CN101663917A - 半导体光源的前馈控制 - Google Patents

半导体光源的前馈控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体光源的控制方法，其中半导体光源由驱动装置借助短的大功率的脉冲来驱动，其中与引入半导体光源中的功率有关的半导体光源的典型光衰减存储在驱动装置中，并且改变在脉冲期间所引入的功率，使得半导体光源所发出的光量在脉冲持续时间上基本保持不变。

Description

半导体光源的前馈控制
技术领域
本发明涉及一种用于半导体光源的控制方法，其适合于以半导体光源的非常快速的激励为前提的应用。例如前投影应用和背投影应用情况中如此。
背景技术
大功率半导体光源如大功率发光二极管近来越来越多地使用在目前保留了高压放电灯的应用中。正是在投影领域中半导体光源不是被连续地激励，而是脉冲式地工作，以便满足那里的要求。在此，借助非常短的脉冲来工作，这些脉冲为此具有非常高的功率密度。
由于在目前的半导体光源中，光发射或多或少地与半导体光源本身的温度有关，因此需要控制，其保证了由投影单元发出的光量保持不变。由于脉冲式的激励方法才应用不久，所以通常所使用的控制方法仅仅考虑了半导体光源在较长的时间(即较长的观察时段)中的升温。例如可以提及一种常用方法，其中测量与半导体光源相连的冷却体的温度，并且半导体光源的激励根据冷却体温度来适配。这仅考虑了长时间效应，但没有考虑半导体光源在以短的大功率脉冲激励时出现的立即升温。由于脉冲停顿有时会相当长，所以半导体光源具有直至下一个脉冲的足够的冷却时间，使得在该时间上的平均负载并不过高。
然而，半导体光源在这样的脉冲期间强烈地升温，使得在该脉冲期间所发出的光量不是保持不变，而是连续地降低。这在显示应用中会导致影响背光照明质量并且由此影响图像质量，并且因此是不希望的。任务
因此，本发明的任务是提出一种控制方法，其中半导体光源所发出的光量在激励脉冲的持续时间上保持不变。该任务通过权利要求1的特征来解决。
另一任务是提出一种电路装置，其实现根据本发明的控制方法，并且驱动半导体光源使得半导体光源所发出的光量在脉冲持续时间上基本保持不变。该任务通过权利要求4的特征来解决。
本发明的特别有利的实施形式在从属权利要求中描述。
发明内容
为了解决该问题提出了一种半导体光源的控制方法，其中与引入半导体光源中的功率相关的半导体光源的典型光衰减存储在驱动装置中，并且该驱动装置在脉冲持续时间期间使引入半导体光源中的功率变化，使得半导体光源所发出的光量在脉冲持续时间上基本保持不变。
附图说明
图1示出了在具有大约5.7A的恒定电流21的脉冲期间所测量的光通量降低23。
图2示出了在脉冲期间所测量的典型光通量降低(25)和所仿真的典型光通量降低(27)。
图3a示出了根据本发明的控制方法的一个实施形式的应用电路。
图3b示出了根据本发明的控制方法的一个实施形式的可替选的应用电路。
图4示出了根据本发明的控制方法的随时间变化的发光二极管电流22和光通量24。
具体实施形式
图1示出了在脉冲期间对发射红色光的发光二极管的光发射的测量。可以明显看到的是，发光二极管的光通量23在脉冲持续时间内强烈地降低。这归因于发光二极管芯片在脉冲持续时间期间强烈地升温。由于在这样短的时间期间发生这样的升温，根据现有技术的通常基于冷却体温度的控制不会介入。由于电力消耗在整个脉冲期间实际上保持不变，但是光发射降低，所以越来越多的能量转换成热而不是光。这导致发光二极管的效率进一步降低，并且光发射更强烈地降低。由于发光二极管在脉冲停顿中又可以足够地冷却，所以发光二极管的负载在规定之内。然而，在脉冲内的光衰减是不希望的并且导致图像质量的劣化。
关于时间的光发射遵循指数函数(e-Function)并且可以通过如下等式给出：
y = y 0 + A * e - t t 0
在发射红光的发光二极管的当前情况下，通过如下值来表示光发射：
  y0   A   t0
  12.7   11.0   1642.7
这些值给出了图2中的曲线27，该曲线与所测量的曲线走向25仅微小偏差。一旦已知光曲线走向，则光通量降低可以借助前馈控制来逆控制(entgegensteuern)。图3示例性地示出了一种电路结构，借助该电路结构可以实现根据本发明的控制方法。数字/模拟转换器1借助比较器7和同相控制晶体管(Laengsregeltransistor)3将由控制电路(9)输出的预定电流值转换成用于发光二极管5的实际电流值。当然，也可以将多个发光二极管串联。发光二极管本身可以在电流路径中的不同位置，如在图3a和3b中可看到的那样。当然，数字/模拟转换器也可以集成到控制电路(9)中。分路器8用于为比较器7生成实际电流值。根据本发明，控制电路(9)现在在脉冲期间未给定恒定的电流值，而是给定了上升的电流值，使得发光二极管的光通量在整个脉冲持续时间期间保持不变。通过将发光二极管的典型光衰减存储在控制电路中，该控制电路可以生成预定电流值，其中发光二极管所发出的光量在整个脉冲持续时间上基本保持不变。
为了应对不同的电流强度和不同的输出温度，典型光衰减可以作为特征曲线族存储在控制电路中。
但为了节约控制电路中的存储空间，也可能的是，典型光衰减作为数学关系存储在控制电路中，并且借助相关的测量量由数学关系分别计算预定电流值。然而混合形式也是可能的，其中由相关的测量量导出的辅助值存储在表中，并且预定电流值通过辅助值和所存储的数学关系来计算。
该方式的结果又示例性地针对红色发光二极管示出在图4中。在此，预定电流值和由此发光二极管电流22在脉冲持续时间期间变化，使得所得到的发光二极管的光发射在整个脉冲持续时间期间基本上保持不变。根据现有技术的、其中引入发光二极管的功率与冷却体温度有关的控制可以叠加前馈控制。由此，也可以控制光的长期下降。
根据本发明的控制方法当然也可以应用于任何其他半导体光源譬如OLED(有机发光二极管)中。

Claims (7)

1.一种半导体光源的控制方法，其中半导体光源由驱动装置借助短的大功率的脉冲来驱动，其特征在于，与引入半导体光源中的功率有关的半导体光源的典型光衰减存储在驱动装置中，并且改变在脉冲期间所引入的功率，使得半导体光源所发出的光量在脉冲持续时间上基本保持不变。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，以特征曲线族的形式存储典型光衰减。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，以数学公式的形式存储典型光衰减。
4.一种用于驱动半导体光源的电路装置，其中半导体光源由该电路装置借助短的大功率的脉冲来驱动，并且控制电路(9)通过数字/模拟转换器(1)将期望的预定电流值输入比较器(7)中，该比较器的输出端又与晶体管(3)的输入端连接并且将对应于期望的预定电流值的电流注入半导体光源，其特征在于，半导体光源的典型光衰减存储在控制电路(9)中，并且控制电路改变在脉冲期间所引入的功率，使得半导体光源所发出的光量在脉冲持续时间上基本保持不变。
5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，模拟/数字转换器集成到控制电路中。
6.根据权利要求4或5所述的电路装置，其特征在于，控制电路包含微控制器。
7.根据权利要求4或5所述的电路装置，其特征在于，控制电路包含数字信号处理器DSP。
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