CN101390449A - 电压控制的背光驱动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于供电和控制LED背光的***，所述***包括：控制器；响应于所述控制器的可控电源；以及多个从所述可控电源接收电力的LED串，所述控制器用于响应于至少一个所述LED串的电学特性的函数来控制所述可控电源的输出电压。

Description

电压控制的背光驱动器
背景技术
本发明涉及基于发光二极管照明的领域，更具体地涉及有可控电源的、用于驱动和控制多个LED串的***。
发光二极管(LED)特别是高强度和中强度LED串迅速地开始广泛地用于照明应用。有着总体高辉度的LED在许多应用中有用，包括但不限于基于液晶显示(LCD)的监视器和电视机(在下文中统称为监视器)的背光照明。在大LCD监视器中通常以一个或多个串联连接的LED的形式提供LED，从而分享共同的电流。
为了向所述监视器提供白背光，通常使用两种基本技术中的一种。在第一种技术中使用一个或多个“白光”LED串，白光LED通常包含蓝光LED以及吸收该蓝光LED发射的蓝光并发射白光的磷光体。在第二种技术中相邻放置一个或多个单独的彩色LED串以使它们的光混合后看起来与白光一样。通常使用两串绿光LED以各平衡一串红光和蓝光LED。
在两种技术的任一种中，在一个实施例中LED串位于监视器的一端或一侧，通过散射体将光散射使之看起来在LCD后面。在另一个实施例中该LED直接位于LCD后面，通过散射体将光散射以消除热点。在彩色LED的情况下，还需要可以是散射体一部分的混合器以确保不分开地看到彩色LED的光而相反使光混合以给出白光。光的白点是要控制的重要因素，且设计和制造中的许多努力都集中在对受控白点的需求上。
通常通过振幅调制(AM)和脉冲宽度调制(PWM)控制每一个彩色LED串以获得总体上固定的感知辉度和彩色平衡。作为白点校准过程的一部分，通过将流过LED串的恒定电流设置到确定值AM通常用来设置不同彩色LED串产生的白点，而PWM通常用来可变地控制监视器的总体辉度或亮度而不影响白点平衡。因此当脉冲启动时该电流被保持恒定以保持不同彩色LED串混合所产生的白点，且控制该PWM占空比通过调整一段时间的平均电流以使背光变暗或变亮。进一步改变每种色彩的PWM占空比以保持白点，较佳地响应于色彩传感器。注意，不同色彩的LED以不同的速率老化或因变于电流减少辉度，因此随着时间的过去必须修改每种色彩的PWM占空比以保持白点。然而PWM占空比的范围有限制，并且不幸的是当达到限制值时最大辉度开始衰退。
每一不同的彩色LED串的电压需求与LED的正向压降和LED串中LED的数量相关联。如果每种色彩使用多个LED串，每串有相同数量LED的同一色彩LED串上的电压降也会因为制造公差和温度差异而不同。理想地，为每个LED串提供单独的电源，且该电源自适应地调整其电压输出以符合相关联LED串的电压降。这样的很多个电源有效地最小化过量功耗，然而需要很多个电源是昂贵的。
减少所需电源的可替换的解决方案是对每种色彩提供单个电源。因此由单个电源驱动单个色彩的多个LED串，且将所需电源的个数减少为不同色彩的数目，也就是说通常减少到3个。不幸的是，因为如以上所指出地相同色彩的不同LED串可能表现出不同电压降，所以这样的解决方案还需要和每个LED串串联的有源元件以补偿不同的电压降，以便确保流过相同色彩的每一个LED串的电流实质上相等。
在一个实施例中，对单个色彩的多个LED串使用单个电源，由单个控制器芯片控制通过每一个LED串的功率，该控制器芯片展现用以补偿不同电压降的耗能有源元件。不幸的是，因为耗能元件是个很大的热源，所以它限制了控制器芯片的工作范围。将耗能元件置于控制器芯片外部可解决热的问题，但不幸的是导致成本更高和覆盖区域从而不是最理想。总而言之，至少部分地由于耗能元件的作用产生的热约束限制了耗能元件包含在内的控制器芯片，但仍然需要提供AM和PWM调制。
当LED串老化时，它们的电压降改变。而且LED串的电压降是温度的函数，因此考虑到工作温度的范围，最初必须把电源的电压输出设置得足够高以便在LED串的工作寿命内提供足够的电压。由于将电源设置为在LED串的工作寿命内向所有的LED串提供必须被表现出较低电压降的LED串消耗的足够电压，因此对每种色彩采用单个固定电压源会导致过量的功耗。
所需要的并且现有技术没有提供的是控制流经多个LED串的电流并且同时控制电压源以便最小化多余功耗的手段。较佳地，该用于控制电流的手段响应热约束。
发明概述
因此，本发明的首要目的是克服现有技术的缺点。在本发明中这通过展现多个LED串的背光照明***提供。对每种色彩提供可控电压源，该可控电压源分别对各种色彩的多个LED串提供功率。在只使用了白光LED的实施例中，对多个白光LED串提供单个可控电压源。LED串控制器被安排成可变地控制与每个LED串相关联的电流限制器。该LED串控制器还用于测量每个串的诸如电流之类的电学特性，并将所测得的至少一个LED串的电学特性的预定函数反馈给相关联的可控电压源。该可控电压源用于响应于反馈调整它的输出电压。在示例性实施例中LED串控制器选择展现出最大电流的LED串、展现出最小电流的LED串和展现出平均电流的LED串三者其中的一个。
有利地，本发明的该LED串控制器还用于检测LED串的开路故障或串中的一个或多个LED的短路故障。在一个实施例中LED串控制器用于调整其它LED串的电流以补偿出故障的LED串。
本发明的LED串控制器还用于监控LED串的PWM控制的动态范围。如果PWM控制达到预先设定最大值，则LED串的电流较佳地通过调整可变电流限制器的设置增大，且可控电压源相应地响应以调整电压输出。在PWM工作时间期间电流增大导致辉度增加，并重设PWM动态范围。
在本发明的LED串控制器包含内部耗能电流限制器的实施例中，该内部耗能电流限制器通常包含串联排列在每个LED串的路径上的场效应晶体管(FET)，该LED串控制器较佳地接收每个内部FET上的电压降读数和流经FET的电流二者，并与预先设定热限制值比较以确定FET的功耗。如果任一个FET的功耗超过预定值，则该LED串控制器通过脉冲驱动该FET起作用以减少FET的功耗，从而在功耗减少到比预定热限制值少或相等的同时保持一段时间上的平均电流。
在较佳的实施例中还在LED串控制器中设置至少一个内部热传感器，该热传感器被安排成将与LED串控制器受到的热应力有关的信息提供给控制电路。如果一个或多个内部热传感器指示已经超过了总体温度限制，则LED串控制器通过脉冲驱动功耗最大的FET起作用以减少功耗，从而较佳地达到其一段时间的平均值与预先标称值相等的电流。
本发明提供一种用于供电和控制LED背光的***，该***包括：控制器；响应于控制器的可控电源；和多个从可控电源接收电力的LED串，该控制器用于控制可控电源的输出电压响应该LED串中至少一个的电学特性的函数。
在一个实施例中该多个串的至少一个可由控制器选择。在另一个实施例中该多个串的至少一个可由控制器根据预定标准选择。
在另一个实施例中该控制器用于从多个LED串中确定展现出最高电压降、最低电压降、中值电压降和基本平均电压降之一的LED串，对应于所确定的LED串的至少一个LED串可选择。在又一个实施例中该控制器用于从多个LED串中确定展现出最低电流、最高电流、中值电流和基本平均电流之一的LED串，对应于该确定的LED串的至少一个LED串可选择。
在一个实施例中该控制器用于周期性地选择该多个LED串中的至少一个可选择的串。在另一个实施例中该控制器用于计算多个LED串的平均电流和平均电压降之一，以及对应于该平均电流和平均电压降之一的函数。在又一个实施例中该控制器包含用于输入电学特性的模数转换器。
在一个实施例中该***还包括响应控制器的多个电流限制器，该多个电流限制器的每一个与多个LED串的特定之一相关联并被安排用来限制流经那里的电流。在另一个实施例中该多个电流限制器的每一个都包含场效应晶体管和比较器，该比较器可在操作上连接到该场效应晶体管的栅极。在又一个实施例中多个电流限制器被安排成响应于控制器输出将电流限制为一值。在再一个实施例中该控制器还包括可用来与该多个电流限制器的每一个通信并用于控制每一个LED串的占空比的脉冲宽度调制器功能。
在另一个实施例中，或独立地，该***包括响应于多个电流限制器的至少一个的热传感器，且其中在预定热条件的情形中，该控制器用于响应于热传感器以减少至少一个LED串的占空比。较佳地该控制器还用于增大至少一个LED串的电流限制值以补偿该减少了的占空比。
在又一个实施例中该***还包括被安排成输出每个电流限制器上的电压降读数的电压传感器，且其中如果电压传感器的输出指示预定热条件，则该控制器用来响应于电压传感器以减少至少一个LED串的占空比。较佳地该控制器还用于增大至少一个LED串的电流限制值以补偿该减少了的占空比。
在再一个实施例中该***还包括被安排成输出每个电流限制器上的电压降读数的电压传感器，和被安排成输出流经每个电流限制器的电流读数的电流传感器，且其中如果该电压传感器和电流传感器的输出指示预定热条件，则该控制器用来响应于电压传感器和电流传感器以减少至少一个LED串的占空比。较佳地，该控制器还用于增大至少一个LED串的电流限制值以补偿该减少了的占空比。
在一个实施例中该控制器还包括用于控制每一个LED串的占空比的脉冲宽度调制器。
在一个实施例中，或独立地，该***包括响应于控制器的多个电流限制器，每一个电流限制器与多个LED串的特定之一相关联且被安排成限制流经该处的电流，且其中如果脉冲宽度调制器功能的占空比超过预定最大值，则该控制器还可用于监控脉冲宽度调制器功能以调整至少一个可控电流限制器的电流，以便减少脉冲宽度控制器功能的占空比同时保持预定辉度。
在另一个实施例中将至少一个可控电流限制器的电流调节预定量。在又一个实施例中调节电流并减小占空比以便保持预定辉度同时把最大占空比减小为预定值。在再一个实施例中调节电流并减小占空比以便保持预定辉度同时把最大占空比减少预定量。
在一个实施例中，以及独立地，该LED串控制器用于监控多个LED串的每一个的电学特性并响应于监控所得的电学特性确定多个LED串是否有任一个LED串展现出开路状况。
在另一个实施例中，响应于所确定的开路状况，该LED串控制器还用于将余下LED串的至少一个的电流调节预定量以至少部分地补偿所确定的开路状况。在又一个实施例中，或独立地，多个LED串被安排成矩阵以使部分补偿至少保持基本统一的色彩。在一个实施例中多个LED串各自由白光LED组成。
本发明独立地提供了用于供电和控制LED背光的方法，包括：提供可控电源；提供被安排成并行地从所提供的可控电源接收电力的多个LED串；确定多个LED串的至少一个的电学特性的函数；以及响应于所确定的电学特性的函数控制所提供的可控电源。
在一个实施例中该方法还包括：选择多个LED串的至少一个，确定依据是所选至少一个LED串的电学特性的函数。在另一个实施例中该方法还包括：根据预定标准选择多个LED串的至少一个，确定依据是所选至少一个LED串的电学特性的函数。
在另一个实施例中，该选择包括：从所提供的多个LED串中确定展现出最高电压降、最低电压降、中值电压降和基本平均电压降之一的LED串。在又一个实施例中，该选择包括：从所提供的多个LED串中确定展现出最低电流、最高电流、中值电流和基本平均电流之一的LED串。在再一个实施例中选择是周期性的。
在一个实施例中确定电学特性的函数包括：计算所提供的多个LED串的平均电流和平均电压降。
在一个实施例中该方法还包括：脉宽调制所提供的多个LED串脉冲宽度调制以便保持预定辉度和预定白点两者中的至少一个。较佳地，脉冲宽度调制响应于色彩传感器和光电传感器中的一个。
在另一个实施例中，或独立地，该方法包括：提供热传感器，且如果所提供的热传感器到达预定热条件，则减少所提供的多个LED串的至少一个的脉冲宽度调制的占空比。较佳地，该方法还包括：增大流经至少一个占空比减少的LED串的电流。
在又一个实施例中，或独立地，该方法包括：提供多个电流限制器，每个所提供的电流限制器限制流经所提供的多个LED串的特定一个的电流；提供被安排成输出每个所提供的多个电流限制器上的电压降读数的电压传感器；以及如果所提供的电压传感器的输出指示预定热条件，则减少所提供的多个LED串的至少一个的脉冲宽度调制的占空比。较佳地该方法还包括：增大流经至少一个占空比减少的LED串的电流。
在再一个实施例中，或独立地，该方法包括：提供多个电流限制器，每个所提供的多个电流限制器限制流经所提供的多个LED串的特定一个的电流；提供被安排成输出每个所提供的多个电流限制器上的电压降读数的电压传感器；提供被安排成输出流经每个所提供的多个电流限制器的电流读数的电流传感器；以及如果所提供的电压传感器和所提供的电流传感器的输出指示预定热条件，则减少所提供的多个LED串的至少一个的脉冲宽度调制的占空比。较佳地，该方法还包括：增大流经至少一个占空比减少的LED串的电流。
在另一个实施例中，或独立地，该方法包括：监控脉冲宽度调制；以及如果脉冲宽度调制的占空比超过预定最大值，则增大流经所提供的多个LED串的至少一个的电流；并且减少占空比以便于保持预定辉度和预定白点二者中的至少一个。在又一个实施例中该增大电流是增大预定量。在再一个实施例中该增大电流是增大足够将占空比减小预定量的量。在另一个实施例中该增大电流是增大足够将占空比减小到预定量的量。
在一个实施例中，或独立地，该方法包括：周期性地监控多个LED串的每一个并确定是否有多个LED串的任一个展现出开路状况。较佳地，如果该确定确定了多个LED串之一展现出开路状况，则将余下LED串的至少一个的电流调节预定量以至少部分地补偿呈现开路状况的LED串。更佳地，该方法还包括将所提供的多个LED串安排成矩阵以使得至少部分补偿保持统一的色彩。
通过下面的附图和说明，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
附图简述
为了更好理解本发明以及展示如何实现本发明，现在将仅以附图为例作为参考，附图中相同的参考标号始终指示相同的元件或部件。
现在特别详细地参考附图，需强调所展示的细节仅仅是作为示例且用于对本发明的较佳实施例的说明性讨论的目的，且是为了提供对本发明的原理和概念性部分的最有用的和易于理解的描述而呈现的。在这一方面，没有试图展示比为基本理解本发明所必需的细节更多的本发明的结构细节，结合附图的描述使本领域技术人员能明了如何实施本发明的几种形式。在附图中：
图1示出根据本发明原理的展现用于单种色彩的多个LED串的每一个的独立可控电压源的背光照明***的高级框图；
图2示出根据本发明原理的LED串控制器、多个电流限制器、可控电压源、图1中的背光照明***的单种色彩的多个LED串和色彩传感器的高级功能框图；
图3示出根据本发明原理的图1、2中的LED串控制器在完全运行前测试LED串的操作的高级流程图；
图4示出根据本发明原理的图1、2中的LED串控制器控制可控电压源的电压以便最小化过量功耗同时确保流经同一色彩的每一个LED串的电流平衡，并且还可监控PWM动态范围并在PWM占空比已到达预定最大值时增大流经LED的电流的操作的高级流程图；
图5示出根据本发明原理的图1、2和8中的LED串控制器测量每个LED串失效对色度的影响、计算为补偿该失效所需的电流改变、并储存改变的初始化操作的高级流程图；
图6A示出根据本发明原理的图1、2和8中的LED串控制器周期性地检查每个电流限制器上的电压降和实际流经LED串的电流以便检测短路LED和开路LED串之一，如果检测到短路LED就设置错误标记，根据图5中的储存值调节余下串的电流以补偿开路LED串并重新进入图4的高级流程图以便更新对可控电压源的控制的操作的高级流程图；
图6B示出根据本发明原理的图1、2和8中的LED串控制器周期性地检查每个电流限制器的电压降和实际流经LED串的电流以便检测短路LED和开路LED串其中之一，禁用与所检测到的短路LED相连的LED串，根据图5中的储存值调节余下串的电流以补偿开路或禁用的LED串并重新进入图4的高级流程图以便更新对可控电压源的控制的操作的高级流程图；
图7示出根据本发明原理的将LED串排列成允许通过其它LED串改进补偿失效LED串的矩阵；
图8示出根据本发明原理的LED串控制器、多个电流限制器、可控电压源、多个白光LED串和光电传感器的高级功能框图；
图9示出根据本发明原理的图8的LED串控制器选择特定LED串或LED串的函数以对可控电压源的控制提供反馈，还监控PWM动态范围并当PWM占空比达到预定最大值时增大流经LED的电流的操作的高级流程图；以及
图10示出图2的LED串控制器包含根据本发明原理的内部电流限制器以防止由于内电流限制器功耗引起热过载的操作的高级流程图。
优选实施例的详细描述
本发明实现展现多个LED串的背光照明***。对每种色彩提供可控电压源，该可控电压源向各种色彩的多个LED串供电。在只使用白光LED的实施例中，对多个白光LED串提供单个可控电压源。LED串控制器被安排成可变地控制与每个LED串相关联的电流限制器。该LED串控制器还用于测量每个串的诸如电流之类的电学特性，并把所测得的至少一个LED串的电学特性的预定函数反馈给关联的可控电压源。该可控电压源用于响应于反馈调节其电压输出。在示例性实施例中该LED串控制器选择展现出最高电流的LED串、最低电流的LED串和平均电流的LED串中的一个。
有优势地，本发明的LED串控制器还用于检测LED串的开路失效或LED串的一个或多个LED的短路失效。在一个实施例中该LED串控制器用于调节其它LED串的电流以补偿失效LED串。
本发明的LED串控制器还用于监控LED串的PWM控制的动态范围。如果该PWM控制接近预定最大值，则较佳地通过调节可变电流限制器的设置增大LED串的电流，并且该可控电压源响应以相应地调节其电压输出。在PWM工作时间内增大的电流导致增强的辉度，并重设PWM动态范围。
在本发明的LED串控制器包含内部耗能电流限制器的实施例中，该内部耗能电流限制器通常包含串联排列在每个LED串的路径上的场效应晶体管(FET)，该LED串控制器较佳地接收每个内部FET上的电压降读数和流经FET的电流二者，并与预先设定热限制值比较以确定FET的功耗。如果任一个FET的功耗超过预定值，则该LED串控制器通过脉冲驱动该FET起作用以减少FET的功耗，从而在功耗减少到比预定热限制值少或相等的同时保持一段时间上的平均电流。
在较佳的实施例中还在LED串控制器中设置至少一个内部热传感器，该热传感器被安排成将与LED串控制器受到的热应力有关的信息提供给控制电路。如果一个或多个内部热传感器指示已经超过了总体温度限制，则LED串控制器通过脉冲驱动功耗最大的FET起作用以减少功耗，从而较佳地达到其一段时间的平均值与预先标称值相等的电流。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应该理解本发明不限于这份申请中在以下描述或附图说明中所阐述的构造和部件安排的细节。本发明可应用于其它实施例或可以多种方式来实现以及实施。而且，应该理解此处所用的短语和术语是为描述起见而不应被认为是限制。
图1示出根据本发明原理的展现向单种色彩的多个LED串30的每一个供电的独立可控电压源20的背光照明***10的高级框图。***10还包括：多个电流限制器35，各自包括FET 40和比较器50；LED串控制器60；色彩传感器70；以及多个感测电阻，以R感测表示。连接LED串控制器60以接收色彩传感器70的输出以及控制每个可控电压源20。每个LED串30的第一端和与之相关联的可控电压源20连接，而第二端通过相应的电流限制器35的FET 40和各自的R感测接地。每个FET 40的栅极连接到相应的比较器50的输出端。每个比较器50的第一个输入连接到相应的FET 40和R感测之间的共同点上，而每个比较器50的第二个输入连接到LED串控制器60的相应输出端上。每个比较器50的启用输入端连接到LED串控制器60的相应输出端。LED串控制器60的一个输入端连接到每个电流限制器35的相应FET 40和R感测之间的共同点上，而LED串控制器60的另一个输入端连接到每个电流限制器35的相应LED串30和FET 40之间的共同点上。
在工作中，包括FET 40和比较器50并接收R感测上的电压降的每个电流限制器35被安排作为可控电流限制器，其中电流限制通过相应的LED串控制器60的输出来设置。色彩传感器70用于感测彩色LED串30的输出的色彩平衡即实际白点，以及输出响应于色彩传感器70感受到的红、绿和蓝波长的辉度的信号。每个比较器50的启用输入端被安排成禁用或启用流经相应FET40的电流，从而启用相应LED串30的PWM控制且当电流启用时保持电流恒定。响应于色彩传感器70输出的LED串控制器60用于调节每个相应LED串30的PWM占空比以便保持所需的白点。LED串控制器60被安排成启用对每个FET40和R感测的电压测量以便于启用反馈环路以如下文将描述地控制每个可控电压源20。
在只有一个LED串30被安排连接到特定电流限制器35的实施例中已经对***10进行了说明和描述，然而决不意味着是限制性的。这里明确地包含了使用连接到特定电流限制器的多个LED串30。
有优势地，***10在***中对每个LED串30提供了单独的PWM控制。由于通过调节适当的PWM占空比电流限制器35的动作引起的电流控制的任何不精确可补偿，因此这样的PWM控制允许改良的亮度控制。在非限制例子中，特定R感测的电阻值的不精确可通过调节与特定R感测关联的相应PWM占空比进行补偿。
图2示出根据本发明原理的LED串控制器60、可控电压源20、单种色彩的多个LED串30、各自与相应的LED串30关联的多个电流限制器35、各自与相应的LED串30关联的多个感测电阻R感测、和色彩传感器70的高级功能框图。如以上有关图1所描述的一样，图2的配置例示在使用多种色彩制造白光的整体***中使用单种色彩的多个LED串。每个电流限制器35包括FET 40、比较器50和降压电阻160。LED串控制器60包括其中包含存储器130和PWM功能模块135的控制电路120、多个数模(D/A)转换器140、模数(A/D)转换器150、多个取样和保持(S/H)电路170、热传感器180和多路复用器190。应该理解在不超出本发明范围的情况下，该电流限制器35的全部或部分可被构成在LED串控制器60内部。PWM功能模块135较佳地包含响应于控制电路120用于对流过相应LED串30的电流进行脉冲宽度调制的脉冲宽度调制器。
每个LED串30的第一端连接到可控电压源20的公共输出端。每个LED串30的第二端连接到电流限制器35的位于相应FET 40的漏极的一端以及LED串控制器60的相应S/H电路170的输入端。相应FET 40的源极连接到相应感测电阻R感测的一端，且相应R感测的另一端接地。相应R感测的第一端还连接到相应电流限制器35的相应比较器50的第一输入端以及LED串控制器60的相应S/H电路170的输入端上。每个FET 40的栅极连接到相应比较器50的输出端和相应降压电阻160的第一端。每个降压电阻160的第二端接地。
每个比较器50的第二输入端连接到LED串控制器60的相应D/A转换器140的输出端。每个比较器50的启用输入端连接到与PWM功能模块135相关联的控制电路120的相应输出端。每个D/A转换器140连接到控制电路120的唯一输出端，而每个S/H电路170的输出端连接到多路复用器190的相应输入端。被例示作为模拟多路复用器的多路复用器190的输出端连接到A/D转换器150的输入端，而A/D转换器150的数字化输出端连接到控制电路120的相应输入端。热传感器180的输出端连接到控制电路120的相应输入端，且色彩传感器70的输出端连接到控制电路120的相应输入端。较佳地S/H电路170还连接到控制电路(未示出)以从控制电路120接收定时信号以便在响应于PWM功能模块135的相应PWM周期的传导部分内采样。色彩传感器70与包括多种色彩串的多个彩色LED串30的每一个相关联，其中只例示了单种色彩的多个LED串。
可控电压源20被示为通过控制电路120的输出控制，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，可利用如下文将会描述的多路复用的模拟反馈环路。
在工作中，控制电路120通过操作相应的电流限制器35以使每个LED串30工作，并在一开始将可控电压源20的电压输出设置为最小标称电压，且将每个电流限制器35设置为最小电流设置。通过相应的感测电阻R感测感测流经每个LED串30的电流，再经相应的S/H电路170、多路复用器190和A/D转换器150采样和数字化，并馈送到控制电路120。每个电流限制器35上的电压降经相应的S/H电路170、多路复用器190和A/D转换器150采样和数字化后再馈送到控制电路120。控制电路120选择LED串30中特定的一个或LED串30的函数，并如下文将要描述地响应其电学特性控制可控电压源20的输出。在一个实施例中，选择LED串30以便最小化功耗，在另一个实施例中选择LED串30以便确保每个LED串30中的电流精确匹配，而在再一个实施例中选择该LED串30的函数作为精确匹配的电流和最小化的功耗两者之间的折衷。如下文将要描述地，当相应的电流限制器35的PWM占空系数达到预定最大值时，控制电路120还通过修改PWM功能模块135的PWM占空系数起作用以补偿老化。
控制电路120还通过相应的D/A转换器140将LED串30的电流限制值都设置成相同值。具体地FET 40响应于比较器50确保感测电阻R感测上的电压降与相应的D/A转换器140的输出相等。控制电路120还接收色彩传感器70的输出，并修改彩色串30的PWM占空比以便保持预定白点和/或预定辉度。通过处于控制电路120的PWM功能模块135控制之下的相应比较器50的启用和禁用来运算PWM占空比。
在一个实施例中，控制电路120还输入来自一个或多个热传感器180的温度信息。如果一个或多个热传感器180指示温度已超过预定限制值，则控制电路120工作以减少功耗从而避免热过载。
图8示出根据本发明原理的LED串控制器60、可控电压源20、多个白光LED串210、各自与相应的白光LED串210相关联的多个电流限制器35、各自与相应的白光LED串210相关联的多个感测电阻R感测、以及光电传感器220的高级功能框图。每个电流限制器35包括FET 40、比较器50和降压电阻160。LED串控制器60包括其中包含存储器130和PWM功能模块135的控制电路120、多个数模(D/A)转换器140、模数(A/D)转换器150、多个取样和保持(S/H)电路170、热传感器180和多路复用器190。应该理解在不超出本发明范围的情况下，该电流限制器35的全部或部分可被构成在LED串控制器60内部。PWM功能模块135较佳地包含响应于控制电路120对流过相应的白光LED串210的恒定电流进行脉冲宽度调制的脉冲宽度调制器。
每个白光LED串210的第一端连接到可控电压源20的公共输出端。每个白光LED串210的第二端连接到电流限制器35的位于相应FET 40的漏极的一端以及LED串控制器60的相应S/H电路170的输入端。相应的FET40的源极连接到相应的感测电阻R感测的第一端，且R感测的第二端接地。相应的R感测的第一端还连接到相应电流限制器35的相应比较器50的第一输入端以及LED串控制器60的相应S/H电路170的输入端上。每个FET 40的栅极连接到相应比较器50的输出端和相应降压电阻160的第一端。降压电阻160的第二端接地。
每个比较器50的第二输入端连接到LED串控制器60的相应D/A转换器140的输出端。每个比较器50的启用输入端连接到与PWM功能模块135相关联的控制电路120的相应输出端。每个D/A转换器140连接到控制电路120的唯一输出端，而每个S/H电路170的输出端连接到多路复用器190的相应输入端。被例示为模拟多路复用器的多路复用器190的输出端连接到A/D转换器150的输入端，而A/D转换器150的数字化输出端连接到控制电路120的相应输入端。热传感器180的输出端连接到控制电路120的相应输入端，且光电传感器220的输出端连接到控制电路120的相应输入端。较佳地S/H电路170还连接到控制电路(未示出)以接收来自控制电路120的定时信号以便在响应于PWM功能模块135的相应PWM周期的传导部分内采样。
可控电压源20被示为通过控制电路120的输出控制，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，可利用如下文将会描述的多路复用的模拟反馈环路。
在工作中，控制电路120通过操作相应的电流限制器35以使每个白光LED串210工作，并在一开始将可控电压源20的电压输出设置为最小标称值，且将每个电流限制器35设置为最小电流设置。通过相应的感测电阻R感测感测流经每个LED串30的电流，再经相应的S/H电路170、多路复用器190和A/D转换器150采样和数字化后再馈送给控制电路120。电流限制器35上的电压降经相应的S/H电路170、多路复用器190和A/D转换器150采样和数字化后再提供给控制电路120。控制电路120选择LED串30中的特定一个，并如下文将要描述地响应流经所选择的LED串30的电流控制可控电压源20的输出。在一个实施例中选择该LED串30以便最小化功耗，在另一个实施例中选择该LED串30以便确保每个LED串30中的电流精确匹配，且在再一个实施例中选择该LED串30的函数作为精确匹配的电流和最小化的功耗两者之间的折衷。如下文将要描述地，当相应的电流限制器35的PWM占空系数达到预定最大值时，控制电路120还通过修改PWM功能模块135的PWM占空系数起作用以补偿老化。
控制电路120还通过相应的D/A转换器140将LED串120的电流限制值都设置成相同值。具体地FET 40响应于比较器50确保感测电阻R感测上的电压降等于或少于相应D/A转换器140的输出。控制电路120还接收光电传感器220的输出，并修改白光LED串210的PWM占空比以便保持预定强度。通过处于控制电路120的PWM功能模块135控制之下的相应比较器50的启用和禁用来运算PWM占空比。
在一个实施例中，控制电路20还输入来自一个或多个热传感器180的温度信息。如果一个或多个热传感器180指示温度已超过预定限制值，则控制电路120动作以减少功耗从而避免热过载。
图3示出根据本发明原理的图1、2和8中的LED串控制器60在完全运行前测试相应的LED串30、210的操作的高级流程图。在阶段1000，将电压源设置为初始值并且将每个电流限制器35设置为最小值。因此如果出现短路，则***10被限流而不会被损坏。在阶段1010，LED串计数值i被初始化为0。
在阶段1020，测量每个电流限制器35上的电压降也就是相应FET 40上的电压降，并对串i测量代表流经相应LED串30、210的电流的实际电压降。在阶段1030将输入的值与预先存储的最小安全值比较，从而检查串i是否可以安全地全部启用。例如如果没有检测到电流将会标记一个错误状态。如果测量到感测电阻R感测上的过电流状态，则将会标记短路状态并且如稍后将会描述地LED串i不会被启用。
如果在阶段1030所测得的与LED串i相关的值指示正确工作状态，在阶段1040中检查指数i以判断它是否表示了最后一个LED串。如果指数i不表示最后一个LED串，在阶段1050中该指数i增加且上述阶段1020再次执行。
如果阶段1040中指数i表示最后一个LED串，则如下文将要描述地在阶段1060、多种色彩的实施例中图4的阶段2000，或在白光LED的实施例中图9的阶段6000会针对指示正确操作的值检查所有LED串。如果在阶段1030测得的与LED串i相关的值没有指示正确操作，那么在阶段1070LED串i被禁用且较佳地设置一错误标记。然后执行如上所述的阶段1040。
图4示出根据本发明原理的图1、2中的LED串控制器60控制可控电压源20的电压输出以便最小化过量功耗同时确保流经同一色彩的每一个LED串30的电流平衡，并且还可监控PWM动态范围并在PWM占空比已到达预定最大值时增大流经LED串30的电流的操作的高级流程图。在阶段2000，对每个LED串30输入初始标定电流。在一个示例性实施例中同一色彩的多个LED串30有相同的预定电流。较佳地将初始标定电流值存储在存储器130的非易失部分中。在阶段2010，与每个LED串30相关联的电流限制器35被设置为在阶段2000中输入的标定电流值。
在阶段2020，输入流经每个LED串30实际电流的表示。在一个实施例中，该表示是如上所述的每个LED串的相应R感测上的电压降的数字化测量结果。在另一个实施例中，该表示是如上所述的从FET 40的漏极到每个LED串的接地端的电压降的数字化测量结果。在又一个实施例中该表示是R感测的电压降和从FET漏极到接地的电压二者的二维滤波。在一个实施例中这样的可数字化实现的滤波取n个从FET 40漏极到接地的电压样本，并加上R感测上的电压降的加权测量值。将该加权平均值和指示期望值的参考值相比较。使用加权平均值减少了测量中的噪声。
在阶段2030标识展现在阶段2020输入的最低实际电流的每种色彩的LED串30。如上所述，最低实际电流对应展现出最大电压降的LED串30。在将从漏极到接地的电压用于阶段2020的实施例中，选择最小电压降。应当理解，该最小电压降等同于相应LED串30的最大电压降。
在阶段2040对可控电压源20的反馈环路被设置成感测在阶段2030标识的LED串30的感测电阻R感测。在使用FET 40的漏极到接地的电压或它的滤波部分的实施例中，对可控电压源20的反馈环路被设置到展现最小漏极到接地电压降的FET 40上。
在阶段2050将在阶段2030标识的LED串30的实际电流与阶段2000或下述阶段2120的预先标定电流相比较。如果在阶段2050将在阶段2030中标识的LED串30的实际电流不等于阶段2000或下述阶段2120的预先标定电流，则在阶段2060调节可控电压源20并再次执行阶段2050。从LED串30的实际电流到可控电压源20的反馈环路可以数字地实现或通过模拟电路或二者的混合实现，其中将所测得的实际值与反映预先标定电流的预定参考值比较，并将差值馈送给可控电压源20作为修正。在使用从FET 40的漏极到接地的电压或它的滤波部分的实施例中，反馈环路的参考值是计算得出的，它将提供预先标定值并使电流限制器35正常工作。在不超出本发明范围的情况下可向阶段2050和2060加入滞后量。
如果在阶段2050，在阶段2030中标识的LED串30的实际电流等于阶段2000或下述阶段2120的预先标定值，则在阶段2070测量每个电流限制器35的电压降即FET 40的电压降，并在阶段2080将所测得的电压降存储在存储器130中。如下文中将要描述地方便地利用电压降的突然变化来标识LED串30中的一个或多个LED失效。
如本领域技术人员已知地和在2000年10月3日授权给Pashley的美国专利S/N 6,127,783和2002年8月27日授权给Muthu的美国专利S/N 6,441,558中所描述地，它们的全部内容通过引用整体结合如此，在阶段2090响应于色彩传感器70通过修改每个LED串30的PWM占空比以控制总体辉度和白点。较佳地控制PWM功能模块135的PWM占空比的定时以衡消可控电压源20上的载荷。现有技术示教错开每一串的启动时间以便减少电磁干扰，而本发明更进一步地错开启动时间以便平衡载荷。
在阶段2100监控在阶段2090的操作中使用的PWM动态范围。在阶段2110将阶段2100的动态范围与预定最大值比较。已知由于LED的老化总体辉度减小，且阶段2090通过调节PWM功能模块135的PWM占空比至少部分地补偿老化，以便保持总体辉度同时保持预定白点。阶段2110检测何时PWM占空比增大到预定最大值。在一个实施例中该PWM占空比最大值为95％。如果在阶段2110该PWM占空比没有达到最大值，则如上所述执行阶段2100。
如果在阶段2110任一个LED串的PWM占空比达到预定最大值，则在阶段2120增大预先标定值。在一个实施例中增大PWM占空比已达到最大值的彩色LED串30的电流，而在另一个实施例中增大所有LED串30的电流。因此，在不需要再增大PWM占空比的情况下增大了该LED的辉度。在一个实施例中增大预先标定电流以便将PWM占空比减少为预先标定值。在另一个实施例中将预先标定电流增大预定量。如上所述重新执行阶段2020从而重设可控电压源20的输出使之与新设置的预先标定值一致。
图9示出根据本发明原理的图8的LED串控制器选择特定白光LED串210或该LED串210的函数以对可控电压源20的控制作出反馈，还监控PWM动态范围并当PWM占空比达到预定最大值时增大流经白光LED串210的电流的操作的高级流程图。在阶段6000，对每个白光LED串210输入初始预先标定电流。较佳地将初始预先标定电流值存储在存储器130的非易失部分中。在阶段6010较佳地从主机输入反馈条件(未示出)。
如以上有关图4的方法所描述地，在一个实施例中所选择的反馈条件是最小电流，从而由于电流限制器35的电流限制行为确保流经每个白光LED串210的电流几乎相等。
在另一个实施例中，所选择的反馈条件是最高电流，从而确保图8的***功耗最小，因为可控电压源20的电压输出将响应于最高电流的白光LED串210的较低电压降而被设置在较低的输出上，且电流限制器35将消耗更少能量。应当理解，白光LED串210的平衡会展现出电流比标定值小，因此不会发出与所选择的最高电流的白光1ED串210相同的辉度。在一个实施例中，白光LED串210的面元显示，或更具体地组成白光LED串210的白光LED的面元显示确保辉度差别在容差之内。在另一个实施例中认为对减小功耗的需求比背光源总体辉度的不均匀重要的多。
在另一个实施例中，所选择的反馈条件是平均电流，它可以是以下之一：白光LED串210的中值电流；展现出其电流最接近最大电流白光LED串210和最小电流白光LED串210二者之间的平均电流的白光LED串210；流经白光LED串210的电流的计算平均值。使用平均电流代表在最小功耗和白光LED串210的电流之间的精确平衡二者之间的折衷。
在又一个实施例中，所选择的反馈条件是不同LED串中电流的函数。
在阶段6020，每个白光LED串210的电流限制器35被设置为在阶段6000中输入的预先标定电流值。在阶段6030，输入流经每个白光LED串210的实际电流的表示。在一个实施例中，该表示是如上所述的每个LED串的相应R感测上的电压的数字化测量结果。在另一个实施例中，该表示是如上所述的从FET40的漏极到接地端的电压降的数字化测量结果。在又一个实施例中该表示是R感测的电压降和从FET40的漏极到接地的电压降二者的二维滤波。在一个实施例中这样的可数字化实现的滤波从FET40的电压降中取n个电压样本，并加上R感测上的电压降的加权测量值。将该加权平均值与指示期望值的参考值相比较。使用加权平均值减少了测量中的噪声。
在阶段6040寻找符合阶段6010的反馈条件的白光LED串210。如以上有关阶段6010所描述地，在使用了计算的平均电流的实施例中不实现阶段6040。因此说明阶段6040为可任选。
在阶段6050对可控电压源20的反馈环路被设置为与阶段6010的反馈条件一致并与可任选的阶段6040合作。因此，如果特定的白光LED串210符合反馈条件，则在阶段6040标识的特定白光LED串210的感测电阻R感测上的电压降和该特定白光LED串210的FET 40的漏极到接地电压降二者之一，或它们的滤波混合被设置成反馈回来以控制可控电压源20的电压输出。如上所述在使用诸如计算的平均值之类的电流函数的实施例中，反馈环路被设置为白光LED串210的平均电流的输出。
无论在阶段6040的特定白光LED串210标识与否，在阶段6060中都将反馈条件的实际电流或多个白光LED串210的诸如平均值之类的函数与阶段6000的预先标定电流比较。如果在阶段6040中标识的白光LED串210的实际电流或该多个白光LED串210的函数不等于预先标定电流，则在阶段6070调节可控电压源20并再次执行阶段6060。从特定白光LED串210的实际电流或该多个白光LED串210的函数到可控电压源20的反馈环路可以数字地实现或通过模拟电路或其组合实现，其中将所测得的实际值与等价于预先标定电流的预定参考值比较，并将差值馈送给可控电压源20作为修正。在使用FET 40的漏极到接地的电压或它的滤波部分的实施例中，反馈环路的参考值是计算得出的，它将提供预先标定值并使电流限制器35能正常工作。在不超出本发明范围的情况下可向阶段6060和6070加入所需要的滞后量。
如果在阶段6060，在阶段6040中标识的白光LED串210的实际电流或该多个白光LED串210的函数等于预先标定值，则在阶段6080测量每个电流限制器35上的电压降即FET 40的电压降，并在阶段6090将所测得的电压降存储在存储器130中。如下文中将要描述地有利地利用电压降的突然变化来标识白光LED串210中的一个或多个LED失效。
如本领域技术人员所熟悉地，在阶段6100响应于光电传感器220通过修改每个白光LED串210的PWM占空比控制总体辉度以获得需要的总体辉度。较佳地控制PWM功能模块135的PWM占空比的定时以衡消可控电压源20上的载荷。现有技术示教错开每一串的启动时间以便减少电磁干扰，而本发明更进一步地错开启动时间以便平衡载荷。
在阶段6110监控在阶段6100的操作中使用的PWM动态范围。在阶段6120将在阶段6110中所监控的动态范围与预定最大值比较。已知由于LED的老化总体辉度减小，因而阶段6100通过调节PWM功能模块135的PWM占空比以至少部分地补偿老化，从而保持总体辉度。阶段6120检测何时PWM占空比增大到预定最大值。在一个实施例中该PWM占空比最大值为95％。如上所述如果在阶段6120该PWM占空比没有达到最大值，则执行阶段6110。
如果在阶段6120任何一个白光LED串210的PWM占空比达到预定最大值，则在阶段6130增大预先标定电流。因此，在不需要再增大PWM占空比的条件下增大了该LED的辉度。在一个实施例中增大预先标定电流以便将PWM占空比减少为预先标定值。在另一个实施例中将预先标定电流增大预定量。如上所述再次执行阶段6030从而重设可控电压源20的输出使之与新设置的预先标定值一致。
以上描述了图8的白光LED 210的一个实施例，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，响应于至少一个LED串的电学特性的多个可能的反馈条件同样可应用于图1、2的彩色LED串30。
图5示出根据本发明原理的图1、2和8中的LED串控制器测量LED串失效对色度的影响、计算为补偿该失效所需的电流改变、并储存改变的初始化操作的高级流程图。在一个实施例中执行图5的操作作为制造阶段或校准阶段的一部分。在另一个实施例中对至少一个样品执行图5的操作，而所得的结果用于还未执行图5的操作的多个单元。
在阶段3000通过对每个LED串设置恒定电流获得所需的白点。在一个实施例中为获得所需白点而使用的恒定电流设置是图4的阶段2000或图9的阶段6000的初始预先标定值。应当理解，在诸如图8的LED串210之类的白光LED的实施例中，需要均匀的辉度取代白点。在阶段3010LED串计数值i被初始化为0。
在阶段3020LED串计数值i指示的LED串被禁用。在一个实施例中这通过禁用与LED串i相关联的电流限制器35的比较器50来实现。较佳地禁用来自相应的色彩传感器70、光电传感器220的反馈环路以便防止LED串控制器在阶段3030测量LCD监视器上的色度或辉度效果。在一个实施例中这是在该LCD监视器表面的多个点上测得的。
在阶段3040，计算所需的能成功最小化色彩均匀性偏差的余下LED串的电流改变。较佳地还确定所需的电流改变以便最小化所需白点的偏差。在一个实施例中最小化的偏差带来展现出白点在最初设置的白点的预定范围内的均匀显示。在另一个实施例中最小化的偏差导致显示上的多个白点，显示展现出白点在最初设置的白点的预定范围内，虽然该白点不均匀。可计算为LED串30、210的平衡所需的电流变化，或替换地可使用优化算法。在白光LED串210的一个实施例中，计算所需的能成功最小化辉度均匀性偏差的电流改变。
在阶段3050将在阶段3040中标识的所需电流改变存储在图2的存储器130的非易失部分中。上面描述了将每个LED串所需电流的差别存储起来以便于实现最小化偏差而不考虑标定设置电流，然而决不意味着本发明仅限于此。在一个可替换的实施例中使用了固定的初始标定设置电流，通过阶段3040到3050确定和存储最小化偏差所需的电流值。
在阶段3060检查指数i以明确它是否表示了最后一个LED串30。如果指数i不表示最后一个LED串，则在阶段3070该指数i增加且上述阶段3020再次执行。如果在阶段3060指数i表示最后一个LED串，从而所有的LED串都已被禁用且获得最小偏差的电流改变已被确定识和存储，则在阶段3080中例程终止。
图6A示出根据本发明原理的图1、2和8中的LED串控制器60周期性地检查每个电流限制器35的电压降和实际流经LED串30的电流，以便检测短路LED和开路LED串30之一，如果检测到短路LED就设置错误标记，根据图5中所储存的值调节余下串的电流以补偿开路LED串30并重新进入图4或图9的高级流程图以便更新对可控电压源的控制的操作的高级流程图。
在阶段4000周期性地测量和存储每个电流限制器35的电压降和每个感测电阻R感测的电压降。R感测上的电压降表示了流经相关联的LED串30、210的电流，而每个电流限制器35上的电压降即FET 40上的电压降指示了该电流限制器的状态，也就是表示了电流限制器35上的功耗。在阶段4010将每个电流限制器35上的电压降与根据图4的阶段2080或图9的阶段6090存储在存储器130中的电压降相比较，还将它与以前的通过阶段4000的较早实例存储的值相比较。在阶段4020将每个感测电阻R感测上的电压降与根据预先标定电流和已知R感测的电阻值确定的期望电压降相比较。
在阶段4030分析阶段4010和4020的差别以明确该差别是否指示在特定LED串30、210中有短路LED。例如，在LED串30、210中单个LED的短路会导致与该展现短路LED的LED串30、210相关联的特定电流限制器35上的电压降相比于之前的读数有突然的增大。在阶段4040，如果阶段4010和4020的电压降的差别没有指示在LED串30、210中有短路LED，则分析阶段4010和4020的差别以明确该差别是否指示在特定LED串30、210中有开路LED。在特定LED串30、210内的开路LED导致该LED串30、210失效，其中的感测电阻R感测检测不到电流。
在阶段4050，如果阶段4010和4020的电压降的差别指示在LED串30、210中存在开路LED，则从存储器130中输入先前存储在图5的阶段3050中的除开路LED串30、210之外每个LED串所需的电流变化。在阶段4060，将阶段4050的电流变化被加到每个LED串30、210的预先标定电流中。因此每个LED串的预先标定电流被所存储的变化修改，或在一个可替换的实施例中被设置为各自所储存的补偿值，且彩色LED实施例的图4的阶段2020或白光LED实施例的图9的阶段6030各自被执行，以调节可控电压源20与该已调节的预先标定电流相一致。
在阶段4040，如果阶段4010和4020的电压降的差别没有指示LED串30、210中有开路LED，则执行图4的阶段2020或白光LED实施例的图9的阶段6030，以便于再次确定最小实际电流的串并相应地关闭可控电压源20的反馈环路。
在阶段4030，如果阶段4010和4020的电压降的差别指示在LED串30、210中有短路LED，则在阶段4080设置指示存在短路LED并且指示检测出短路LED的特定LED串30、210的错误标记。分别执行彩色LED实施例的图4的阶段2020，或白光LED实施例的图9的阶段6030以调节可控电压源20使之与已调节的预先标定电流一致。
以上描述了将R感测上的电压降和电流限制器35上的电压降二者都输入和比较的实施例，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，可使用R感测上的电压降和电流限制器35上的电压降二者中的一个，或在单一函数中使用它们二者的组合。
图6B示出根据本发明原理的图1、2和8中的LED串控制器60周期性地检查每个电流限制器35的电压降和实际流经LED串30的电流，以便检测短路LED和开路LED串30、210之一，禁用与检测到的短路LED相关联的LED串30、210，根据图5中的储存值调节余下串的电流以补偿该开路的或被禁用的LED串30、210并分别重新进入图4或图9的高级流程图以便于更新对可控电压源的控制的操作的高级流程图。
在阶段5000周期性地测量和存储每个电流限制器35的电压降和每个感测电阻R感测的电压降。R感测上的电压降表示了流经相关联的LED串30、210的电流，而每个电流限制器35上的电压降即FET 40上的电压降指示了该电流限制器的状态，也就是表示了电流限制器35上的功耗。在阶段5010，将每个电流限制器35上的电压降与根据图4的阶段2080或图9的阶段6080存储在存储器130中的电压降相比较，还将它与先前的通过阶段5000的更早实例存储的值相比较。在阶段5020将每个感测电阻R感测上的电压降与根据预先标定电流和已知R感测的电阻值确定的期望电压降相比较。
在阶段5030，分析阶段5010和5020的差别以明确该差别是否指示在特定LED串30、210中有短路LED。例如，在LED串30、210中单个LED的短路会导致与该展现短路LED的LED串30、210相关联的特定电流限制器35上的电压降相比于之前的读数有突然的增大。在阶段5010，如果阶段5020和5040的电压降的差别没有指示在LED串30、210中有短路LED，则分析阶段5010和5020的差别以明确差别是否指示在特定LED串30、210中有开路LED。在特定LED串30、210内的开路LED导致该LED串30、210失效，其中感测电阻R感测检测不到电流。
在阶段5050，如果阶段5010和5020的电压降的差别指示在LED串30中存在开路LED，则从存储器130中输入以前存储在图5的阶段3050中的除开路LED串30、210之外每个LED串所需的电流变化。在阶段5060，将阶段5050的电流变化加到每个LED串30、210的预先标定电流中。因此每个LED串的预先标定电流被所存储的变化修改，或在一个可替换的实施例中被设置为各个所储存的补偿值，且图4的阶段2020或图9的阶段6030分别被执行，以调节可控电压源20与该已调节的预先标定电流相一致。
在阶段5040，如果阶段5010和5020的电压降差别没有指示LED串30、210中有开路LED，则分别执行图4的阶段2020或图9的阶段6030，以便于再次确定最低实际电流的串并相应地关闭可控电压源20的反馈环路。
在阶段5030，如果阶段5010和5020的电压降的差别指示在LED串30中有短路LED，则在阶段5080设置指示存在短路LED并且指示检测出短路LED的特定LED串30、210的错误标记。在阶段5090，禁用其中已检测出短路LED的LED串30、210。在一个示例性的实施例中，在阶段5080中设置的标记用于禁用与有短路LED的LED串30、210相关联的电流限制器35的比较器50。然后执行如上所述的阶段5050以补偿被禁用的LED串30、210。
以上描述了将R感测上的电压降和电流限制器35上的电压降二者都输入和比较，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，可使用R感测上的电压降和电流限制器35上的电压降二者中的一个，或在单一函数中使用它们二者的组合。
在不超出本发明范围的情况下，图5和图6B的方法可在包括白光LED的实施例中实现，其中对每个串计算补偿以便产生均匀白背光；或者在一实施例中展现多种色彩产生混合白光。
图7示出根据本发明原理的将LED串排列成允许通过其它LED串30改进补偿失效LED串30的矩阵。图7被示为有3行平行的彩色LED串的没有LCD的散射体的直接背光源的前视图，然而决不意味着本发明仅限于此，而且如通过引用其全部内容整体结合于此的2006年5月9日出版的Chou等人的申请公布号为US2006/0050529A1的美国专利申请中所述地，本发明的原理可等等应用于非直接背光源或在环带或底板中安装的背光源。图7被示为有3个蓝光LED串、3个红光LED串和3个绿光LED串，其中蓝光LED通过开圆表示，红光LED通过斜线圆圈表示，绿光LED通过阴影圆圈表示。为了简单起见并阐明根据本发明原理的独特连接矩阵，绿光和红光LED的连接模式没有示出。
示出了在3个LED串中的每一个蓝光LED的连接，该连接使得对于特定蓝光LED串中每一个蓝光LED，其相邻的蓝光LED属于不同的串。因此，如果其中一个蓝光LED串失效，则可增大剩下的蓝光LED串的辉度以补偿失效蓝光LED而不会展现不可接受的白点损失或局部变色。以上描述了需要对剩下的蓝光LED串增大电流，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，还会需要对红光和绿光LED串的预先标定电流进行修改。
相似地，(未示出)在3个LED串中每个红光LED之间的连接使得对于特定红光LED串中每一个红光LED，其相邻的红光LED属于不同的串。因此，如果其中一个红光LED串失效，则可增大剩下的红光LED串的辉度以补偿失效红光LED而不会展现不可接受的白点损失或局部变色。以上描述了需要对剩下的红光LED串增大电流，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，还会需要对蓝光和绿光LED串的预先标定电流进行修改。
相似地，(未示出)在3个LED串中每个绿光LED之间的连接使得对于特定绿光LED串中每一个绿光LED，其相邻的绿光LED属于不同的串。因此，如果其中一个绿光LED串失效，则可增大剩下的绿光LED串的辉度以补偿失效绿光LED而不会展现不可接受的白点损失或局部变色。以上描述了需要对剩下的绿光LED串增大电流，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，还会需要对蓝光和红光LED串的预先标定电流进行修改。
以上描述了使用多个可控电压源，并控制相应的电压以便最小化功耗，然而决不意味着本发明仅限于此。在不超出本发明范围的情况下，在一个可替换的实施例中在可控电压源的位置提供了有足够电压的可控电流源。
图10示出根据本发明原理的图2、8的LED串控制器包含内部电流限制器以防止由于内电流限制器热消耗引起的热过载的操作的高级流程图。在阶段7000，将电压源设置为初始值。较佳地初始值是标定范围内的最高值。在阶段7010，输入流经每个白光LED串30、210的实际电流的表示。在阶段7020，从LED串30、210中找出最低实际电流。应当理解，最低实际电流是从共享同一个电压源的LED串30、210中找出的。
在阶段7030，将阶段2020的最低实际电流与预先标定值比较。如果最低实际电流比预先标定电流大，则在阶段7040减少可控电压源20的输出并再次执行如上所述的阶段7010。在一个实施例中在阶段7040将该电压减少预定幅度，在另一个实施例中将在阶段7030中找出的最低电流的电压表示的反馈馈送回去。
如果在阶段7030最低实际电流不大于预先标定值，则如关于阶段7030所描述地，在阶段7050通过内部电流限制器35的操作将所有LED串的电流设置为预先标定值。在阶段7060输入每个内部电流限制器35上的电压降，而在阶段7070用在阶段7060中输入的值计算每个内部电流限制器35上的功耗。在一个实施例中，如以上关于阶段7010所描述地再次输入流经该内部电流限制器35的电流以供在计算中使用，而在另一个实施例中在计算中使用在阶段7050中设置的值。
在阶段7080，将在阶段7070中计算所得的每个内部电流限制器35的功耗与预定热限制值相比较。如果任何一个内部电流限制器35的功耗超过预定限制值，则在阶段7090减少内部电流限制器35的占空比。在一个实施例中要使用的占空比被直接计算成使功耗减少到比预定限制值小，在另一个实施例中直接将该占空比减少预定幅度。然后执行如上所述的阶段7060。
如果在阶段7080内部电流限制器35的功耗没有超过预定限制值，则在阶段7100接收来自热传感器180的输入。在阶段7110将在阶段7100中接收的输入与预定温度最大值比较。如果来自热传感器180的温度输入在预定限制值范围内，则再次执行阶段7060。如果来自热传感器的温度输入不在预定限制值范围内，则执行如上所述的阶段7090。
因此本实施例实现展现多个LED串的背光照明***。对每种色彩提供可控电压源，该可控电压源对各种色彩的多个LED串供电。在只使用白光LED的实施例中，对多个白光LED串提供单个可控电压源。LED串控制器被安排成可变地控制与每个LED串相关联的电流限制器。该LED串控制器还用于测量每个串的诸如电流之类的电学特性，并将所测得的至少一个LED串的电学特性的预定函数反馈给关联的可控电压源。该可控电压源用于响应于反馈调节其电压输出。在示例性实施例中该LED串控制器选择展现出最高电流的LED串、最低电流的LED串和平均电流的LED串中的一个。
有优势地，本发明的LED串控制器还用于检测LED串的开路失效或LED串的一个或多个LED的短路失效。在一个实施例中该LED串控制器用于调节其它LED串的电流以补偿失效LED串。
本发明的LED串控制器还用于监控LED串的PWM控制的动态范围。如果该PWM控制达到预定最大值，则较佳地通过调节可变电流限制器的设置增大LED串的电流，并且该可控电压源响应以相应地调节其电压输出。在PWM工作时间内电流增大导致辉度增强，并重设PWM动态范围。
在本发明的LED串控制器包含内部耗能电流限制器的实施例中，该内部耗能电流限制器通常包含串联排列在每个LED串的路径上的场效应晶体管(FET)，该LED串控制器较佳地接收每个内部FET上的电压降读数和流经FET的电流二者，并与预先设定热限制值比较以确定FET的功耗。如果任一个FET的功耗超过预定值，则该LED串控制器通过脉冲驱动该FET以减少FET的功耗，从而在功耗减少到比预定热限制值少或相等的同时保持一段时间上的平均电流。
在较佳的实施例中还在LED串控制器中设置至少一个内部热传感器，该热传感器被安排成将与LED串控制器受到的热应力有关的信息提供给控制电路。如果一个或多个内部热传感器指示已经超过了总体温度限制，则LED串控制器通过脉冲驱动功耗最大的FET起作用以减少功耗，从而较佳地达到其一段时间的平均值与预先标称值相等的电流。
可以理解，在独立实施例的上下文中，为了清楚起见所描述的本发明的特定特征也可组合地在一个单独的实施例中提供。相反，为了简明起见在单个实施例的上下文中所描述的本发明的许多特征也可单独在任何合适的子组合中提供。
除非另外定义，这里使用的所有技术和科学术语的意思与本发明领域普通技术人员所共知的一样。尽管可以在本发明的实践和实验中使用相似或等同于这里描述的方法，这里描述了适用的方法。
此处涉及的所有出版物、专利申请、专利、和其它参考文献通过引用整体结合于此。如果发生冲突，以包括定义的专利说明书为准。而且材料、方法和例子仅仅是说明性的，不是起限制的作用。
本领域技术人员可以理解，本发明不限于在上文中具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围通过所附权利要求书来限定，且本发明的范围包含了上文描述的多个特征的组合和子组合以及本领域技术人员通过阅读上述描述能够想到的以及不在现有技术中的它们的变化和修改。

Claims (49)

1.一种用于供电和控制LED背光的***，所述***包括：
控制器；
响应于所述控制器的可控电源；以及
从所述可控电源接收电力的多个LED串，
所述控制器用于响应于至少一个所述LED串的电学特性的函数来控制所述可控电源的输出电压。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述多个串中的至少一个可由所述控制器选择。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述多个串中的至少一个可根据预定标准由所述控制器选择。
4.如权利要求2或3所述的***，其特征在于，所述控制器用于从多个LED串中确定展现出最高电压降、最低电压降、中值电压降和基本平均电压降之一的LED串，对应于所确定的LED串的至少一个LED串可被选择。
5.如权利要求2或3所述的***，其特征在于，所述控制器用于从多个LED串中确定展现出最低电流、最高电流、中值电流和基本平均电流之一的LED串，对应于所确定的LED串的至少一个LED串可被选择。
6.如权利要求1至5的任一项所述的***，其特征在于，所述控制器用于周期性地选择所述多个LED串的至少一个可选择的串。
7.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制器用于计算多个LED串的平均电流和平均电压降二者之一，所述函数对应于所述平均电流和平均电压降之一。
8.如权利要求1至7的任一项所述的***，其特征在于，所述控制器包含用于输入所述电学特性的模数转换器。
9.如权利要求1至8的任一项所述的***，还包括响应于所述控制器的多个电流限制器，所述多个电流限制器的每一个与所述多个LED串的特定一个相关联，并被安排成限制流过该LED串的电流。
10.如权利要求9所述的***，其特征在于，所述多个电流限制器的每一个包含场效应晶体管和比较器，所述比较器可在操作上连接到所述场效应晶体管的栅极。
11.如权利要求9或10所述的***，其特征在于，所述多个电流限制器被安排成响应于所述控制器输出将电流限制为一值。
12.如权利要求9至11的任一项所述的***，其特征在于，所述控制器还包括可用来与每一个所述电流限制器通信并用于控制每一个所述LED串的占空比的脉冲宽度调制器功能模块。
13.如权利要求12所述的***，还包括响应于所述多个电流限制器的至少一个的热传感器，且其中所述控制器用于响应于热传感器在出现预定的热条件时减少所述多个LED串的至少一个的占空比。
14.如权利要求13所述的***，其特征在于，所述控制器还用于增大所述至少一个所述LED串的电流限制值以补偿所述减少了的占空比。
15.如权利要求12所述的***，还包括被安排成输出每个所述电流限制器的电压降读数的电压传感器，其中所述控制器用于响应于电压传感器，在电压传感器的输出表现出预定热条件时减少至少一个所述LED串的占空比。
16.如权利要求15所述的***，其特征在于，所述控制器还用于增大至少一个所述LED串的电流限制值以补偿所述减少了的占空比。
17.如权利要求12所述的***，还包括被安排成输出每个电流限制器的电压降读数的电压传感器，和被安排成输出流经每个电流限制器的电流读数的电流传感器，其中所述控制器用于响应于所述电压传感器和所述电流传感器，在所述电压传感器和所述电流传感器的输出表现出预定热条件时减少至少一个所述LED串的占空比。
18.如权利要求17所述的***，其特征在于，所述控制器还用于增大至少一个所述LED串的电流限制值以补偿所述减少了的占空比。
19.如权利要求1至8的任一项所述的***，其特征在于，所述控制器还包括用于控制所述多个LED串的每一个的占空比的脉冲宽度调制器功能模块。
20.如权利要求1至8的任一项所述的***，还包括响应于所述控制器的多个电流限制器，所述多个电流限制器的每一个与所述多个LED串的特定一个相关联且被安排成限制流经该处的电流，且其中所述控制器还用于：
监控所述脉冲宽度调制器功能模块，并且
在所述脉冲宽度调制器功能模块的占空比超过预定最大值时调节至少一个可控电流限制器的电流以便减少脉冲宽度控制器功能的占空比同时保持预定辉度。
21.如权利要求20所述的***，其特征在于，将至少一个所述可控电流限制器的电流调节预定量。
22.如权利要求20或21所述的***，其特征在于，所述电流被调节且所述脉冲宽度调制器的占空比被减小以便保持预定辉度，同时将最大占空比减小为预定值。
23.如权利要求20或21所述的***，其特征在于，所述电流被调节且所述脉冲宽度调制器的占空比被减小以便保持预定辉度，同时将最大占空比减小预定量。
24.如权利要求1至23的任一项所述的***，其特征在于，所述LED串控制器还用于监控每一个所述LED串的电学特性，并响应于所监控的电学特性确定是否有任何一个LED串呈现出开路状况。
25.如权利要求24所述的***，其特征在于，响应于所确定的开路状况，所述LED串控制器还用于将余下LED串的至少一个的电流调节预定量以至少部分地补偿所确定的开路状况。
26.如权利要求25所述的***，其特征在于，所述多个LED串被安排成矩阵中以使所述部分补偿至少保持基本统一的色彩。
27.如权利要求1至25的任一项所述的***，其特征在于，所述多个LED串各自由白光LED组成。
28.一种供电和控制LED背光源的方法，包括：
提供可控电源；
提供被安排成并联从所提供的可控电源接收电力的多个LED串；
确定至少一个所述LED串的电学特性的函数；以及
响应于所确定的电学特性的函数控制所提供的可控电源。
29.如权利要求28所述的方法，还包括：
选择所述多个LED串的至少一个，所述确定依据是所述所选的至少一个LED串的所述电学特性的函数。
30.如权利要求28所述的方法，还包括：
根据预定标准选择所述多个LED串的至少一个，所述确定依据是所述所选的至少一个LED串的所述电学特性的函数。
31.如权利要求29或30所述的方法，其特征在于，所述选择包括：
从所述提供的多个LED串中确定展现出最高电压降、最低电压降、中值电压降和基本平均电压降之一的LED串。
32.如权利要求29或30所述的方法，其特征在于，所述选择包括：
从所述提供的多个LED串中确定展现出最低电流、最高电流、中值电流和基本平均电流之一的LED串。
33.如权利要求29至32的任一项所述的方法，其特征在于，所述选择是周期性的。
34.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述测定电学特性的函数包括：
计算所述提供的多个LED串的平均电流和平均电压降。
35.如权利要求28至34的任一项所述的方法，还包括：
对所述提供的多个LED串进行脉冲宽度调制以便保持预定辉度和预定白场两者中的至少一个。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述脉冲宽度调制响应于色彩传感器和光电传感器中的一个。
37.如权利要求35或36所述的方法，还包括：
提供热传感器，且
如果所述提供的热传感器达到预定热条件，则减少所述提供的多个LED串的至少一个的所述脉冲宽度调制的占空比。
38.如权利要求37所述的方法，还包括：
增大流经所述至少一个所述占空比减少的LED串的电流。
39.如权利要求35或36所述的方法，还包括：
提供多个电流限制器，所述提供的多个电流限制器的每一个限制流经所述提供的多个LED串的特定一个的电流；
提供被安排成输出所述提供的多个电流限制器的每一个的电压降读数的电压传感器；以及
当所提供的电压传感器的输出指示预定热条件时，减少所述提供的多个LED串的至少一个的所述脉冲宽度调制的占空比。
40.如权利要求39所述的方法，还包括：
增大流经所述占空比减少的所述至少一个LED串的电流。
41.如权利要求35或36所述的方法，还包括：
提供多个电流限制器，所述提供的多个电流限制器的每一个限制流经所述提供的多个LED串的特定一个的电流；
提供被安排成输出所述提供的多个电流限制器的每一个的电压降读数的电压传感器；
提供被安排成输出流经每一个所述提供的电流限制器的电流读数的电流传感器；以及
如果所述提供的电压传感器和所述提供的电流传感器的输出指示预定热条件，则减少所述提供的多个LED串的至少一个的所述脉冲宽度调制的占空比。
42.如权利要求41所述的方法，还包括：
增大流经所述占空比减少的所述至少一个LED串的电流。
43.如权利要求35或36中所述的方法，还包括：
监控脉冲宽度调制；以及
如果所述脉冲宽度调制的占空比超过预定最大值，则增大流经所述提供的多个LED串的至少一个的电流；以及
减少所述占空比以便于保持预定辉度和预定白场二者中的至少一个。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述增大电流是增大预定量。
45.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述增大电流是增大足够将所述占空比减小预定量的量。
46.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述增大电流是增大足够将所述占空比减小为预定量的量。
47.如权利要求28至46的任一项所述的方法，还包括周期性地监控所述提供的多个LED串的每一个，并确定所述提供的多个LED串是否有任一个展现出开路情况。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，当所述确定确定了所述多个LED串之一展现开路状况时，将余下LED串的至少一个的电流调节预定量以至少部分地补偿所述展现开路情况的LED串。
49.如权利要求48所述的方法，还包括将所提供的多个LED串安排成矩阵以使部分补偿至少保持统一的色彩。
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