[发明专利]控制提供到电子器件的电流的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件控制领域，尤其涉及用于电子器件的开关驱 动电流控制的方法和装置。

背景技术

在半导体发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)研制中的 新进展已经使得这些器件适合于在例如包括建筑、娱乐、和道路照明 的普通照明应用中使用。同样地，这些器件正日益变得可与白炽灯、 荧光灯和高强度气体放电灯相竞争。

在工作条件下由LED发射的光量直接依赖于流经该器件的电流。由 于器件特性上的差异，甚至当LED是相同的类型时，在一定的工作条件 下相同的器件电流可能导致可觉察的不同的光通量输出。当串联连接 的LED的驱动电流减小到一定限度之下时，一些LED可能在其他的LED停 止发光之前完全停止发光，这可能产生不想要的工作模式。这样的效 果主要是在不同的LED两端的正向电压特性波动的结果。在LED两端的 可容忍的光通量输出变化的限度通常依赖于照明应用的类型。当照明 应用要求多于一个LED时，LED特性通常应该紧密匹配以能够保持驱动 电路设计尽可能地简单。已经提出了几个能够有效地控制LED驱动电流 的驱动电路设计。大多数设计属于线性恒定电流驱动电路的范畴，这 些电路能够维持经过串联连接的LED的均匀的驱动电流。然而，许多线 性恒定电流驱动电路招致高功率损耗，并且要求特殊的功率电子器件 和细心而连续不断的热管理。如果想要大范围的包括小比例(low fractional)的额定光输出的工作条件，则大部分直流或者开关电流 驱动电路要求复杂的反馈控制系统以实现准确和可靠的光通量输出控 制。

其他的有效地控制LED的解决方案要求产生调节的公共电压源的 降升电压调节器、设置LED驱动电流的低侧(low-side)镇流电阻器、和 用于电流监测的分流电阻器(shunt resistor)。例如，专利号6,362 ,578的美国专利公开了如何使用用于电流控制的偏压电阻器和具有反 馈回路的电压转换器来维持在LED阵列两端的恒定电压。附加的晶体管 连接在LED的低侧并且使用脉宽调制(PWM)进行开关用于光通量输出 控制。由于偏压电阻器这种驱动电路具有高功率损耗，并且该偏压电 阻器可能要求昂贵的校准来提供准确的电流控制。此外，专利号 4,001,667的美国专利公开了一种闭环电路，该闭环电路提供一系列 恒定电流脉冲到发光二极管用于光通量输出控制。然而，这种闭环电 路不能实现全范围的电流脉冲占空因数控制。

专利号6,586,890的美国专利公开了一种使用电流反馈系统来调 整到LED的功率的方法，其中低频PWM控制信号驱动电源。然而，该方 法使用20Hz到20kHz的PWM开关频率，该开关频率产生听得见的噪声， 并且可能通过热循环LED晶片(die)而对LED产生不利的影响LED，结 果减少器件的可靠性和使用寿命。

专利号6,734,639的美国专利公开了一种利用和定制的采样和保 持驱动电路结合的电压转换器来限制LED阵列的开关驱动电路的过载 的驱动电流瞬态的方法。LED驱动信号被连接到用于反复地接通和断开 该电压转换器的加偏压的开关信号以便同时开关负载和电源。然而， 该方法只能应用到反激式(fly back)和推挽式的电压转换器，而且 不能直接控制LED驱动电流。这种方法没有显著地减少驱动电路功率损 耗或者提高总系统效率。此外，这种方法通常只在高至400Hz量级的驱 动频率的期望参数之内工作，并且不允许高频率开关。结果，根据这 种方法的驱动电路能产生不想要的听得见的噪声并且可以在连接的 LED阵列上施加过度的热应力。

此外，美国专利申请号为2004/0036418公开了一种用于驱动LED阵 列的方法，其中使用转换器来改变经过LED的电流。使用电流开关来提 供反馈。这种方法结合了标准降压式变换器设计的必要元件，然而， 它不能控制要求不同的正向电压的并联LED串。这种方法公开了如何使 用高侧(high-side)晶体管开关作为可变电阻器来限制每个LED串的电 流，然而，高侧晶体管开关可能引起大的功率损耗并且减小驱动电路 的总效率。