CN101637065A - 用于诸如led、oled或激光二极管之类的负载的驱动器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于驱动诸如LED、OLED或激光二极管设备L之类的负载的驱动器电路10。开关变换器12具有开关元件M1和电抗元件L1、C1，以便通过对所述开关元件M1的顺序开关操作来提供输出开关电压V1。所述负载L被连接到所述输出开关电压。线性电流驱动器电路14被连接到所述负载L，并且包括放大元件Q1和具有电流控制输入VL，set、IB的反馈电路R1、22。为了使得所述电路易于使用，为控制单元16、116、216提供对应于所述线性电流驱动器14处的电流或电压的感测输入VL，1、VL，2。微控制器30、130、230执行控制程序，以便处理所述感测输入并且根据设定电流值Iset提供电流控制输出VL，set、IB和开关控制输出V1，set。

Description

用于诸如LED、OLED或激光二极管之类的负载的驱动器电路
技术领域
本发明涉及用于诸如LED、OLED或激光二极管之类的负载的驱动器电路，以及一种用于操作一个或更多个这种负载的方法。
背景技术
现在发光二极管(LED)被用于多种照明和显示器应用，在所述应用中，由于发光二极管具有诸如高能量效率和长操作寿命之类的显著优点，因此其与传统的灯相比是更为优选的。一种特殊类型的LED是有机发光二极管(OLED)。本发明所针对的另一种类型的电负载是激光设备。
在针对用于诸如LED、OLED和激光二极管之类的负载的驱动器电路的要求方面，这些电负载需要非常精确的接通电流。在一些应用中，按照脉冲方式来驱动照明单元。因此对于所述驱动器电路来说非常重要的是能够提供具有精确的接通电流、最小脉冲失真、较短的上升和下落时间以及低过冲的电流脉冲。
在许多照明和显示器应用中，利用脉冲模式来操作负载。举例来说，这可以被用来通过诸如PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)之类的技术来控制亮度。如果开关频率足够高，则人眼将对所述亮度进行积分并且感知到平均亮度。
此外，在具有顺序颜色呈现的显示器应用中也可以使用脉冲。为了使用诸如DMD(数字微镜设备)或DLP(数字光处理)之类的单色光调制设备来显示彩色图像，所述设备被顺序地用于不同颜色的光。在这种情况下，所述光可以由利用短脉冲顺序地驱动的LED、OLED或激光二极管来提供。
用于驱动这种负载的已知的电路一方面包括线性模式驱动电路。这种线性模式驱动电路对于本领域技术人员来说是已知的，并且可以按照许多不同方式来实现。线性电流驱动器包括放大元件(比如运算放大器、晶体管、MOSFET或其他相应组件)和电流感测装置，其中所述电流感测装置用于感测流经所述驱动器的电流并且控制所述放大元件，从而实现具有反馈的模拟控制。
线性电流驱动器可以被设计成具有优越的动态行为的优点，但是已经知道其会引入高损耗。
另一种已知类型的驱动电流是开关变换器。这种变换器包括至少一个开关元件和一个电抗元件(比如电感或电容，或者全部二者)。通过所述开关元件的顺序开关操作生成输出电压。通过修改占空比，可以控制所述输出。已经知道开关变换器具有高效率，但是其动态行为受到限制。
在US 2006/0108933中，通过开关变换器和线性电流驱动器的组合来驱动LED。DC-DC变换器输出直流电压，以用于为并联连接的两个LED串馈电。每一串包括串联连接的恒定电流电路。每一个恒定电流电路接收一个控制信号，并且相应地控制LED电流。一个模拟反馈电路把对应于每一个LED串的反馈电压进行比较，并且使用二者当中较低的一个作为去到所述DC-DC变换器的反馈电压。所述变换器把所述反馈电压与内部参考电压进行比较，并且相应地调节其输出电压。
本发明的一个目的是提供一种非常适用于所提到的负载的驱动器电路和操作方法，其特别对于脉冲应用提供降低的损耗和精确的控制，并且易于使用。
所述目的是通过根据权利要求1的驱动器电路和根据权利要求10的操作方法来实现的。各从属权利要求涉及本发明的优选实施例。
发明内容
本发明的驱动器电路一方面包括开关变换器，其通过对开关元件的顺序开关操作生成开关输出电压。提供用于把诸如一个或多个LED、OLED或激光二极管设备之类的负载连接到所述输出电压的端子。另一方面，所述驱动器电路包括与所述端子(连接在该处的负载)串联连接的线性电流驱动器。因此，通过所述开关变换器和所述线性电流驱动器为所述负载串联供电。
全部两个所述元件都接受控制输入。所述开关变换器具有开关控制输入。通过在所述开关控制输入处提供的不同信号来修改所提供的输出电压。所述开关控制输入可以是直接开关信息，即所述(多个)开关元件的特定接通/关断状态，或者可以是诸如参考电压或控制偏移量之类的模拟信号。所述线性电流驱动器接受电流控制输入，所述电流控制输入优选地是作为模拟电流或电压信号而被提供得，其决定由所述驱动器所控制的驱动电流。
根据本发明，提供控制单元，其包括至少一个感测输入和至少两个控制输出，即用于控制所述开关变换器的开关控制输出和用于控制所述线性电流驱动器的电流控制输出。所述控制单元包括用来执行控制程序的可编程控制装置。所述程序和本发明的方法用来驱动所述电路的各组件，以便提供流经连接在所述端子处的负载的对应于设定电流值的电流。为了实现这一点，对所述感测输入进行处理，并且确定所期望的开关输出电压和所期望的驱动电流。
所述可编程控制装置可以是适于执行相应的控制程序的任何类型的设备。具体的例子包括微处理器、信号处理器或者最为优选的是包括中央处理单元和附加的***组件(比如输入、输出、存储器等等)的微控制器。
由所述程序所处理的所述感测输入至少包括对应于所述线性电流驱动器处的电气值(电流和/或电压)的感测输入。该感测输入可以包括感测流经所述驱动器的电流(例如作为相关的电压信号)，但是优选地还包含关于所述线性电流驱动器内的放大元件的电压信息。
根据本发明的电路在根据所述设定电流值获得负载电流方面提供了很高的灵活性。所述驱动器电路从外部仅仅需要所提供的设定电流值。所述微控制器负责对于每一个操作状态提供针对所述两个元件的相应的控制，所述两个元件即所述开关变换器和所述线性电流驱动器。这两个元件的组合允许同时受益于所述线性电流驱动器的优越的动态属性以及所述开关变换器处的降低的损耗。此外，对所述电路的外部控制仍然非常容易。
可以明显看出，本发明的设备和方法非常适于驱动具有电流脉冲的负载。
在一个优选实施例中，所述设定电流值不是恒定的，而是随着时间改变。特别对于脉冲来说将有改变部分，其中所述值将随时间改变(实际上对于脉冲应用来说，所述改变部分将极短，即对应于所述脉冲信号的上升和下降沿)。此外还将有稳定部分，其中所述设定电流值将保持恒定，或者至少基本上保持恒定(这可以被理解为意味着不超过+/-20％的变化，优选地不超过+/-5％)。应当注意到，在许多应用中可以预先得到关于所述脉冲的定时和/或高度的信息，例如在周期性脉冲信号的情况下就是如此。可以按照不同的形式从外部提供关于所述设定电流值的周期性的信息，或者可以由所述程序按照自学习的方式采集所述信息。
其中一个优选实施例涉及所述稳定部分内的控制。在这里，在所述稳定部分的至少一部分期间(优选地是中心部分，即不直接与改变部分交界)，实施控制以便最小化所述线性电流驱动器上的电压。这是由于如果所述线性电流驱动器实际上通过增大所述放大元件处的电压降而限制所述负载电流，则其会引入高损耗。虽然在短时间内可以容忍这种损耗，例如在所述改变部分内或者在其之前和/或之后的有限时间段内，但是长期来说应当最小化所述损耗。因此，通过最小化所述线性电流驱动器上的电压降将会大大限制所述损耗。但是在执行最小化时优选地保持所述电压的下限值(最小阈值)，从而允许所述线性电流驱动器仍然操作在其线性范围内。这种控制行为是通过相应的控制程序来实现的。正如下面将关于各优选实施例所进一步解释的那样，优选地可以计算所述最小阈值，从而保持用于操作所述线性电流驱动器内的放大元件的最小电压。因此可以根据所述负载电流来计算所述最小阈值。可替换地，还有可能确定对应于所述最小阈值的固定值，并且把该值存储在所述控制装置中，或者使得该值可以为所述控制装置所访问。
根据另一个优选实施例，所述设定电流值具有如上所述的改变部分和稳定部分，其中实施控制以便至少紧接在改变部分之前提供更高的期望开关输出电压。因此，例如在所述改变部分之前并且可选地也在所述改变部分之后(优选地在其之后不久)，所期望的开关输出电压将低于在包括所述改变部分以及紧接在其之前的时间的时间段内的情况。所述开关输出电压的这一升高考虑到了无法瞬时升高所述开关输出电压这一事实。由于所述电抗元件(例如所述开关变换器的输出电容器)需要被充电，因此所述开关变换器需要一些时间来升高所述电压。因此，为了在改变部分中就提供所期望的电压值，由所述控制程序预先启动所述改变。当然，在这种情况下将需要可用于所述微控制器的关于即将到来的改变部分的信息。但是如果根据已知的脉冲模式改变所述设定电流值的话，则这一条件常常将得到满足。举例来说，可以从外部把所述脉冲模式作为数字信号提供给所述控制装置。此外，对于许多应用来说，所述脉冲模式可以至少大致是周期性的(从而预先已知脉冲定时和至少近似的脉冲高度)。可以通过外部接口处的信号来指示所述周期性，或者可以通过控制装置内的特殊程序来识别所述周期性。最为优选的是，与指示周期性重复的脉冲模式的每一个起始的触发信号一起提供所述模式。
应当注意到，在即将到来的改变部分之前实施的所述开关输出电压的升高本身对于所述负载没有显著影响。这是因为所述负载仍然受到所述线性电流驱动器的单独控制。在这种情况下所提供的电功率的多余部分作为所述线性电流驱动器中的损耗被吸收。但是按照这种方式可以完全利用所述线性电流驱动器的动态属性。
虽然上述内容对于其中所述设定电流值在所述改变部分内减小的改变情况也是成立的，但是其特别适用于其间所述设定电流值升高的改变部分。例如在脉冲应用中，如果所述设定电流值升高并且其后在随后的稳定部分中保持恒定，则所述控制程序可以在所述改变部分之前及其期间提供较高的期望开关输出电压，从而例如对输出电容器充电，并且所述线性电流驱动器对于所述较高的设定电流值也可以操作在线性范围内。随后，在所述稳定部分内(至少在所述稳定部分的靠后的一部分期间)，如上所述地再次降低所期望的输出开关值，以便限制所述线性电流驱动器中的损耗。
根据本发明的另一个优选实施例，所述控制单元包括存储装置以用于存储多个所期望的开关输出电压值和所期望的驱动电流值。所述存储装置可以被提供在所述可编程控制装置(例如微控制器)的内部或外部，并且可以包括任何类型的数字存储装置。优选地在所述微控制器内，对于快速存取来说特别优选的是RAM存储。该存储被所述程序使用来对于给定的设定电流值确定适当的所期望的开关输出值。
可以利用预定值对所述存储装置进行预先编程。但是根据另一个优选实施例，优选地是令所述程序存储在控制期间确定的值。此外优选的是在控制期间仅仅把所存储的值用作起始值，并且通过后续的闭环控制来确定适当的值。随后可以把如此给出的值存储在所述存储装置中以便更新先前的值。这样，所述存储总是保持被更新，从而可以补偿所述驱动电路和/或所述负载中的任何改变。
根据另一个优选实施例，提供多条支路。所述各条支路并联连接到输出，从而可以通过仅仅一个开关变换器来驱动所有各条支路，并且使其具有公共开关输出电压。每一条支路具有至少一个用于连接负载的端子，所述负载比如是LED、OLED或激光二极管设备。
虽然对于所述多条支路仅有一个开关变换器，但是每一条支路具有串联连接到所述端子的单独的线性电流驱动器电路。此外，在每一条所述支路中有单独的感测输入。相应地，所述控制单元将具有对应于来自每一条所述支路的感测输入的(直接的或多路复用的)输入端子。这样就可以通过部件数目很少的电路有效地驱动多个负载，其中对于多个负载使用仅仅一个开关变换器和仅仅一个具有微控制器的控制单元。可以连接任意数目的负载，比如2个、3个或更多。所述负载可以被同时驱动，但是对于某些应用(比如投影应用中的顺序颜色呈现)优选地顺序驱动所述负载。
在将同时驱动多条支路的情况下，所述控制程序优选地根据各单独支路的线性电流驱动器处的最小测量电压值来确定所期望的开关输出电压。随后通过每一条支路中的线性电流驱动器来控制各单独负载。
附图说明
通过下面对优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得显而易见。
图1示出了根据本发明的第一实施例的驱动器电路的电路图；
图2示出了根据本发明的第二实施例的驱动器电路的电路图；
图3的时序图按照示意性的形式示出了对应于第一操作模式的图1中的电流和电压；
图4的时序图按照示意性的形式示出了对应于第二操作模式的图1中的电流和电压；
图5示出了图1、图2的电路内的微控制器的示意图；
图6示出了根据本发明的第三实施例的驱动器电路的电路图；
图7的时序图示出了一个投影***实例中的图6中的电流和电压的测量值。
具体实施方式
图1示出了连接到负载L的驱动器电路10的电路图。
在所示出的实例中，所述负载L是LED负载，其在本例中是LED1、LED2、LED3、LED4四个LED的串联。可以明显看出，所述驱动器电路10可以替换地被使用来驱动其他设备，特别是诸如OLED或激光二极管设备之类的发光设备。本领域技术人员可以很容易认识到如何把其他设备连接到所述驱动器电路10。
所述驱动器电路10包括开关变换器12、线性电流驱动器14和控制单元16。所述开关变换器12提供开关输出电压V1。所述负载L和所述线性电流驱动器14串联连接到所述输出V1。所述控制单元16接收指示用于操作所述负载L的所期望的电流的设定值Iset。所述控制单元16驱动所述驱动器电路10的组件12、14，以便得到尽可能紧随Iset的负载电流I2。
所述开关变换器12包括开关控制器20，其例如可以是可从LinearTech-nologies获得的LT1765型集成开关控制器。所述开关控制器包括开关元件M1，其可以根据在输入FB in处接收到的反馈信号而被接通及关断。所述开关变换器还包括二极管D1、串联电感L1和输出电容C1。
在图1中所示出的实例中，所述串联电感L1具有22μH的感应率，并且所述输出电容C1是100μF的电解电容器。本领域技术人员将肯定可以认识到，所示出的组件仅仅构成一个示例性实施例，并且可以利用相当不同的组件来实现所述开关变换器12。具体来说，可以用其他已知的开关变换器拓扑来替换在这里被实现为降压变换器的所示出的所述开关变换器12的拓扑，所述其他拓扑比如有升压变换器(如果输出电压高于输入电压的话)、回扫(输入与输出具有相反极性)或sepic(单端初级电感变换器)。
所述开关变换器12还包括反馈控制器26。所述反馈控制器26通常可以是适于把实际电压V1与设定电压V1，set进行比较并且相应地提供反馈信号FB的任何类型。所述反馈控制器26用来控制所述开关控制器12的输出电压V1。在后面将可以看出，在根据本发明的优选操作模式下，已经假设开关变换器12的输出的动态行为相当缓慢。因此，控制器26的控制器行为不需要是高度动态的，并且例如可以是积分类型(I-控制器)。
如图1中所示，所述线性电流驱动器14具有双极型晶体管Q1，其充当放大元件。反馈电路包括串联电阻R1和运算放大器22。所述运算放大器22在其非反相输入处接收电压输入信号VL，set，并且在其反相输入处接收反馈电压VL，2。所述反馈电压VL，2取决于所述负载电流I2，所述负载电流I2还流经所述串联电阻R1。所述放大元件Q1根据所述反馈电压VL，2与所述设定电压VL，set之间的比较而被驱动。按照这种方式，所述输入值VL，set设置所述负载电流IL的恒定电流值，其由所述线性电流驱动器14控制。
由于线性电流驱动器电路本身是本领域技术人员所公知的，因此显然可以按照不同的方式实现所述电路14，只要保持其基本功能即可，即由于诸如Q1的放大元件的线性控制而控制所述负载电流IL。
在所示出的实例中，所述控制单元16包括微控制器30。所述微控制器30可以是任意类型的可编程微控制器，并且如图5中所示优选地包括中央处理单元50、例如用于接收作为数字信号的所述设定电流Iset和触发信号T的输入/输出端口52、诸如用于程序存储的ROM、EPROM或闪存的非易失性存储器54、用于数据存储的RAM 56以及时钟58。正如下面将进一步解释的那样，所述微控制器30具有至少三个A/D变换器输入60以用于接收模拟电压输入信号，以及两个D/A变换器输出62以用于输出模拟信号(输入和/或输出可以被多路复用)。所能使用的微控制器的一个实例是NXP P 89LPC 935。
被存储在微控制器30的程序存储器54内的是如下所述地实施控制的程序：所述控制器30(并且因此正在运行的控制程序)接收设定值Iset以作为输入。所述程序还接收关于所述开关变换器12的当前开关输出电压V1和所述线性电流驱动器14上的电压VL，1。作为模拟信号接收这些输入，并且利用微控制器30内的A/D变换器60将其变换成数字信号。
作为输出，微控制器输出电压信号V1，set以作为对应于所述开关变换器12的输出电压V1的设定电压，并且输出电压信号VL，set以作为与流经所述线性电流驱动器14的设定负载电流IL，set相关联的设定电压。全部两个输出信号都是模拟信号，其由微控制器30内的D/A变换器62输出。
所述程序首先操作来根据所接收到的设定电流值Iset来设定所述负载电流IL。这是通过施加适当的当前控制输出VL，set而实现的。线性电流驱动器14的特性被存储在微控制器30内，从而微控制器30可以直接确定对应于所请求的Iset的必要的VL，set。该控制现在将导致所述线性电流驱动器14把所述负载电流IL控制到所期望的值Iset。对于线性控制已经知道上述操作将非常快速且高效，只要所述放大元件Q1可以操作在其线性范围内，即只要所述线性电流驱动器14上的电压VL，1高于较低的阈值Vthreshold即可。
把所述放大元件Q1保持在其线性范围内所需要的电压电平Vthreshold对于图1中所示出的示例性电路取决于所述负载电流IL：VL，1＝ILR1+VQ1。对于诸如该例中的Q1的双极型晶体管来说，已经知道仍然允许电流IL流过的最小电压是大约0.2V。但是在这样低的电压下，Q1的放大率和速度与诸如处于1-2V范围内的VQ1的较高电压相比都非常低。
因此，如果动态行为不重要(比如对于所述负载电流IL的恒定期望值就是这种情况)，所述电压Vthreshold例如可以被选择在Vthreshold＝0.2V+ILR1。由于所述电阻R1被选择得相当小(在所示出的例子中是0.3∑)，因此有可能计算对应于最大负载电流的恒定(即不取决于所述负载电流)值Vthreshold。
根据基本控制功能，所执行的程序还用来控制所述控制电压V1，从而把所述线性电流14处的电压VL，1保持在所述阈值Vthreshold下。
这种控制策略可以同时受益于线性电流驱动器14的优越动态行为和开关变换器12的降低的损耗。通过仅仅对于该设备的线性操作把所述电压VL，1保持在所述阈值电压Vthreshold下，这里的损耗被最小化。
虽然上面所解释的该基本控制策略可以有利地被应用于所述设定电流Iset的不变(或者仅仅缓慢改变)的值，但是所述控制程序还具有针对正在改变的设定电流值Iset的另一种控制功能。
如上所述，控制单元16作为闭环控制执行对所述电路10的控制。对于所期望的(恒定)Iset来说，所述闭环控制将最终给出对应于所述开关输出电压V1的相应的必要(恒定)设定值V1，set。在操作期间，微控制器30把该信息存储在其内部数据存储56中。数据存储56被组织为所需负载电流设定值Iset和对应于所述开关输出电压的所确定的设定值V1，set的查找表。作为(例如由于电路10的组件或所述负载等等的变化而导致的)改变的结果，该表被连续更新。
如果所述设定值Iset改变到一个新值，则所述程序将首先从存储器56中调回各值以便确定对于所需的Iset是否已经知道V1，set的值。如果没有找到Iset的精确值，则可以使用对应于下一个较高的Iset的值V1，set(或者可以把值V1，set确定为两个最近的Iset值的线性内插)。这样就给出了一个差不多精确的数字值V1，set，其随后被用在闭环控制中以作为起始值。
作为另一种控制功能，所述程序可以被用来根据具有预先已知的过渡的脉冲序列驱动所述负载L。如图1中所示，微控制器30接收被用来指示所述信号Iset的周期性的外部触发输入T。在周期性序列的每一个起始(例如投影应用中的每一帧)处，触发T被立刻激活。微控制器30随后存储接下来的序列Iset，直到接收到下一个触发T。对于所有剩余帧，所述序列Iset被预先存储在微控制器30的存储器中，从而预先知道(至少近似的)脉冲定时和高度。
如图3的上部所示，所述值Iset按照脉冲的方式随时间改变。因此所述信号Iset包括其中所述值Iset保持恒定的稳定部分和其中所述值发生改变的改变部分(即脉冲信号的上升和下降沿)。具体来说，在图3中所述信号Iset有两个上升沿36、38和一个下降沿40。
由于所述开关变换器12包括输出电容C1，因此所述开关输出电压V1将仅仅随着时间稳定地改变，也就是说所述电容C1需要分别被充电及放电以使得所述电压V1发生改变。为了在图3中的上升侧翼36、38之前允许有对应于所述充电过程的时间，在上升沿36、38之前所述设定电压V1，set已经被微控制器30中所执行的程序升高。
如果在微控制器30内可以获得关于Iset的即将到来的上升沿36或38的信息，则预先把所述设定输出电压V1，set升高到对于下一个脉冲所需的电平。如上所述地从存储中获得该电平。V1，set被预先升高的时间段TA取决于所述输出电容C1的已知的充电行为。可以通过存储变换器12所能实现的所述输出电压V1的改变速率而在微控制器30内对该行为进行预先编程。利用所述上升沿36、38的已知高度并且从而利用与所需V1的已知差异，可以计算TA的持续时间。
如图3所示，V1，set的升高导致缓慢升高的开关输出电压V1(应当注意到，在图3中所示出的电压是经过简化的，从而给出线性升高的电压V1。在真实的应用中，所述电压可能根据开关变换器12与其输出电容C1的预先编程的特定行为而按照不同的方式升高)。
虽然所述输出电压V1现在升高，但是所述线性电流驱动器14自动把所述负载电流IL控制到仍然较低的期望电平。因此，所述电压VL，1(虚线)升高。这当然会导致所述线性电流驱动器14内的损耗。但是所述损耗由于较短的时间段TA而受到限制。
当所述上升侧翼36、38现在迫近时，所述开关输出电压V1已经处于必要的电平。所述线性电流驱动器14现在继续执行其功能以便根据所述新设定的电平来控制所期望的负载电流IL。随后仅仅在闭环控制中略微调节所述开关输出电压V1，从而使得线性电流驱动器14操作在其线性范围内(VL，1≥Vthreshold)。因此，对于所述上升侧翼可以完全利用线性电流驱动器14的动态行为。
在图3所示的操作模式中，对于下降侧翼没有特殊的规定。在所述下降侧翼40处，所述设定电压V1，set被减小。在电容器C1的放电时间期间，实际电压V1持续减小。在这段时间期间，所述电压VL，1保持在Vthreshold之上，从而在所述有限的放电时间内在线性电流驱动器14中产生损耗。应当注意到，为了在所述下降侧翼40处实现所述线性电流驱动器的优选的高度动态的行为(在这里可以通过陡峭的下降沿VL，1认识到)，有必要使用略高于必要的最小值的阈值电压Vthreshold(例如0.2V+ILR1)。因此，例如可以把所述阈值选择成略高的固定值，例如Vthreshold＝0.5V。
如图4中所示，在一种替换的操作模式下将获得与图3中相同的具有上升侧翼36、38和下降侧翼40的设定电流值Iset。但是为了在仍然获得紧随所述设定值的相应输出的同时实现更高的总体效率，采用一种不同的驱动策略。
如图4中所示，在每一个上升侧翼36、38之前而且也在每一个下降侧翼40之前，把V1，set的值升高到一个高电平。每一个改变时段(上升/下降沿36、38、40)之前的时间间隔TB的持续时间由所述程序根据所述开关变换器12的已知的充电/放电行为决定，从而使得实际电压V1在所述时间段内达到所期望的高电平。
如图4中所示，V1，set在所述改变部分(上升/下降沿)之前被升高到的所述高电平要高于在所述侧翼之前及之后的V1，set电平。因此，对于下降侧翼36、38，所述电压V1(其以一定延迟跟随所述设定值V1，set)首先被升高到一个高电平，并且随后在接下来的稳定部分期间被降低到必要的最小值(同样地，可以从存储中获取对应于所述稳定部分中的V1，set的起始值)。此外，对于所述下降侧翼40，所述电压V1，set首先被升高，并且随后被降低。这样做的好处是把所述线性电流驱动器14处的电压VL，1升高到较高的电平(如图4中所示)，从而允许进一步改进所述线性电流驱动器14的动态行为(具有低过摆动的快速精确的控制)。由此所引入的损耗仅仅在很短的时间内(TB)有影响。
在每一个改变部分之前所使用的所述电压V1，set的高电平可以被如下确定：所述值V1，set需要足够高，从而使得在所述负载L处的电压降之后，所述电压VL，1仍然高到足以使得所述开关元件Q1具有良好的动态行为。对于LED负载，可以利用附加的串联电阻把所述负载L上的电压计算为恒定的内部电压，即VLED＝V0+ILRint，对于红色高功率LED例如有V0＝1.5V和Rint＝0.5∑。由于在所述改变部分之前及之后的电流电平是已知的，因此可以很容易地计算所期望的最小电压VL，1。
下面将给出对应于上升侧翼36、38的一个例子，其中所述设定电流值IL从1A上升到2A。随后可以如下选择V1，set的值：
Figure G2008800084758D00121
因此所述程序可以确定对应于每一个稳定部分期间以及每一个改变部分之前的过渡部分期间的V1，set的必要电平。
应当注意到，所述程序不限于根据上面的计算的精确值。一方面有可能至少在所述过渡部分中给所述精确的计算值加上特定的安全余量，以便确保即使当VLED的实际估计值在实践中不同时仍然得到适当的功能(其代价是略微增大的损耗)。
另一方面，在进行控制的过程中可以通过测量对于VLED所得到的实际值来更新所存储的所述LED负载的模型，即对应于V0和Rint的值。所述程序可以使用所测量的数据来获得更新后的模型值(在上面的实例中是V0和Rint)，并且把这些更新后的值用于将来的计算。
正如上面关于图3中所示出的操作模式所解释的那样，如果仅仅在最小电平下驱动所述放大元件Q1，则所述线性电流驱动器14的动态行为将变差。对于图3中所示的操作模式，通过选择处于(略高的)恒定电平的Vthreshold(例如Vthreshold＝0.5V)而补偿了这一点。在当前所解释的如图4中所示的操作模式下，在所述稳定部分内，所述电平Vthreshold可以被选择得较低。这是由于对于下降侧翼40来说，所述开关输出电压V1也被选择成使得所述线性电流驱动器处的电压VL，1足以获得良好的动态行为。因此，根据图4的操作模式可以被实现为甚至具有更高的总体效率。
图2示出了图1的电路10的一个替换实施例。相同的元件指代相同的部件，在这里将不再对其进行描述。
图2中的电路110与所述电路10的不同之处在于，线性电流驱动器114被显示为仅仅包括晶体管Q1作为所述放大元件，而所述反馈电路则包括所述串联电阻R1和微控制器30的一部分。微控制器30具有另一个输入VL，2，其充当直接表示所述负载电流IL的反馈输入。微控制器130在其输出处为所述线性电流驱动器114的晶体管Q1提供基极电流IB。因此，运行在微控制器130上的程序还在数字域内执行对IL的闭环控制、评估VL，2并且提供适当的电流IB以便将其控制到所期望的值Iset。
图6示出了驱动器电路210的第三实施例。驱动器电路210大部分对应于根据所述第二实施例(图2)的驱动器电路110。相同的部件由相同的附图标记指代，并且将不再对其进行详细解释。
驱动器电路210被布置成为三个负载L1、L2、L3供电。每一个负载串联连接到线性电流驱动器114，从而形成一条支路。所述四条支路并联连接到所述开关变换器12的输出电压V1。
控制单元216控制所述三条支路。与前面的实施例一样，微控制器230向反馈控制器26提供设定输出电压V1，set。
此外，微控制器230接受来自每一个所述线性电流驱动器114的输入电压(其与根据所述第二实施例的输入电压VL，1、VL，2可比较)，并且向每一个所述线性电流驱动器114提供输出电流(其对应于所述第二实施例中的输出IB)。
在微控制器230处提供的输入和/或输出可以是直接输入和/或输出。如果定时允许的话，还可以对所述输入和/或输出进行多路复用，从而对于每一种类型的输入和/或输出实际上使用仅仅一个A/D或D/A变换器。
在根据图6的设备的第一操作模式下，所有三个负载L1-L3被同时驱动。在这种情况下，根据在所述线性电流驱动器处具有最低电压VL，1的该支路来实施对所述开关输出电压V1的控制，其被控制成等于Vthreshold。在具有较小电流的所有其他支路中，各单独的线性电流驱动器114根据所期望的Iset限制所述电流。
在另一种操作模式下，所述负载基本上被顺序地操作(即没有重叠或者仅有最小重叠)。在图7中示出了一种实际实现方式的相应实例。在这里，所述三个负载L1-L3是用于背投影显示器的LED光源。
利用电流脉冲顺序地驱动红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED。在显示器帧率(例如60Hz)下重复相同的脉冲模式。但是所述脉冲频率要高很多，在所示出的实例中是50倍高。
不同颜色的LED负载对于正常光输出需要不同的电压。在所示出的序列的右边可以看出，在每一帧中有用于特殊校正目的的非常短的附加电流脉冲，这需要较高的电压。由于所述序列被周期性地重复，因此所述驱动器电路的微控制器可以预先选择必要的电压。
在图7的下半部分中，下方的水平线示出了在正常水平下对于所述蓝色(VB)、绿色(VG)和红色(VR)LED设备所需要的电压电平。但是所述微控制器也可以为所有其他电流电平提供相应的电压电平，从而对于变化中的脉冲也可以达到正确的电流电平。在所示出的投影仪中，所述电流值是根据对于显示所期望的图像所需要的光量来选择的。因此，在每一帧中可能需要不同的绝对电流值。
至此已说明了如何能够通过图6中所示的相对简单的电路来实现图7所示的产生电流脉冲的复杂控制任务。由于所述三条支路中的线性电流驱动器的良好动态属性，即使在所示出的序列的最后三分之一中的非常短的高电流脉冲下也可以得到优越的控制结果。
在附图和前面的描述中详细说明并描述了本发明。所述说明和描述应被视为是说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件，“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中阐述某些措施并不表示不能使用这些措施的组合来获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。

Claims (10)

1、用于LED、OLED或激光二极管设备(L)的驱动器电路，其包括：
开关变换器(12)，其具有至少一个开关元件(1)、至少一个电抗元件(L1，C1)以及输出(V1)，所述开关变换器(12)被布置成通过对所述开关元件(M1)的顺序开关操作生成开关输出电压(V1)；
用于把所述至少一个LED、OLED或激光二极管设备(L)连接到所述输出(V1)的端子；
以及串联连接到所述端子的线性电流驱动器(14)，所述线性电流驱动器(14)包括放大元件(Q1)、电流感测装置(R1)以及用来控制对应于所述端子的驱动电流(IL)的电流控制输入；
控制单元，其至少包括：
感测输入，其用于感测所述线性电流驱动器(14)处的电流和/或电压(VL，1，VL，2)；
开关控制输出(V1，set)，其用于控制所述开关变换器(12)；
电流控制输出(VL，set，IB)，其用于向所述线性电流驱动器(14)提供电流控制信号；
以及可编程控制装置(30，130，230)，其执行用于处理所述感测输入并且根据设定电流值(Iset)提供开关控制输出(V1，set)和电流控制输出(VL，set，IB)的控制程序。
2、根据权利要求1的电路，其中，
所述设定电流值(Iset)包括其中所述值随时间改变的改变部分(36，38，40)以及其中所述值保持至少基本上恒定的稳定部分；
其中至少在所述稳定部分的一部分内，所述控制程序被布置成提供开关控制输出(V1，set)，从而把所述线性电流驱动器(14)上的电压(VL，1)控制在阈值(Vthreshold)处。
3、根据其中一条上述权利要求的电路，其中，
所述控制单元(16，116，216)提供所期望的输出开关电压(V1，set)；
并且所述开关变换器(12)包括反馈控制器(26)，以便把输出电压(V1)控制到所期望的输出开关电压(V1，set)。
4、根据其中一条上述权利要求的电路，其中，
所述设定电流值(Iset)包括其中所述值随时间改变的改变部分(36，38，40)以及其中所述值保持至少基本上恒定的稳定部分；
并且其中所述控制程序被布置成提供开关控制输出(V1，set)，以便在改变部分(36，28，40)之前增大所述开关输出电压(V1)。
5、根据权利要求4的电路，其中，
所述设定电流值(Iset)在所述改变部分(36，38)中升高，并且在接下来的稳定部分中保持至少基本上恒定；
并且其中设定控制程序被布置成提供开关控制输出(V1，set)，以便在所述改变部分(36，38)之前把所述开关输出电压(V1)升高到较高电平，并且在至少所述接下来的稳定部分内降低到较低电平。
6、根据其中一条上述权利要求的电路，其中，
所述控制单元(16，116，216)包括存储装置(56)，以用于存储多个所期望的开关输出电压值(V1，set)和所期望的驱动电流值(Iset)；
并且其中所述程序被布置成从所述存储装置(56)中获取值，以用于确定对应于设定电流值(Iset)的所述所期望的开关输出电压(V1，set)。
7、根据权利要求6的电路，其中，
所述程序还被布置成把在控制期间确定的值(V1，set，Iset)存储到设定存储装置(56)中。
8、根据其中一条上述权利要求的电路，其中，
把多条支路并联连接到所述输出(V1)，每一条支路包括至少一个用于连接LED、OLED或激光二极管设备(L)的端子；
其中，在每一条支路中提供串联连接到所述端子的线性电流驱动器电路(114)；
并且其中所述控制单元(216)包括至少一个感测输入以用于感测每一条所述支路内的电流和/或电压。
9、根据权利要求8的电路，其中，
所述控制程序被布置成处理来自所述支路的所述输入并且设定对应于每一条所述支路的电流值；
其中，根据在每一条支路的线性电流驱动器处所感测到的电压值的最小值来确定所述开关控制输出。
10、用于操作至少一个LED、OLED或激光二极管设备(L)的方法，其包括：
在包括至少一个开关元件(M1)和至少一个电抗元件(C1，L1)的开关变换器(12)中生成开关输出电压(V1)，这是通过对所述开关元件(M1)进行顺序开关操作而实现的；
把所述输出开关电压(V1)提供到至少一个LED、OLED或激光二极管设备(L)；
利用串联连接到所述设备(L)的线性电流驱动器电路(14)来控制对应于所述设备(L)的驱动电流，所述线性电流驱动器(14)包括放大元件(Q1)、电流感测装置(R1)以及电流控制输入(VL，set，IB)；
通过在可编程控制装置(30，130，230)中执行控制程序，根据设定电流值(Iset)提供所期望的开关输出电压(V1)和所期望的驱动电流(IL)，其中所述可编程控制装置(30，130，230)处理来自所述线性电流驱动器(14)处的电流和/或电压的至少一个感测输入，并且控制所述开关变换器(12)给出所述开关输出电压(V1)。
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