单电感器多led灯串的驱动器及方法
专利名称：单电感器多led灯串的驱动器及方法
技术领域：
本发明涉及一种LED灯供电、控制以及保护电路的相关技术，尤指一种用以使用单电感器驱动多LED灯串的控制器。
背景技术：
在普通照明领域，发光二极管或LED灯的应用愈来愈普及，例如，将LED灯应用于液晶电视、轻薄膝上型笔记本显示屏以及DLP投影机光源的背光照明。随着LED灯在背光领域的使用，电视机以及电脑显示屏幕可以愈来愈薄化设计。使用LED背光设计的多LED 灯串为平行设置，且每个LED灯串中的各LED灯为串联连接。为获取高质量的背光效果，控制流经多LED灯串的电流的各种控制器便并应运而生。如图1所示，其为显示现有的包含用以通过镇流电阻驱动多个LED灯串的升压转换器11的多LED灯串驱动器10的示意图。该升压转换器11由电阻器16以及与其串接的其中一个LED灯串15之间所提供的反馈信号14所驱动，以调整该升压转换器11输出所需电流的输出电压(VOUT)。对于不提供上述反馈信号14的其他LED灯串，均具有与该电阻器相同阻值的电阻器与其串联，以使流经每个LED灯串的电流基本一致。LED灯串电流的变化取决于LED的正向电压与反馈电压的匹配度，例如，当两个LED灯串的总正向电压相差1伏特(V)，反馈电压为2V，则LED灯电流的失配度为1V/2V = 50%。如图2所示，其为显示现有的包含用以通过各自的电流同步(current sync)驱动多个LED灯串的LED灯偏置控制器21的多LED灯串驱动器20的示意图，其中，该电流同步设置于该LED灯偏置控制器21内部，并与该LED灯偏置控制器21的CTRL1-CTR6端口 22-27藕接。一个电源转换器提供经调整过的输出电压(VOUT)予LED灯串的前端，并由上述电流同步调整每个LED灯串的电流。为达到更好的效率，适应性地调整电源转换器的输出电压(VOUT)，如此，则在该电流同步端会产生一定的工作电压降，如此，使得LED灯串间的电流有很高的匹配度，但是，LED灯串与串之间的总正向电压的波动很大。因此，电流同步端的电压变化，会导致很高的功率损耗以及热量的产生，例如，两个长的LED灯串的总正向电压分别为200V与180V，则具有180V正向电压的LED灯串的电流同步端将有20V的附加电压差，如此，则在120mA的偏置电流流通时，前述电压差的存在将造成具有200V正向电压的LED灯串比具有180V正向电压的LED灯串产生高达2. 4W的功率损耗。如图3所示，其为显示现有的包含用以驱动多个LED灯串的直流/直流控制器31 的多LED灯串驱动器30的示意图。采用一个升压转换器32将24V的输入直流电压转换为输出至LED灯串前端的指定的例如100到200V的直流输出电压(VOUT)，且每个LED灯串的后端分别由例如开关转换器35的LED灯串开关转换器驱动，该LED灯串开关转换器是由 M0SFFET晶体管36、电感器37、二极管整流器38以及电流检测电阻器39构成，每个LED灯串开关转换器是以降压转换器的工作原理运行，以降低主输出电压而与LED灯串总正向电压相匹配，进而调整每个LED灯串电流至目标值，如此，即无因主输出电压与LED灯串总正向电压之间的电压差而造成的功率损耗，然，每个LED灯串均需要配置一个具有单独电感器的LED灯串开关转换器，如此，即增加了整体的成本。
发明内容
本发明所提供的是单电感器多LED灯串的驱动器，其包括开关控制电路以及电流检测控制电路，其中，该开关控制电路用以产生多个数字控制信号，以控制耦接至多个LED 灯串的多个开关，且每个开关是分别由其对应的数字控制信号控制其导通与截止，而该电流检测电路用以确定依次由输入电压端流至每个LED灯串，再至每个开关，然后至共模电感器，再通过主开关至地面的电流供给的总电量的数量，并根据所确定的总电量的数量，控制每个开关的导通时间以令流经每个LED灯串的平均电流均相同，进而使流经每个LED灯串的总电流控制在一个预定值。在本发明的一个实施例中，该单电感器多LED灯串的驱动器具有一个分时的单个电感器与多个LED灯串组合(SingleHnductor-Multiple-Output ；SΙΜ0)的架构，该架构采用共模电感器将电流分别注入每个LED灯串的保持电容器中，以使每个LED灯串产生相同的平均电流，该共模电感器的多路传输性使得流经每个LED灯串的电流均分别得到调整， 该共模电感器的每路相位为降压转换相位，以分别驱动每个LED灯串的导通。优选地，由于主输出电压与LED灯的总正向电压不同，使得每个LED灯串的偏置没有功率损耗。此外，本发明只需采用单一个电感器即可达成上述功效。在本发明的一个实施例中，该单电感器多LED灯串的驱动器是集成电路的一部分，该开关控制电路为脉宽调制控制器，多个LED开关以及该主开关设置在该集成电路的内部或外部，优选的，采用交流/直流转换器(AC-to-DC converter)输出未经调整的直流电压(VHIGH)，如此，无需采用直流/直流升压转换器(DC-to-DC boost converter)，即可利用该未经调节的直流电压VHIGH直接驱动多个LED灯串，进而避免附加效率的损失。以下即详细说明本发明的其他结构以及方法，本发明的权利保护范围并非限于前述说明，应如所附的权利要求书的范围所列。
下面结合附图对本发明具体实施方式
作进一步详细说明，且相似元件使用相似的标号。图1为现有的包含用以通过镇流电阻驱动多个LED灯串的升压转换器的多LED灯串驱动器的示意图；图2为现有的包含用以通过各自的电流同步(current syncs)驱动多个LED灯串的LED灯偏置控制器的多LED灯串驱动器的示意图；图3为现有的包含用以通过各个LED灯串开关转换器驱动多个LED灯串的直流/ 直流控制器的多LED灯串驱动器的示意图；图4为本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第一实施例的示意图；图5为图4的单电感器多LED灯串驱动器的更详细的电路图6为在图5的单电感器多LED灯串驱动器的PWM开关循环内的不同状态示意图；图7为PWM开关循环内的不同开关与其对应的电压、电流的波形图；图8为本发明的采用单电感器驱动多LED灯串的方法的流程图；图9为本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第二实施例的示意图；以及图10为本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第三实施例的示意图。
具体实施例方式如图4所示，其为显示本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第一实施例的示意图。单电感器多LED灯串驱动器40包括多个LED灯串41-46、集成电路47、交流/直流转换器48、输出电容器51、二极管整流器52以及共模电感器53。每个LED灯串包含多个串联链接的LED灯。如图所示，每个LED灯串的前端均连接直流电压VHIGH端，而每个LED灯串的后端分别连接集成电路47的LED灯开关端子S1-S6，并且每个LED灯串的后端还分别电性连接保持电容器61-66。除了上述6个LED灯开关端子S1-S6，集成电路47还包括作为控制接口的CTRL端子、作为基准电流的ISET端子、主开关端子SW、输入端子LIN、电源电压端子VCC以及两个接地端子GND与GP。在本实施例中，交流/直流转换器48接收来自例如IlOV交流的交流电压源49的电压，并输出一个调整的5V直流电压，该5V直流电压一般可应用于许多电子设备中。该交流/直流转换器48还可以输出一个未经调整的次级直流电压VHIGH。VHIGH的值基本上取决于该交流/直流转换器48的匝数比。优选地，无需使用附加的直流/直流升压转换器， 即可直接将该未经调整的直流电压VHIGH用于驱动多个LED灯串，例如，如果每个LED灯串有45个LED灯串接，该LED灯串的总正向电压则大约为45X3.3 = 150V，而该电源电压 VHIGH大约为190V，则可以剩下40V电压作为正常的运行，相较于图3所示的LED灯串驱动器30，本发明直接使用来自交流/直流转换器48中未经调整的电压VHIGH，可减少20%的效率损失。单电感器多LED灯串驱动器40 —般应用液晶电视、液晶监视器、轻薄膝上型笔记本显示屏以及DLP投影机光源的背光照明。为了有效调整流经上述6个LED灯串的电流，每个LED灯串是分别通过LED灯开关端子S1-S6、共模电感53以及主开关端子SW实现偏置。 首先，每个LED灯开关端子电性连接一个可提供有功电流同步予对应的LED灯串的LED灯开关(未图示)，其次，该主开关端子SW电性连接一个可驱动共模电感53的主开关(未图示)，如此，则当主开关以及所有LED灯开关的其中一个开关导通时，即可形成如图所示的 Iledi、ILED2>. · · Iled6等多支LED灯串电流，该电流从电压VHIGH端流入LED灯串，再流入对应的LED灯开关，然后经过共模电感器53，最后经由该主开关到达地面。该主开关配合6个 LED灯开关以及单个电感器，以分别控制该6个LED灯串的电流达成同步。在本发明的一个实施例中，该单电感器多LED灯串的驱动器40具有一个分时的单个电感器与多个LED灯串组合(Single-Inductor-Multiple-Output ；SIM0)的架构，该架构采用共模电感器53将电流分别注入每个LED灯串41-46的保持电容器61-66中，以使每个 LED灯串产生相同的平均电流，该共模电感器53的多路传输性使得流经每个LED灯串的电流ILED1-ILED6均分别得到调整，例如，该第一 LED灯开关在第一导通时间导通，即产生第一 LED灯串电流Iledi，该电流Iledi依次从电压VHIGH端流入该第一 LED灯串41，再流入LED 灯开关端子Si，然后经过共模电感器53，最后经由主开关端子SW到达地面(如图4中的粗虚线91所示)，当上述电流的总电量达到目标值时，即截止该第一 LED灯开关。接着， 该第二 LED灯开关在第二导通时间导通，即产生第二 LED灯串电流Iled2，该电流Ι·2依次从电压VHIGH端流入该第二 LED灯串42，再流入LED灯开关端子S2，然后经过共模电感器53， 最后经由主开关端子SW到达地面(如图4中的粗虚线92所示)，同理，当上述电流的总电量达到目标值时，即截止该第二 LED灯开关，每个LED灯串重复上述步骤。当其对应的 LED灯开关导通或截止时，每个LED灯串电流会发生变化，而每个保持电容器61-66 —直均衡LED灯串电流。由于注入每个保持电容器的电量均等于相同的目标值，使得每个LED灯串的平均电流均相同。因此，该共模电感器53的每路相位为降压转换相位，以分别驱动每个LED灯串的导通。优选地，由于主输出电压与LED灯的总正向电压不同，使得每个LED灯串的偏置没有功率损耗。此外，相较于图3所示的多电感器的使用，本发明只需采用单一个电感器53即可。如图5所示，是显示图4的单电感器多LED灯串驱动器40的更详细的电路图。在本实施例中，集成电路47包括接口模块55、振荡器56、基准及偏置模块57、基准电流IREF 模块58、开关控制电路60、多个开关QS1-QS6 (71-76)、放电开关QD 77、主开关QM 78以及电流检测控制电路80。该多个开关QS1-QS6即为针对图4部分所述的6个LED灯开关(但未图示)，而主开关QM 78即为针对图4部分所述的主开关(但未图示)，虽然，在本实施例中，上述开关QSru主开关QM以及放电开关QD均设置在集成电路47的内部，但不以此为限， 在其他电路实施例中，也可将开关QSn、QM以及QD设置在集成电路47的外部。如图5所示，开关控制电路60为脉宽调制(PWM)控制器，该开关控制电路60包括移位器68以及与门69。该开关控制电路60 (即PWM控制器)接收来自振荡器56的时钟信号TCLK101，该振荡器56控制PWM开关的循环周期。该开关控制电路60 (即PWM控制器) 还接收来自电流检测控制电路80的导通时间控制信号QT0N102，并据以产生多个开关控制信号111-116，以分别控制多个LED灯开关QS1-QS6。开关控制信号111-116是供提供予与门69以及缓冲器82，以产生一个用以控制主开关QM78的第一主开关控制信号103。开关控制信号111-116还供提供予与门69以及反相器81，以产生一个用以控制放电开关QD77 的主开关控制信号104。一个PWM开关循环包括一个主导通时间以及主截止时间，当该主开关QM导通时， 该主导通时间多路传输予6个开关QSn，在主截止时间，主开关QM以及6个开关QSn均截止，而放电开关QD导通。换而言之，在PWM主导通时间，且主开关QM也导通而放电开关QD 截止时，移位器68选择性地导通LED灯开关QS1-QS6中的一个开关。另一方面，在PWM主截止时间，只有放电开关QD导通。该PWM开关循环的主导通与截止时间是由PWM时钟或最小截止时间机制所控制。此外，每个LED灯开关QSn的导通与截止时间是由导通时间控制信号QT0N102所控制，如此，即可使流经每个LED灯开关QSn的平均电流相同。导通时间控制信号QT0N102是由电流检测控制电路80依次控制，该电流检测控制电路80是用以检测在主导通时间流经主开关QM的LED灯串电流(ImiIm6)。该电流检测控制电路80包括电流镜83、误差放大器86、比较器87、补偿电容器 CCOMP 88、积分电容器CINT 89以及单发电路93。在PWM主导通时间，当通过开关控制信号111-116(例如控制信号111)导通其中一个LED灯开关QSn (例如QSl)，即形成由VHIGH 电压端流至其中一个选定的LED灯串(即流经LED灯串41的电流Imn)，再经过选定的LED 灯开关QSn，然后流至共模电感器53，最后通过主开关QM到达地面(如图5中的粗虚线91 所示)。换言之，如果LED灯开关QSl导通，平均电感电流Iu等于流经LED灯串41的电流 ILED1。电流镜83检测流经主开关QM的电感电流Iui,并输出两个镜像电流(标为IX，也称为电流检测信号)，这两个镜像电流有两个不同使用目的，其中一个镜像电流流入积分电容器CINT 89，而另一个镜像电流流入误差放大器86。首先，当电感电流Iu的电流检测信号流入积分电容器CINT 89时，该积分电容器 CINT 89两端的电压VCINT从零开始上升，其中，电压VCINT是表示电感电流Iui (也可为LED 灯开关QSl导通时的电流Imn)持续累积的电量。然后，通过比较器87比较电压VCI NT与电压VC0MP，当电压VCOMP高于电压VCINT时，即产生导通时间开关控制信号QT0N102，以截止其中一个选定的LED灯开关QSn (例如QSl)。然后将电压VCINT重置为0V，为下一个LED 灯开关QSn做准备，例如，可通过导通时间开关控制信号QT0N102产生的单发重置信号106 驱动的开关90重置电压VCINT。由于每个LED灯串均为电流偏置，如此，即可通过调整流经LED灯串的电流累积的电量而调整平均LED灯串电流。若电压VCOMP为恒定电压值，则通过比较电压VCINT与电压VCOMP以控制每个LED灯开关的导通时间，在每个LED灯开关的启动时间流经每个LED灯串的电流累积的电量还是保留一致。通过上述方式即可将流经每个LED灯串的平均LED灯串电流均调整为相同。其次，通过误差放大器86比较电感电流Iui的电流检测信号与基准电流IREF105。 该误差放大器86产生作用于所有LED灯串的输出电压信号VCOMP。如果总平均电感电流Iu 小于基准电流IREF 105，则该误差放大器86输出的电压信号VCOMP会增加。反之，若总平均电感电流Iu大于基准电流IREF 105，则该误差放大器86输出的电压信号VCOMP会降低。 因此，通过调整总电流检测值(即总平均电感电流)为基准电流IREF 105，电压信号VCOMP 即可保持一致，且流经每个LED灯串的总电流会调整至一预定值。LED灯串电流Imin是等于基准电流IREF乘以一个常数。因此，通过选定适当的基准电流IREF值，即可调整LED灯串电流Imin至一理想值。如图6所示，是显示在图5的单电感器多LED灯串驱动器40的PWM开关循环内的不同状态示意图。在禁能或电源未准备好状态时，单电感器多LED灯串驱动器40是以初始的截止状态开始。在使能并做好接收准备好的电源状态时，单电感器多LED灯串驱动器40 进入消磁或放电状态。在任何PWM开关循环内，单电感器多LED灯串驱动器40依次为ST1、 ST2、ST3、ST4、ST5以及ST6状态，接着，在重复下一个PWM开关循环之前进入消磁状态。如图6所示，是显示4个PWM开关循环，而每个PWM开关循环是分割为6个开关QSn。状态STl 是表示第一开关QSl导通时间为T0N1，状态ST2是表示第二开关QS2导通时间为T0N2，如此等等。无论处于何种状态，一旦状态为禁能或电源未准备好时，单电感器多LED灯串驱动器40即返回截止OFF状态。在PWM开关循环的主导通时间期间PWM控制器60仅导通一个开关QSn，且仅当其对应的开关QSn导通时，流经每个LED灯串的电流ILEDn会流入电感器。因此，在ST1-ST6 的任一个稳定状态，且其对应的开关QSn导通时，流经每个LED灯串的平均电流等于流经电感器的平均电流
权利要求
1.一种集成电路，其特征在于，包括电流检测控制电路，其用于检测从多个LED灯串流入共模电感器的多支电流，并产生电流检测控制信号；以及开关控制电路，其用以接收所述电流检测控制信号，并据以输出多个开关控制信号，而每个开关控制信号是用以控制耦接至对应LED灯串的开关的导通与截止，且各个开关控制信号分别控制各个开关的导通时间，以使得流经每个LED灯串的电流平均值达到一电流目标值。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于所述集成电路包括多个开关。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于所述开关控制电路还用以产生一个供控制耦接至所述共模电感器的主开关的主控制信号。
4.根据权利要求3所述的集成电路，其特征在于所述开关控制电路包括一个脉宽调制控制器，以使得在所述主控制信号为导通时间时，导通所述主开关与所述多个开关中的一个开关，而当所述主控制信号为截止时间时，截止所述主开关。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于当所述主开关导通时，电感电流上升，而当所述主开关截止时，电感电流下降，且所述电感是以电感电流连续模式运行。
6.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于所述脉宽调制控制器包括一个移位器，用以在所述主控制信号为导通时间时分别导通每个所述开关。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于每个所述开关的导通次序一直是变化的，以使每个所述开关在给定时间内得到一个基本相同的导通机会。
8.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于LED灯串的数量为N，N是大于1的整数，且流经每一个LED灯串的平均电流等于流经所述共模电感器的平均电流除以N后的数值。
9.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于所述电流检测控制电路包括一个电容器，用以确定由流经每个LED灯串的电流供给的总电量的数量。
10.一种系统，其特征在于，包括耦接至输入电压端的多个LED灯串；一个共模电感器；耦接至所述多个LED灯串的多个开关；一个主开关，其耦接至所述共模电感器，且多支电流从所述输入电压端分别流至所述多个LED灯串，再分别流至多个开关，然后每支电流均流入所述共模电感器，再通过所述主开关流至地面；以及一个控制电路，其用以分别控制各个开关，以使得流经每个LED灯串的电流平均值达到一电流目标值。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于每个LED灯串包括第一端以及第二端， 且第一端耦接所述输入电压端，第二端耦接对应的开关。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于每个LED灯串的第二端还耦接一个保持电容器。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述控制电路是集成电路的一部分，所述集成电路包括一个脉宽调制控制器，以使得在脉宽调制信号为导通时间时，导通所述主开关与所述多个开关中的一个开关，而当所述脉宽调制信号为截止时间时，截止所述主开关。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于当所述主开关导通时，电感电流上升， 而当所述主开关截止时，电感电流下降，且所述电感是以电感电流连续模式运行。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于所述脉宽调制控制器包括一个移位器， 用以在所述脉宽调制信号为导通时间时分别导通每个所述开关。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于每个所述开关的导通次序一直是变化的，以使每个所述开关在给定时间内得到一个基本相同的导通机会。
17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于LED灯串的数量为N，N是大于1的整数，且流经每一个LED灯串的平均电流等于流经所述共模电感器的平均电流除以N后的数值。
18.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述控制电路包括一个电容器，用以确定由流经每个LED灯串的电流供给的总电量的数量。
19.一种方法，其特征在于，包括(a)产生多个数字控制信号，以控制耦接至多个LED灯串的多个开关，且每个开关是分别由其对应的数字控制信号控制其导通与截止；(b)确定依次由输入电压端流至每个LED灯串，再至每个开关，然后至共模电感器，再通过主开关至地面的电流供给的总电量的数量；以及(c)根据所确定的总电量的数量，控制每个开关的导通时间以令流经每个LED灯串的平均电流均相同。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于每个LED灯串包括第一端以及第二端， 且第一端耦接所述输入电压端，第二端耦接对应的开关。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于每个LED灯串的第二端还耦接一个保持电容器。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述多个数字控制信号是由一个脉宽调制控制器产生，当脉宽调制信号为导通时间时，导通所述主开关与所述多个开关中的一个开关，而当所述脉宽调制信号为截止时间时，截止所述主开关。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于LED灯串的数量为N，N是大于1的整数，且流经每一个LED灯串的平均电流等于流经所述共模电感器的平均电流除以N后的数值。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于步骤(b)中的确定操作是由一个电容器达成的。
全文摘要
一种单电感器多LED灯串的驱动器，其包括开关控制电路以及电流检测控制电路，其中，该开关控制电路用以产生多个数字控制信号，以控制耦接至多个LED灯串的多个开关，且每个开关是分别由其对应的数字控制信号控制其导通与截止，而该电流检测电路用以确定依次由输入电压端流至每个LED灯串，再至每个开关，然后至共模电感器，再通过主开关至地面的电流供给的总电量的数量，并根据所确定的总电量的数量，控制每个开关的导通时间以令流经每个LED灯串的平均电流均相同，进而使流经每个LED灯串的总电流控制在一个预定值。
文档编号G09G3/32GK102446487SQ20111007741
公开日2012年5月9日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年10月12日
发明者范文强, 黄树良 申请人:技领半导体(上海)有限公司, 技领半导体股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种LED灯供电、控制以及保护电路的相关技术，尤指一种用以使用单电感器驱动多LED灯串的控制器。
背景技术：
在普通照明领域，发光二极管或LED灯的应用愈来愈普及，例如，将LED灯应用于液晶电视、轻薄膝上型笔记本显示屏以及DLP投影机光源的背光照明。随着LED灯在背光领域的使用，电视机以及电脑显示屏幕可以愈来愈薄化设计。使用LED背光设计的多LED 灯串为平行设置，且每个LED灯串中的各LED灯为串联连接。为获取高质量的背光效果，控制流经多LED灯串的电流的各种控制器便并应运而生。如图1所示，其为显示现有的包含用以通过镇流电阻驱动多个LED灯串的升压转换器11的多LED灯串驱动器10的示意图。该升压转换器11由电阻器16以及与其串接的其中一个LED灯串15之间所提供的反馈信号14所驱动，以调整该升压转换器11输出所需电流的输出电压(VOUT)。对于不提供上述反馈信号14的其他LED灯串，均具有与该电阻器相同阻值的电阻器与其串联，以使流经每个LED灯串的电流基本一致。LED灯串电流的变化取决于LED的正向电压与反馈电压的匹配度，例如，当两个LED灯串的总正向电压相差1伏特(V)，反馈电压为2V，则LED灯电流的失配度为1V/2V = 50%。如图2所示，其为显示现有的包含用以通过各自的电流同步(current sync)驱动多个LED灯串的LED灯偏置控制器21的多LED灯串驱动器20的示意图，其中，该电流同步设置于该LED灯偏置控制器21内部，并与该LED灯偏置控制器21的CTRL1-CTR6端口 22-27藕接。一个电源转换器提供经调整过的输出电压(VOUT)予LED灯串的前端，并由上述电流同步调整每个LED灯串的电流。为达到更好的效率，适应性地调整电源转换器的输出电压(VOUT)，如此，则在该电流同步端会产生一定的工作电压降，如此，使得LED灯串间的电流有很高的匹配度，但是，LED灯串与串之间的总正向电压的波动很大。因此，电流同步端的电压变化，会导致很高的功率损耗以及热量的产生，例如，两个长的LED灯串的总正向电压分别为200V与180V，则具有180V正向电压的LED灯串的电流同步端将有20V的附加电压差，如此，则在120mA的偏置电流流通时，前述电压差的存在将造成具有200V正向电压的LED灯串比具有180V正向电压的LED灯串产生高达2. 4W的功率损耗。如图3所示，其为显示现有的包含用以驱动多个LED灯串的直流/直流控制器31 的多LED灯串驱动器30的示意图。采用一个升压转换器32将24V的输入直流电压转换为输出至LED灯串前端的指定的例如100到200V的直流输出电压(VOUT)，且每个LED灯串的后端分别由例如开关转换器35的LED灯串开关转换器驱动，该LED灯串开关转换器是由 M0SFFET晶体管36、电感器37、二极管整流器38以及电流检测电阻器39构成，每个LED灯串开关转换器是以降压转换器的工作原理运行，以降低主输出电压而与LED灯串总正向电压相匹配，进而调整每个LED灯串电流至目标值，如此，即无因主输出电压与LED灯串总正向电压之间的电压差而造成的功率损耗，然，每个LED灯串均需要配置一个具有单独电感器的LED灯串开关转换器，如此，即增加了整体的成本。
发明内容
本发明所提供的是单电感器多LED灯串的驱动器，其包括开关控制电路以及电流检测控制电路，其中，该开关控制电路用以产生多个数字控制信号，以控制耦接至多个LED 灯串的多个开关，且每个开关是分别由其对应的数字控制信号控制其导通与截止，而该电流检测电路用以确定依次由输入电压端流至每个LED灯串，再至每个开关，然后至共模电感器，再通过主开关至地面的电流供给的总电量的数量，并根据所确定的总电量的数量，控制每个开关的导通时间以令流经每个LED灯串的平均电流均相同，进而使流经每个LED灯串的总电流控制在一个预定值。在本发明的一个实施例中，该单电感器多LED灯串的驱动器具有一个分时的单个电感器与多个LED灯串组合(SingleHnductor-Multiple-Output ；SΙΜ0)的架构，该架构采用共模电感器将电流分别注入每个LED灯串的保持电容器中，以使每个LED灯串产生相同的平均电流，该共模电感器的多路传输性使得流经每个LED灯串的电流均分别得到调整， 该共模电感器的每路相位为降压转换相位，以分别驱动每个LED灯串的导通。优选地，由于主输出电压与LED灯的总正向电压不同，使得每个LED灯串的偏置没有功率损耗。此外，本发明只需采用单一个电感器即可达成上述功效。在本发明的一个实施例中，该单电感器多LED灯串的驱动器是集成电路的一部分，该开关控制电路为脉宽调制控制器，多个LED开关以及该主开关设置在该集成电路的内部或外部，优选的，采用交流/直流转换器(AC-to-DC converter)输出未经调整的直流电压(VHIGH)，如此，无需采用直流/直流升压转换器(DC-to-DC boost converter)，即可利用该未经调节的直流电压VHIGH直接驱动多个LED灯串，进而避免附加效率的损失。以下即详细说明本发明的其他结构以及方法，本发明的权利保护范围并非限于前述说明，应如所附的权利要求书的范围所列。
下面结合附图对本发明具体实施方式
作进一步详细说明，且相似元件使用相似的标号。图1为现有的包含用以通过镇流电阻驱动多个LED灯串的升压转换器的多LED灯串驱动器的示意图；图2为现有的包含用以通过各自的电流同步(current syncs)驱动多个LED灯串的LED灯偏置控制器的多LED灯串驱动器的示意图；图3为现有的包含用以通过各个LED灯串开关转换器驱动多个LED灯串的直流/ 直流控制器的多LED灯串驱动器的示意图；图4为本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第一实施例的示意图；图5为图4的单电感器多LED灯串驱动器的更详细的电路图6为在图5的单电感器多LED灯串驱动器的PWM开关循环内的不同状态示意图；图7为PWM开关循环内的不同开关与其对应的电压、电流的波形图；图8为本发明的采用单电感器驱动多LED灯串的方法的流程图；图9为本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第二实施例的示意图；以及图10为本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第三实施例的示意图。
具体实施例方式如图4所示，其为显示本发明的单电感器多LED灯串驱动器的第一实施例的示意图。单电感器多LED灯串驱动器40包括多个LED灯串41-46、集成电路47、交流/直流转换器48、输出电容器51、二极管整流器52以及共模电感器53。每个LED灯串包含多个串联链接的LED灯。如图所示，每个LED灯串的前端均连接直流电压VHIGH端，而每个LED灯串的后端分别连接集成电路47的LED灯开关端子S1-S6，并且每个LED灯串的后端还分别电性连接保持电容器61-66。除了上述6个LED灯开关端子S1-S6，集成电路47还包括作为控制接口的CTRL端子、作为基准电流的ISET端子、主开关端子SW、输入端子LIN、电源电压端子VCC以及两个接地端子GND与GP。在本实施例中，交流/直流转换器48接收来自例如IlOV交流的交流电压源49的电压，并输出一个调整的5V直流电压，该5V直流电压一般可应用于许多电子设备中。该交流/直流转换器48还可以输出一个未经调整的次级直流电压VHIGH。VHIGH的值基本上取决于该交流/直流转换器48的匝数比。优选地，无需使用附加的直流/直流升压转换器， 即可直接将该未经调整的直流电压VHIGH用于驱动多个LED灯串，例如，如果每个LED灯串有45个LED灯串接，该LED灯串的总正向电压则大约为45X3.3 = 150V，而该电源电压 VHIGH大约为190V，则可以剩下40V电压作为正常的运行，相较于图3所示的LED灯串驱动器30，本发明直接使用来自交流/直流转换器48中未经调整的电压VHIGH，可减少20%的效率损失。单电感器多LED灯串驱动器40 —般应用液晶电视、液晶监视器、轻薄膝上型笔记本显示屏以及DLP投影机光源的背光照明。为了有效调整流经上述6个LED灯串的电流，每个LED灯串是分别通过LED灯开关端子S1-S6、共模电感53以及主开关端子SW实现偏置。 首先，每个LED灯开关端子电性连接一个可提供有功电流同步予对应的LED灯串的LED灯开关(未图示)，其次，该主开关端子SW电性连接一个可驱动共模电感53的主开关(未图示)，如此，则当主开关以及所有LED灯开关的其中一个开关导通时，即可形成如图所示的 Iledi、ILED2>. · · Iled6等多支LED灯串电流，该电流从电压VHIGH端流入LED灯串，再流入对应的LED灯开关，然后经过共模电感器53，最后经由该主开关到达地面。该主开关配合6个 LED灯开关以及单个电感器，以分别控制该6个LED灯串的电流达成同步。在本发明的一个实施例中，该单电感器多LED灯串的驱动器40具有一个分时的单个电感器与多个LED灯串组合(Single-Inductor-Multiple-Output ；SIM0)的架构，该架构采用共模电感器53将电流分别注入每个LED灯串41-46的保持电容器61-66中，以使每个 LED灯串产生相同的平均电流，该共模电感器53的多路传输性使得流经每个LED灯串的电流ILED1-ILED6均分别得到调整，例如，该第一 LED灯开关在第一导通时间导通，即产生第一 LED灯串电流Iledi，该电流Iledi依次从电压VHIGH端流入该第一 LED灯串41，再流入LED 灯开关端子Si，然后经过共模电感器53，最后经由主开关端子SW到达地面(如图4中的粗虚线91所示)，当上述电流的总电量达到目标值时，即截止该第一 LED灯开关。接着， 该第二 LED灯开关在第二导通时间导通，即产生第二 LED灯串电流Iled2，该电流Ι·2依次从电压VHIGH端流入该第二 LED灯串42，再流入LED灯开关端子S2，然后经过共模电感器53， 最后经由主开关端子SW到达地面(如图4中的粗虚线92所示)，同理，当上述电流的总电量达到目标值时，即截止该第二 LED灯开关，每个LED灯串重复上述步骤。当其对应的 LED灯开关导通或截止时，每个LED灯串电流会发生变化，而每个保持电容器61-66 —直均衡LED灯串电流。由于注入每个保持电容器的电量均等于相同的目标值，使得每个LED灯串的平均电流均相同。因此，该共模电感器53的每路相位为降压转换相位，以分别驱动每个LED灯串的导通。优选地，由于主输出电压与LED灯的总正向电压不同，使得每个LED灯串的偏置没有功率损耗。此外，相较于图3所示的多电感器的使用，本发明只需采用单一个电感器53即可。如图5所示，是显示图4的单电感器多LED灯串驱动器40的更详细的电路图。在本实施例中，集成电路47包括接口模块55、振荡器56、基准及偏置模块57、基准电流IREF 模块58、开关控制电路60、多个开关QS1-QS6 (71-76)、放电开关QD 77、主开关QM 78以及电流检测控制电路80。该多个开关QS1-QS6即为针对图4部分所述的6个LED灯开关(但未图示)，而主开关QM 78即为针对图4部分所述的主开关(但未图示)，虽然，在本实施例中，上述开关QSru主开关QM以及放电开关QD均设置在集成电路47的内部，但不以此为限， 在其他电路实施例中，也可将开关QSn、QM以及QD设置在集成电路47的外部。如图5所示，开关控制电路60为脉宽调制(PWM)控制器，该开关控制电路60包括移位器68以及与门69。该开关控制电路60 (即PWM控制器)接收来自振荡器56的时钟信号TCLK101，该振荡器56控制PWM开关的循环周期。该开关控制电路60 (即PWM控制器) 还接收来自电流检测控制电路80的导通时间控制信号QT0N102，并据以产生多个开关控制信号111-116，以分别控制多个LED灯开关QS1-QS6。开关控制信号111-116是供提供予与门69以及缓冲器82，以产生一个用以控制主开关QM78的第一主开关控制信号103。开关控制信号111-116还供提供予与门69以及反相器81，以产生一个用以控制放电开关QD77 的主开关控制信号104。一个PWM开关循环包括一个主导通时间以及主截止时间，当该主开关QM导通时， 该主导通时间多路传输予6个开关QSn，在主截止时间，主开关QM以及6个开关QSn均截止，而放电开关QD导通。换而言之，在PWM主导通时间，且主开关QM也导通而放电开关QD 截止时，移位器68选择性地导通LED灯开关QS1-QS6中的一个开关。另一方面，在PWM主截止时间，只有放电开关QD导通。该PWM开关循环的主导通与截止时间是由PWM时钟或最小截止时间机制所控制。此外，每个LED灯开关QSn的导通与截止时间是由导通时间控制信号QT0N102所控制，如此，即可使流经每个LED灯开关QSn的平均电流相同。导通时间控制信号QT0N102是由电流检测控制电路80依次控制，该电流检测控制电路80是用以检测在主导通时间流经主开关QM的LED灯串电流(ImiIm6)。该电流检测控制电路80包括电流镜83、误差放大器86、比较器87、补偿电容器 CCOMP 88、积分电容器CINT 89以及单发电路93。在PWM主导通时间，当通过开关控制信号111-116(例如控制信号111)导通其中一个LED灯开关QSn (例如QSl)，即形成由VHIGH 电压端流至其中一个选定的LED灯串(即流经LED灯串41的电流Imn)，再经过选定的LED 灯开关QSn，然后流至共模电感器53，最后通过主开关QM到达地面(如图5中的粗虚线91 所示)。换言之，如果LED灯开关QSl导通，平均电感电流Iu等于流经LED灯串41的电流 ILED1。电流镜83检测流经主开关QM的电感电流Iui,并输出两个镜像电流(标为IX，也称为电流检测信号)，这两个镜像电流有两个不同使用目的，其中一个镜像电流流入积分电容器CINT 89，而另一个镜像电流流入误差放大器86。首先，当电感电流Iu的电流检测信号流入积分电容器CINT 89时，该积分电容器 CINT 89两端的电压VCINT从零开始上升，其中，电压VCINT是表示电感电流Iui (也可为LED 灯开关QSl导通时的电流Imn)持续累积的电量。然后，通过比较器87比较电压VCI NT与电压VC0MP，当电压VCOMP高于电压VCINT时，即产生导通时间开关控制信号QT0N102，以截止其中一个选定的LED灯开关QSn (例如QSl)。然后将电压VCINT重置为0V，为下一个LED 灯开关QSn做准备，例如，可通过导通时间开关控制信号QT0N102产生的单发重置信号106 驱动的开关90重置电压VCINT。由于每个LED灯串均为电流偏置，如此，即可通过调整流经LED灯串的电流累积的电量而调整平均LED灯串电流。若电压VCOMP为恒定电压值，则通过比较电压VCINT与电压VCOMP以控制每个LED灯开关的导通时间，在每个LED灯开关的启动时间流经每个LED灯串的电流累积的电量还是保留一致。通过上述方式即可将流经每个LED灯串的平均LED灯串电流均调整为相同。其次，通过误差放大器86比较电感电流Iui的电流检测信号与基准电流IREF105。 该误差放大器86产生作用于所有LED灯串的输出电压信号VCOMP。如果总平均电感电流Iu 小于基准电流IREF 105，则该误差放大器86输出的电压信号VCOMP会增加。反之，若总平均电感电流Iu大于基准电流IREF 105，则该误差放大器86输出的电压信号VCOMP会降低。 因此，通过调整总电流检测值(即总平均电感电流)为基准电流IREF 105，电压信号VCOMP 即可保持一致，且流经每个LED灯串的总电流会调整至一预定值。LED灯串电流Imin是等于基准电流IREF乘以一个常数。因此，通过选定适当的基准电流IREF值，即可调整LED灯串电流Imin至一理想值。如图6所示，是显示在图5的单电感器多LED灯串驱动器40的PWM开关循环内的不同状态示意图。在禁能或电源未准备好状态时，单电感器多LED灯串驱动器40是以初始的截止状态开始。在使能并做好接收准备好的电源状态时，单电感器多LED灯串驱动器40 进入消磁或放电状态。在任何PWM开关循环内，单电感器多LED灯串驱动器40依次为ST1、 ST2、ST3、ST4、ST5以及ST6状态，接着，在重复下一个PWM开关循环之前进入消磁状态。如图6所示，是显示4个PWM开关循环，而每个PWM开关循环是分割为6个开关QSn。状态STl 是表示第一开关QSl导通时间为T0N1，状态ST2是表示第二开关QS2导通时间为T0N2，如此等等。无论处于何种状态，一旦状态为禁能或电源未准备好时，单电感器多LED灯串驱动器40即返回截止OFF状态。在PWM开关循环的主导通时间期间PWM控制器60仅导通一个开关QSn，且仅当其对应的开关QSn导通时，流经每个LED灯串的电流ILEDn会流入电感器。因此，在ST1-ST6 的任一个稳定状态，且其对应的开关QSn导通时，流经每个LED灯串的平均电流等于流经电感器的平均电流
权利要求
1.一种集成电路，其特征在于，包括电流检测控制电路，其用于检测从多个LED灯串流入共模电感器的多支电流，并产生电流检测控制信号；以及开关控制电路，其用以接收所述电流检测控制信号，并据以输出多个开关控制信号，而每个开关控制信号是用以控制耦接至对应LED灯串的开关的导通与截止，且各个开关控制信号分别控制各个开关的导通时间，以使得流经每个LED灯串的电流平均值达到一电流目标值。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于所述集成电路包括多个开关。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于所述开关控制电路还用以产生一个供控制耦接至所述共模电感器的主开关的主控制信号。
4.根据权利要求3所述的集成电路，其特征在于所述开关控制电路包括一个脉宽调制控制器，以使得在所述主控制信号为导通时间时，导通所述主开关与所述多个开关中的一个开关，而当所述主控制信号为截止时间时，截止所述主开关。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于当所述主开关导通时，电感电流上升，而当所述主开关截止时，电感电流下降，且所述电感是以电感电流连续模式运行。
6.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于所述脉宽调制控制器包括一个移位器，用以在所述主控制信号为导通时间时分别导通每个所述开关。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于每个所述开关的导通次序一直是变化的，以使每个所述开关在给定时间内得到一个基本相同的导通机会。
8.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于LED灯串的数量为N，N是大于1的整数，且流经每一个LED灯串的平均电流等于流经所述共模电感器的平均电流除以N后的数值。
9.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于所述电流检测控制电路包括一个电容器，用以确定由流经每个LED灯串的电流供给的总电量的数量。
10.一种系统，其特征在于，包括耦接至输入电压端的多个LED灯串；一个共模电感器；耦接至所述多个LED灯串的多个开关；一个主开关，其耦接至所述共模电感器，且多支电流从所述输入电压端分别流至所述多个LED灯串，再分别流至多个开关，然后每支电流均流入所述共模电感器，再通过所述主开关流至地面；以及一个控制电路，其用以分别控制各个开关，以使得流经每个LED灯串的电流平均值达到一电流目标值。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于每个LED灯串包括第一端以及第二端， 且第一端耦接所述输入电压端，第二端耦接对应的开关。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于每个LED灯串的第二端还耦接一个保持电容器。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述控制电路是集成电路的一部分，所述集成电路包括一个脉宽调制控制器，以使得在脉宽调制信号为导通时间时，导通所述主开关与所述多个开关中的一个开关，而当所述脉宽调制信号为截止时间时，截止所述主开关。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于当所述主开关导通时，电感电流上升， 而当所述主开关截止时，电感电流下降，且所述电感是以电感电流连续模式运行。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于所述脉宽调制控制器包括一个移位器， 用以在所述脉宽调制信号为导通时间时分别导通每个所述开关。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于每个所述开关的导通次序一直是变化的，以使每个所述开关在给定时间内得到一个基本相同的导通机会。
17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于LED灯串的数量为N，N是大于1的整数，且流经每一个LED灯串的平均电流等于流经所述共模电感器的平均电流除以N后的数值。
18.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述控制电路包括一个电容器，用以确定由流经每个LED灯串的电流供给的总电量的数量。
19.一种方法，其特征在于，包括(a)产生多个数字控制信号，以控制耦接至多个LED灯串的多个开关，且每个开关是分别由其对应的数字控制信号控制其导通与截止；(b)确定依次由输入电压端流至每个LED灯串，再至每个开关，然后至共模电感器，再通过主开关至地面的电流供给的总电量的数量；以及(c)根据所确定的总电量的数量，控制每个开关的导通时间以令流经每个LED灯串的平均电流均相同。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于每个LED灯串包括第一端以及第二端， 且第一端耦接所述输入电压端，第二端耦接对应的开关。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于每个LED灯串的第二端还耦接一个保持电容器。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述多个数字控制信号是由一个脉宽调制控制器产生，当脉宽调制信号为导通时间时，导通所述主开关与所述多个开关中的一个开关，而当所述脉宽调制信号为截止时间时，截止所述主开关。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于LED灯串的数量为N，N是大于1的整数，且流经每一个LED灯串的平均电流等于流经所述共模电感器的平均电流除以N后的数值。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于步骤(b)中的确定操作是由一个电容器达成的。
全文摘要
一种单电感器多LED灯串的驱动器，其包括开关控制电路以及电流检测控制电路，其中，该开关控制电路用以产生多个数字控制信号，以控制耦接至多个LED灯串的多个开关，且每个开关是分别由其对应的数字控制信号控制其导通与截止，而该电流检测电路用以确定依次由输入电压端流至每个LED灯串，再至每个开关，然后至共模电感器，再通过主开关至地面的电流供给的总电量的数量，并根据所确定的总电量的数量，控制每个开关的导通时间以令流经每个LED灯串的平均电流均相同，进而使流经每个LED灯串的总电流控制在一个预定值。
文档编号G09G3/32GK102446487SQ20111007741
公开日2012年5月9日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年10月12日
发明者范文强, 黄树良 申请人:技领半导体(上海)有限公司, 技领半导体股份有限公司
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