[发明专利]照明供电系统和方法以及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及串联排列的电子系统领域。特别地，本发明公开了用于提供电力和控制信号以驱动串联线上的诸如发光二级管这样的电子元件的技术，但不限于此。

背景技术

发光二级管(LEDs)是一种非常节能的电子照明光源。早期的LED发射具有极小量的亮度的红光。然而，现代的LED如今能够生成跨越可见、紫外和红外波长的光。此外，现代的LED能够具备大量的电流，使得LED能够生成用作照明光源的足够的光。

LED呈现出许多超过传统光源的优势，包括节能、更长的寿命、更大的耐用性、小的外形尺寸、以及非常快的开关速度。这些优势推动了LED在各种各样的应用中的使用。然而，与传统的白炽灯和荧光灯光源相比，LED的前期成本仍然相对昂贵。此外，LED通常需要比传统的光源更精确的电流和热管理。第一代LED主要用作电子设备上的指示灯。由于其低能耗和小的外形尺寸，LED对于便携式电子设备来说已经是理想的。然而，在最近几年，新的LED颜色的可用性和亮度的增加允许LED用于许多新的应用。

LED的小尺寸以及使用数字控制系统控制LED的开关的能力允许基于LED的显示系统的发展。特别地，单独控制的LED的二维阵列能够用于显示文字和图像。因此，LED如今为许多诸如在运动场馆和纽约时代广场见到的现代电子记分牌和超大型视频显示系统那样的大型视频显示系统提供光源。

尽管已经证明了基于LED的显示系统能够很好地工作，创建这样的基于LED的视频显示系统所涉及的固有的困难和费用限制了基于LED的视频显示系统的发展。必须将周密计量并单独控制的电力提供给创建基于LED的视频显示系统的LED二维阵列中的每一个LED。构造一个具有1920×1080像元（像素）分辨率的单色的高清晰度显示系统需要该系统提供2,073,600个具有周密受控的电力的单独的LED。为了创建一个多色高分辨率的显示系统，每个单独的像素需要三种不同颜色（红色、绿色以及蓝色）的LED，使得6,220,800个单独的LED必须接收周密受控的电力。因此，这种大型的视频显示系统的设计和制造既复杂又非常昂贵。

由于控制如此多的独立的LED的挑战，基于LED的大型的视频显示系统花费数百万美元，使得只有诸如大型的体育场馆这样的非常高端的应用能够购买得起大型的基于LED的视频显示系统。用于其它情况的公共的视频显示系统通常使用与电视显示器相关的较小的常规显示技术，或使用诸如用于显示球队得分和比赛时间的仅具有有限的预先排列的LED图形的大型电子记分牌的简单得多的显示系统。因此，期望简化设计和构造基于LED的显示和照明系统的任务。

附图说明

在不一定按比例绘制的各附图中，相同的标号描述贯穿若干视图的基本上相同的组件。具有不同的字母后缀的相同的标号表示基本相同的组件的不同实例。各附图一般以示例而不是限制的方式示出在本申请中讨论的各种实施例。

图1示出了计算机系统示例形式的机器的图示，在该计算机系统中可执行一组用于引起该机器执行在此讨论的任一或多个方法的指令。

图2A示出了本发明的单线多LED的控制系统的整体架构的框图。

图2B示出了可发送至各LED单元的示例数据包。

图3A示出了具有被调制为额定电流值的电流斜坡偏差的数字信息的时序图。

图3B示出了具有被调制为额定电流值的正弦偏差的数字信息的时序图。

图3C示出了具有被调制为额定电流值的电流跌落（dips）的数字信息的时序图。

图4A示出了第一实施例的LED线驱动器电路。

图4B示出了第二实施例的LED线驱动器电路。

图5A示出了使该LED线驱动器打开外部场效应晶体管是如何允许线路电流斜升（ramp upward）的。

图5B示出了使该LED线驱动器关闭外部场效应晶体管是如何允许线电流斜降（ramp downward）的。

图5C示出了由图5A和5B的电路调制后的电流。

图6A示出了理想的对称电流脉冲和非理想的电流脉冲。

图6B通过图表示出了FET开关时序计算机是如何工作的。

图6C示出了一个单独的数据位周期期间各阶段的时间轴。

图6D示出了当降低额定电流水平以节省能源时，斜坡模式调制的电流信号。

图7示出了单独可控的LED单元的一个实施例。

图8示出了描述了各单独可控的LED单元的电力系统是如何运作的流程图。