對發光二極管陣列供電的方法及裝置的制作方法

專利名稱：對發光二極管陣列供電的方法及裝置的制作方法
技術領域：
一般來說，本發明涉及電源，更具體來說，本發明涉及對電子電路供電。
背景技術：
發光二極管(LED)陣列用于各種目的。例如，這類陣列往往應用于液晶顯示器(LCD)的背光。用于這類顯示器的白光的生成通常通過混合來自紅、綠和藍LED的光來實現。對于較大的照明應用，電力往往從單個電源提供給紅、綠和藍LED的大陣列。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種電路，包括具有輸入端子和輸出端子的電源電路，其中所述輸入端子要經過耦合以接收電源電壓，其中多個負載要耦合在所述輸出端子之間，其中所述電源電路經過耦合以在所述輸出端子之間提供將施加到耦合在所述輸出端子之間的所述多個負載中每一個上的輸出電壓；以及耦合在所述電源電路與所述多個負載之間的反饋選擇器電路，其中所述反饋選擇器電路經過耦合以接收來自所述多個負載中每一個的反饋信號，其中所述電源電路經過耦合以在任一時間僅對所述反饋信號之一進行響應。
在一個實施例中，所述多個負載中每一個包括電壓限制元件。
在一個實施例中，所述電壓限制元件包括發光二極管。
在一個實施例中，所述反饋選擇器電路經過耦合以通過耦合到所述電源電路的單一反饋端子的多個二極管來組合從所述多個負載接收的所述反饋信號。
在一個實施例中，所述電源電路是升壓變換器。
在一個實施例中，所述多個負載中的每個經過耦合以傳導那個負載特定的負載電流。
在一個實施例中，所述多個負載中的每個包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
在一個實施例中，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。
在一個實施例中，所述多個負載中的每個包括耦合到所述開關的電流源。
在一個實施例中，所述電源電路是逆向變換器。
在一個實施例中，所述多個負載中的每個包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
在一個實施例中，所述多個負載中的每個包括耦合到所述開關的電流源。
在一個實施例中，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。
根據本發明的另一方面，提供一種電路，包括具有輸入端子和輸出端子的電源電路，其中所述輸入端子要經過耦合以接收電源電壓，其中負載要耦合在所述輸出端子之間，其中所述電源電路經過耦合以在所述輸出端子之間提供將施加到耦合在所述輸出端子之間的所述負載上的輸出電壓；以及耦合在所述電源電路與所述負載之間的反饋選擇器電路，其中所述反饋選擇器電路經過耦合以接收來自所述負載的反饋信號，并從值的連續統中選擇所述反饋信號的最低值以提供單一反饋電壓，所述電源電路對所述單一反饋電壓進行響應。
在一個實施例中，所述負載包括電壓限制元件。
在一個實施例中，所述電壓限制元件包括發光二極管。
在一個實施例中，所述反饋選擇器電路經過耦合以通過耦合到所述電源電路的單一反饋端子的二極管接收來自所述負載的反饋信號的值的連續統。
在一個實施例中，所述電源電路是升壓變換器。
在一個實施例中，所述負載經過耦合以傳導那個負載特定的負載電流。
在一個實施例中，所述負載包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
在一個實施例中，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。
在一個實施例中，所述負載包括耦合到所述開關的電流源。
在一個實施例中，所述電源電路是逆向變換器。
在一個實施例中，所述負載包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
在一個實施例中，所述負載包括耦合到所述開關的電流源。
在一個實施例中，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。


參照以下附圖描述本發明的非限制且非詳盡的實施例，其中，相同的參考標號在各個視圖中表示相同部件，除非另有說明。
圖1A是框圖，一般說明根據本發明的理論、向LED陣列提供電力的電路的示例示意圖。
圖1B是框圖，一般說明根據本發明的理論、向LED陣列提供電力的電路的另一個示例示意圖。
圖2是示意圖，一般說明根據本發明的理論、包括電流源和電壓限制元件的負載的一個實例。
圖3是示意圖，一般說明根據本發明的理論、包括電流源和電壓限制元件的負載的另一個實例。
圖4是框圖，一般說明根據本發明的理論、向LED陣列提供電力的電路的另一個示例示意圖。
圖5是框圖，一般說明根據本發明的理論、向一串LED提供電力的電路的示例示意圖。
具體實施例方式
公開用于對LED供電的裝置及方法的實例。在以下描述中，闡述大量具體細節，以便提供對本發明的透徹理解。然而，本領域的技術人員非常清楚，具體細節無需用于實施本發明。沒有詳細描述與實現相關的眾所周知的方法，以免影響對本發明的理解。
本說明書中提到“一個實施例”或“實施例”表示結合該實施例所述的特定特征、結構或特性包含在本發明的至少一個實施例中。因此，詞組“在一個實施例中”或“在實施例中”在本說明書的各個位置的出現不一定都指同一個實施例。此外，具體特征、結構或特性例如可在一個或多個實施例中結合為任何適當的組合和/或子組合。
將要進行論述，來自LED的光譜受LED中的電流極大影響。當LED被點亮時，它以規定電流工作以提供預期光譜。來自LED的平均輸出通過LED中的電流的脈寬調制(PWM)來控制。因此，LED以按照PWM的占空率傳導規定電流或者零電流，以便實現預期輸出。在適當的部分混合來自紅、綠和藍LED的光譜以創建預期的白色以及背光的強度。
從單個電源向多個LED提供電力的復雜性在于，各LED通常可能以隨工作溫度改變的不同電壓工作。這類多個LED可能具有不同色，例如紅、綠和藍LED。另外，來自各色LED的預期光譜通常以不同的工作電流獲得。電源應當提供正好足夠高到以LED的額定電流點亮所有LED的電壓，因為更高的電壓將浪費電力。將要進行論述，根據本發明的理論的各種實例自動調節單個電源的電壓，以便以最佳效率為以不同電壓和不同電流工作的LED的陣列提供足夠的電壓。
在一個實例中，包括反饋選擇器的單個電源用于從多個電流源之一獲得單一反饋信號。在一個實例中，根據本發明的理論，各電流源被包括在包含電壓限制元件的負載中。在一個實例中，電壓限制元件包括一個或多個LED。根據本發明的理論，反饋選擇器從電源中選擇維持最小電壓的反饋信號，以便操作LED。
為了說明，圖1A一般說明根據本發明的理論、向LED陣列提供電力的電路的一個實例。如圖所示，背光電路100包括耦合到一個或多個負載160和反饋選擇器165的開關電源電路105。開關電源電路105在輸入端子135上接收輸入電壓VIN，并在端子150上產生輸出電壓VO。在所述實例中，所有電壓相對于公共輸入和輸出回路148來測量。
在圖1A所示的實例中，開關電源電路105是包括用作能量傳遞元件的電感器110、輸出整流器115、輸出電容器120和開關125的升壓變換器。雖然為了說明的目的，電源電路105在圖1A中表示為具有升壓變換器拓撲，但是大家要理解，其它電源拓撲可按照本發明的理論來實現。例如，圖1B一般說明根據本發明的理論、具有逆向變換器拓撲的開關電源電路105。在圖1B中一般表示的逆向變換器拓撲中，具有多個繞組的變壓器代替圖1A中使用的電感器用作能量傳遞元件。圖1B中一般表示的電路的其它所有方面與圖1A所示的電路相似。要注意，根據本發明的理論，與圖1A和圖1B所示的示例升壓變換器及逆向實例不同的更多示例電源拓撲可用于備選方案中，包括例如降壓變換器或者另外的適當電源拓撲。
回到圖1A所示的具體實例，在工作中，開關125由控制器140接通和斷開，控制器140接收來自反饋選擇器165的反饋信號145。在所述實例中，根據本發明的理論，反饋信號145是作為與電流源I1185至IN190或者一個或多個負載160上的電壓對應的N個電壓V1至VN的一個或多個N反饋信號170其中之一。
如圖1A所示，一個或多個負載160中的每個包括電壓限制元件155，它在一個實例中可能是具有不同電壓的一個或多個LED。一般來說，根據本發明的理論，整流二極管、齊納二極管、雪崩二極管、LED、電池等是電壓限制器件的實例。在工作中，電壓限制元件155上的電壓在通過元件的電流大于導通電流時并不實質性地增加。在所述實例中，一個或多個負載160都接收來自電源電路105的輸出端子150的相同電壓輸出電壓VO152。
如所述實例所示，電壓V1是電流源185上的開關電壓，以及電壓VN是一個或多個負載160的電流源190上的開關電壓。電流源185響應端子175上的脈寬調制信號P1而傳導電流I1或零電流。電流源190響應端子180上的脈寬調制信號PN而傳導電流IN或零電流。在一個實例中，脈寬調制信號P1...PN在外部產生，以便控制通過一個或多個負載160中的每個的電流。因此，根據本發明的理論，一個或多個負載160中的每個包括經過耦合以切換響應脈寬調制信號而流入相應負載的負載電流的開關。另外，根據本發明的理論，由于脈寬調制信號P1...PN是外部產生的，所以一個或多個負載160中的電流源的每個獨立于開關電源105進行切換。
圖1A的實例中的反饋選擇器165使反饋電壓145作為一個或多個負載160全體的開關電壓V1至VN的連續統的最低值。在工作中，控制器140則使開關調節器105產生把反饋電壓145保持在調節電壓上的輸出電壓VO152。在所述實例中，根據本發明的理論，反饋選擇器165經過耦合，以便通過經耦合以選擇在電源電路105的單個反饋端子上接收的一個單一反饋電壓145的一個或多個相應二極管來組合從一個或多個負載160全體接收的反饋信號170的連續統。因此，在具有不止一個負載160的實例中，根據本發明的理論，電源電路105經過耦合，以便在任一時間僅對反饋信號170之一進行響應。在僅具有一個負載160的實例中，根據本發明的理論，電源105僅對從反饋信號170接收的開關電壓的連續統的最低值進行響應。
在圖1A所述的實例中，包括一個或多個負載160以及選擇器電路165中的一個或多個相應二極管。在另一個實例中，根據本發明的理論，可包括具有單一開關電流源190和單一電壓限制元件155的單個負載160。例如，在一個這樣的實例中，只有多個LED中的單個負載160而不是多個負載160或LED串由電源105供電。因此，根據本發明的理論，包括具有來自開關電流源190的單一反饋信號170的單個負載160。根據本發明的理論，選擇器電路165接收單一反饋信號170，并選擇從反饋電壓145的單一反饋信號170接收的開關電壓的連續統的最低值。
在一個單一負載160的實例中，單個負載160具有開關電流源190和電壓限制元件155，并且與具有耦合在電源電路105的單個反饋端子與單個負載160之間的單個二極管的反饋選擇器電路165配合使用。根據本發明的理論，在工作中，反饋選擇器電路165接收來自開關電流源190的單一反饋信號170，在被切換時從開關電流源190上的開關電壓的連續統中選擇單一反饋信號170電壓的最低值，以及提供單一反饋信號170的這個最低值作為單一反饋電壓145，電源105對所述單一反饋電壓145進行響應。
電流源一般需要最小電壓進行工作。仍然參照圖1A的具有一個或多個負載160的具體電路實例，負載160的電流源185至190接收輸出電壓VO152與電壓限制元件155上的電壓之間的差值。在一個實例中，電壓限制元件155在一個或多個負載160的每個中通常具有不同的電壓。一個或多個負載160中的每個經過耦合以便傳導那個負載特定的負載電流。調節反饋電壓145由設計人員選擇為最小電壓，以便幫助確保負載160中的電流源185至190的正確工作。因此，根據本發明的理論，圖1A所示的電路實例以最高效率工作，因為電壓V1至VN的最低值由反饋選擇器165為反饋電壓145選取，它因而應當產生最低輸出電壓VO152，由此引起電流源中最低的必要功耗。
圖2一般說明根據本發明的理論、包括電流源190和電壓限制元件155的負載160的一個實例。所述電壓限制元件155包括耦合在一起的LED串210。在圖2中，晶體管215耦合到恒流吸收器的配置中的并聯調節器220和電流檢測電阻器225，以便調節LED串210中的電流。在一個實例中，并聯調節器220是LMV431并聯調節器。在工作中，電阻器205提供晶體管215和并聯調節器220的工作所需的電流。晶體管230與電阻器235和240組成對端子180上的脈寬調制信號PN進行響應的開關。根據本發明的理論，當脈寬調制信號PN處于高電平時，晶體管230導通以消除來自晶體管215的基極電流，以及LED串210中的電流減小到零。
在一個實例中，當大約1.24伏特在電流檢測電阻器225上時，則在LED串210中建立預期電流。在所述實例中，當晶體管215的集電極與發射極之間存在超過大約100毫伏時，晶體管215用作電流源。因此，在所述實例中，圖1A的電路的示例開關調節器105將設計成把反饋電壓VN調節到大約1.35伏特的最小值。
圖3一般說明根據本發明的理論、包括電流源190和電壓限制元件155的負載160的另一個實例。電壓限制元件155包括耦合在一起的并聯LED串310，如所述實例中所示。在一個實例中，當各并聯串中的LED的數量大時，來自電流源190的電流接近相等地在這些串之間劃分。圖3所示實例中的電流源190包括金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)315，作為對圖2所示的雙極晶體管215實例的替代。如圖3的實例中所示，MOSFET 315由NPN雙極晶體管320從偏置電壓305驅動。二極管325耦合到MOSFET 315的柵極，這在NPN晶體管230接通時允許MOSFET 315的柵極電容迅速放電，如所述實例中所示。
圖4是框圖，一般說明根據本發明的理論、向LED陣列提供電力的電路的另一個示例示意圖。在所述實例中，圖4說明可包括在圖2或圖3的電路實例中的具有負載160的電源的詳細情況。在圖4所示的具體實例中，集成電路U1 405是Power Integrations，Inc.(San Jose，California)研制的DPA424G器件。根據本發明的理論，集成電路U1 405包括功率MOSFET和執行開關125的功能的控制器以及圖1A中的控制器140。在圖4所示的具體實例中，選擇器電路165包括經過耦合以接收來自一個或多個負載160中相應的每一個的反饋信號170的每一個的LL4148高速開關二極管。如圖所示，選擇器電路165中的多個二極管耦合在一起，以便提供單一反饋信號145，集成電路U1 405對所述單一反饋信號145進行響應而調節輸出電壓VO152。
在圖4所示的電路中，電容器146經過耦合以提供反饋電壓145，并且有效地為谷值檢測器。在所述實例中，電容器146保持來自反饋選擇器165的最低電壓，而不管它是來自一個負載還是來自多個負載的最低電壓。在各種實例中，根據本發明的理論，要注意，電容器146可能是分立電容器，或者可集成在集成電路中。
圖5是框圖，一般說明根據本發明的理論、向一串LED提供電力的電路的示例示意圖。根據本發明的理論，圖5所示的示例電路與圖4所示的示例電路相似，但一個負載560在圖5中表示為具有選擇器電路565中的一個對應LL4148二極管以便選擇電壓VN570的連續統的最低值。相反，圖4所示的具體實例說明具有選擇器電路165中的對應多個LL4148二極管的多個負載160。根據本發明的理論，圖5所示電路的操作與圖4所示的電路相似。
在以上詳細說明中，參照具體示范實施例描述了本發明的方法及裝置。但是很明顯，可對其進行各種修改及變更，而沒有背離本發明的廣義精神和范圍。因此，本說明和附圖將被看作是說明性而不是限制性的。
權利要求
1.一種電路，包括具有輸入端子和輸出端子的電源電路，其中所述輸入端子要經過耦合以接收電源電壓，其中多個負載要耦合在所述輸出端子之間，其中所述電源電路經過耦合以在所述輸出端子之間提供將施加到耦合在所述輸出端子之間的所述多個負載中每一個上的輸出電壓；以及耦合在所述電源電路與所述多個負載之間的反饋選擇器電路，其中所述反饋選擇器電路經過耦合以接收來自所述多個負載中每一個的反饋信號，其中所述電源電路經過耦合以在任一時間僅對所述反饋信號之一進行響應。
2.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述多個負載中每一個包括電壓限制元件。
3.如權利要求2所述的電路，其特征在于，所述電壓限制元件包括發光二極管。
4.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述反饋選擇器電路經過耦合以通過耦合到所述電源電路的單一反饋端子的多個二極管來組合從所述多個負載接收的所述反饋信號。
5.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述電源電路是升壓變換器。
6.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述多個負載中的每個經過耦合以傳導那個負載特定的負載電流。
7.如權利要求6所述的電路，其特征在于，所述多個負載中的每個包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
8.如權利要求7所述的電路，其特征在于，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。
9.如權利要求7所述的電路，其特征在于，所述多個負載中的每個包括耦合到所述開關的電流源。
10.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述電源電路是逆向變換器。
11.如權利要求10所述的電路，其特征在于，所述多個負載中的每個包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
12.如權利要求11所述的電路，其特征在于，所述多個負載中的每個包括耦合到所述開關的電流源。
13.如權利要求11所述的電路，其特征在于，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。
14.一種電路，包括具有輸入端子和輸出端子的電源電路，其中所述輸入端子要經過耦合以接收電源電壓，其中負載要耦合在所述輸出端子之間，其中所述電源電路經過耦合以在所述輸出端子之間提供將施加到耦合在所述輸出端子之間的所述負載上的輸出電壓；以及耦合在所述電源電路與所述負載之間的反饋選擇器電路，其中所述反饋選擇器電路經過耦合以接收來自所述負載的反饋信號，并從值的連續統中選擇所述反饋信號的最低值以提供單一反饋電壓，所述電源電路對所述單一反饋電壓進行響應。
15.如權利要求14所述的電路，其特征在于，所述負載包括電壓限制元件。
16.如權利要求15所述的電路，其特征在于，所述電壓限制元件包括發光二極管。
17.如權利要求14所述的電路，其特征在于，所述反饋選擇器電路經過耦合以通過耦合到所述電源電路的單一反饋端子的二極管接收來自所述負載的反饋信號的值的連續統。
18.如權利要求14所述的電路，其特征在于，所述電源電路是升壓變換器。
19.如權利要求14所述的電路，其特征在于，所述負載經過耦合以傳導那個負載特定的負載電流。
20.如權利要求19所述的電路，其特征在于，所述負載包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
21.如權利要求20所述的電路，其特征在于，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。
22.如權利要求20所述的電路，其特征在于，所述負載包括耦合到所述開關的電流源。
23.如權利要求14所述的電路，其特征在于，所述電源電路是逆向變換器。
24.如權利要求23所述的電路，其特征在于，所述負載包括經過耦合以切換流入相應負載的負載電流的開關。
25.如權利要求24所述的電路，其特征在于，所述負載包括耦合到所述開關的電流源。
26.如權利要求24所述的電路，其特征在于，所述開關被耦合成獨立于所述電源電路進行切換。
全文摘要
公開發光二極管陣列供電方法及裝置。根據本發明的若干方面的裝置包括具有輸入端子和輸出端子的電源電路。電源電路的輸入端子將經過耦合以接收電源電壓。多個負載將耦合在輸出端子之間。電源電路經過耦合以在輸出端子之間提供將施加到耦合在輸出端子之間的多個負載中每一個上的輸出電壓。反饋選擇器電路耦合在電源電路與多個負載之間。反饋選擇器電路經過耦合以接收來自多個負載中每一個的反饋信號。電源電路被耦合成在任一時間僅對反饋信號之一進行響應。
文檔編號H05B37/02GK101080119SQ20071010923
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月24日 優先權日2006年5月24日
發明者R·J·邁爾 申請人:電力集成公司