED驱动器IC必须足够智能以使用反馈来动态调整电源电压。

除了向LED串提供合适的电压，背光驱动器ID必须将每串中传导的电流精确地控制到的±2％的容限。准确的电流控制是必要的，因为LED的亮度与流过它的电流成比例，并且因为LCD的亮度变化，任何重大的(substantial)串到串电流失配将是明显的。除了控制电流之外，局部调光需要在时序和持续时间两方面中的LED照明的精确脉冲控制，以便使每一个背光区域、地点或图块的亮度与LCD屏幕中的对应图像同步。

现有技术对于局部调光的需要的解决方案限制显示器的亮度并且成本高昂。例如，将LED驱动器电路和高电压陷电流晶体管的多个沟道集成的早期尝试是有问题的，因为LED串的正向电压的失配导致过度的功率消耗和过热。通过降低LED中的电流和限制串中LED的数量(为了更好的沟道到沟道电压匹配)来最小化功率消耗的尝试被证明是不经济的，需要更多LED串和更多数量的LED驱动的沟道。因此，LED背光驱动器系统的完全集成方法局限于小型显示器面板或非常昂贵的“高端”HDTV。

随后的通过使用多芯片方法来减少整体显示器背光成本的尝试牺牲了必要的特征、功能、甚至安全性。

例如，图1中示出的用于驱动LED的现有技术的多芯片系统包括背光控制器IC6，其驱动多个分立陷电流晶体管4A-4Q和高电压保护器件3A-3Q。背光包括16个LED串2A-2Q(共同指代为LED串2)。LED串2A-2Q中的每一个包含“m”个串联连接的LED。在实践中，每一串中的LED的数量可以在2到60的范围内。每一LED串分别通过分立陷电流MOSFET4A-4Q中的一个来控制其电流。背光控制器IC6响应于通过高速、昂贵的串行外围接口(SPI)总线12传递的、来自背光微控制器μC7的指令设置每一LED串中的电流。微控制器μC7从标量IC8接收视频和图像信息，以便确定LED串2A-2Q中的每一个所需的适当的照明电平。

LED串2A-2Q由公共LED电源轨11供电，所述公共LED电源轨11由开关模式电源(SMPS)9偏置在电压+V_LED。响应于来自控制IC6的电流感测反馈信号(CSFB)生成电压+V_LED。电源电压随串联连接的LED的数量“m”变化并且可以在对于10个LED的串的35伏上至对于40个LED的串的150伏的范围内。特别地对于在更高电压(例如超过100V)的操作，可选地采用 分立保护器件3A-3Q，通常是高电压分立MOSFET，以固定(clamp)在陷电流晶体管4上存在的最大电压。