CN1826030A - 发光二极管驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于驱动多个发光二极管(LED)的LED驱动器，该LED驱动器包括：电流控制器，用于控制预定电源部件的电源供给，以预定的目标电流值来形成在多个LED中的电流，其中，预定的目标电流值对应于各个LED顺序地改变；多个发散开关，使得关于多个LED中的每个的电流流动或中断；发散开关控制器，对应于目标电流值的改变顺序地导通和截止多个发散开关，使得多个发散开关之一在多个发散开关的另一个截止之前导通。因此，该LED驱动器具有高的光效率和优良的电路稳定性，而没有电磁干扰(EMI)。

Description

发光二极管驱动器
本申请要求于2005年2月26日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0016208号韩国专利申请的利益，该申请的全部公开通过引用包含于此。
                        技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)驱动器。更具体地讲，本发明涉及一种驱动发光二极管并具有高光效以及提高的电路稳定性的LED驱动器。
                        背景技术
发光二极管(LED)通常被用作液晶显示(LCD)装置以及使用数字微镜器件(DMD)的数字微镜器件(DMD)显示装置的光源，数字微镜器件显示装置如数字光处理(DLP)投影TV、投影仪等。
图1示出了采用LED作为光源的DMD显示装置。该DMD显示装置使用了与红(R)、绿(G)、蓝(B)各个颜色对应的多个LED模块210。
LED模块210由LED驱动器200驱动，并且发射R、G、B的光信号并通过透镜220将它们顺序地投射到DMD模块230。几十万或直至几百万个镜片240通过微机电***(MEMS)工艺集成在DMD模块230中，并且独立地开关。因此，投射到DMD模块230的R、G、B色信号在屏幕250上显示预定的画面。
与使用放电灯作为光源的传统显示装置的波形相比，使用LED作为光源的DMD显示装置具有高的光源可用性等级。因此，DMD显示装置的光效率高，LED的寿命比放电灯的寿命长，并且不需要如色轮的机械装置。
用于驱动LED模块210的LED驱动器200可包括如图2所示的电路结构。图2中的LED驱动器200可被认为是开关模式的驱动电路。图2中的LED驱动器200可包括检流器271、误差放大器272、脉宽调制(PWM)调制器274、门电路276、开关278、电感器280、第一二极管282、第二二极管284和开关组286。
LED驱动器200通过检流器271检测LED模块210中流过的电流，通过误差放大器272比较与检测到的电流对应的电压和目标电压Vref，并输出两个电压之间的压差信号。PWM调制器274比较误差放大器272的输出和预定的三角波，并产生PWM信号。门电路276利用PWM信号驱动开关278，该开关278包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。电感器280对开关278的方波脉冲输出求积分，使得LED模块210能够被供给具有开关波纹的直流电流。
因为在白光中R、G、B色中每种颜色的光的量不同，所以对于R、G、B色中的每种颜色，在LED模块210中流动的电流Io的值优选地应该不同，并且可通过基准电压Vref调整。开关组286包括发散开关(divergence switch)，该发散开关连接到与R、G、B色中的每种颜色对应的LED模块210，并通过与基准电压Vref的变化同步来形成在LED模块210中流动的电流Io。
LED驱动器200驱动的LED模块210包括单一模块，该单一模块连接与R、G、B色中的每种颜色对应的串联和/或并联的许多LED，并且驱动LED模块210需要大于20A的电流和大于20V的电压。另外，电流Io的波纹优选地尽可能减小，以均衡画面质量的特性。切换和瞬变现象的速度优选地应该尽可能提高，用于当顺序地驱动与R、G、B色中的每种颜色对应的LED模块210时提供高的光效率。
图2中的开关模式的驱动电路优选地足够快以确保关于高功率的高效率。然而，电感器208优选地应该具有大电感系数或者开关频率应该急剧增大以减少波纹。然而，如果电感系数增大，则瞬变现象变慢，从而降低了光效率。
另外，通过以如图3的上部中的一对波形所示的不连续电流模式(DCM)来驱动LED驱动器200，由于具有这种大电感系数的电感器的瞬变现象慢，使得DMD不能工作的非工作区(dead zone)延长，从而降低光效率。图3示出了在图1中的LED驱动器的栅极电压和LED电流的波形。
如图3的下部中的一对波形所示，电流Io的流动变成连续电流模式(CCM)，如果非工作区减小同时改变LED驱动器200中的分散开关，则光效率略微增大。然而，当改变分散开关时产生第二二极管284的反向恢复电流可影响电磁干扰(EMI)的稳定性和电路的稳定性，这是不利的。
例如，当大约20A的电流在LED模块210中流动时产生的反向恢复电流可达到或超过100A。由于反向恢复电流流过LED模块210，所以它会加速LED的劣化。另外，直到反向恢复电流消失并且电路稳定时才关闭DMD模块，从而降低了光效率。
因此，存在提供具有高的光效率和优良的电路稳定性的LED驱动器的***和方法的需求。
                        发明内容
因此，本发明的一方面基本解决了上述和其他问题，并提供了一种具有高的光效率和优良的电路稳定性而没有电磁干扰(EMI)的LED驱动器。
将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
通过提供一种用于驱动多个发光二极管(LED)的LED驱动器基本实现了本发明的前述和其他方面，该LED驱动器包括：电流控制器，用于控制预定电源部件的电源供应，从而以预定的目标电流值形成在多个发光二极管中流动的电流，所述预定的目标电流值对应于各个发光二极管顺序地改变；多个发散开关，使得关于多个LED中的每个的电流流动或中断；发散开关控制器，对应于目标电流值的改变顺序地导通和截止多个发散开关，从而使得多个发散开关之一在多个发散开关的另一个截止之前导通。
根据本发明的一方面，电流控制器包括：开关，用于供给所述电源部件的功率或切断所述电源部件的功率；检流器，用于检测在多个LED中流动的电流；误差放大器，用于比较由检流器检测到的电流和目标电流值，并输出与检测到的电流和目标电流值之间的差对应的信号；脉宽调制器，用于产生并输出与误差放大器的输出信号对应的脉宽调制信号；开关驱动器，用于通过根据脉宽调制信号输出导通和截止开关的信号来驱动开关；电感器，在电源部件和多个发光二极管之间串联连接，用于对通过供应来自电源部件的功率和切断来自电源部件的功率提供的方波电流求积分；二极管，如果开关截止，用于续流在电感器中流动的电流。
根据本发明的另一方面，发散开关控制器包括：计数器，用于对具有预定频率的时钟信号计数并顺序地输出分别与多个发散开关对应的信号；解码器，用于对计数器的输出信号解码并按顺序输出具有逻辑高状态的脉冲信号；延迟器，用于将所述解码器的各个脉冲信号的逻辑状态从高状态变为低状态的时间点延迟到下一个发散开关的脉冲信号的逻辑状态从低状态变为高状态之后的时间点；发散开关驱动器，用于当延迟器的各个输出信号被改变为逻辑高状态或逻辑低状态时，分别导通或截止对应的发散开关。
根据本发明的又一方面，LED驱动器还包括：微型计算机，用于关于解码器的各个脉冲信号来输出与处于高状态的信号对应的目标电流值的数据；DA(数-模)转换器，用于将从微型计算机输出的目标电流值的数据转换成模拟信号以将该模拟信号供给至电流控制器。
                        附图说明
通过结合附图详细描述本发明的实施例，本发明的以上和其他方面及优点将会变得清楚并更易于理解，其中：
图1示出了使用传统LED驱动器的数字微镜器件(DMD)显示装置的结构；
图2示出了图1中的LED驱动器的电路结构；
图3示出了图1中的LED驱动器的栅极电压和LED电流的波形；
图4示出了根据本发明实施例的LED驱动器的电路结构；
图5示出了图4中的LED驱动器的目标电压、栅极电压和LED电流的波形；
图6示出了图4中的LED驱动器的示例性发散开关控制器的内部结构；
图7示出了图6中的发散开关控制器的各个电压和电流的波形。
在所有附图中，相同的标号将被理解为表示相同的部件、组件和结构。
                        具体实施方式
现在将详细描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例，其中，相同的标号始终表示相同的元件。以下通过参照附图来描述实施例以解释本发明。图4示出了根据本发明示例性实施例的LED驱动器10的结构。
该实施例的LED驱动器10驱动被用作LCD背光和使用数字微镜器件(DMD)的DMD显示装置的光源的多个LED 30，DMD显示装置如数字光处理(DLP)投影TV、投影仪等。
如图4所示，LED驱动器10包括电流控制器12、多个发散开关14和发散开关控制器18。该实施例的多个发散开关14位于电流控制器12和多个LED30的阳极之间。多个LED 30的阴极连接到电流控制器12中的检流器122。多个LED 30中的每个被设置为包括与各个R、G、B色对应的多个LED的模块，但是并不限于此。
该实施例的电流控制器12以预定的目标电流值形成在多个LED 30中流动的电流。即，该实施例的电流控制器12控制来自预定的电源部件的电源Vcc以使Vcc关于LED 30供给或切断。这里，目标电流值指的是将被供应到多个LED 30的电流大小。目标电流值可以与LED 30对应地预设并以如下的方式被提供，即它按R、G、B色的顺序以预定的间隔顺序地改变，但是并不限于此。
如图4所示，电流控制器12包括检流器122、误差放大器124、脉宽调制器126、开关130、开关驱动器128、电感器132和二极管134。
检流器122检测在多个LED 30中流动的电流Io。检流器122可包括具有预定阻值的电阻器，其中，检流器122的第一端与多个LED 30连接，检流器122的另一端接地。在多个LED 30中流动的电流Io可使用多个LED 30的电压和电阻值来计算，并提供与电流Io对应的电压。
电感器132的第一端连接到开关130和二极管134的阴极，电感器132的第二端连接到多个LED 30。在电感器132中流动的电流变成在多个LED 30中流动的电流Io。二极管134的阳极接地。
本发明实施例的开关130包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但是并不限于此。开关130的栅极连接到开关驱动器128的输出端，开关130的漏极连接到电源部件(未显示)并接收电源电压Vcc。另外，开关130的源极连接到电感器132的第一端和二极管134的阴极。
开关130根据输入到栅极的栅极电压的逻辑状态导通和截止，以执行开关操作。如果开关130导通，则电流在漏极和源极之间流动，电源电压Vcc被施加到电感器132。随着导通时间的流逝，在电感器中流动的电流达到预定的电平，从而增大电流Io。如果开关130截止，则在漏极和源极之间流动的电流被切断，电感器132中的电流流经LED 30和二极管134从而形成回路。这时，当电源被切断时电流Io降低。
误差放大器124在反相输入端从检流器122接收与在多个LED 30中流动的电流Io对应的电压，在非反相输入端接收与目标电流值对应的预定目标电压Vref。误差放大器124将与在LED 30中流动的电流Io对应的电压和目标电压Vref之间的电压差放大并将该放大的电压差作为输出信号输出。
脉宽调制器126产生并输出与误差放大器124的输出信号对应的脉宽调制信号。开关驱动器128根据从脉宽调制器126输出的脉宽调制信号来输出导通和截止开关130的信号。即，本发明的实施例的电流控制器12检测在LED 30中流动的电流Io并开关控制施加的Vcc，直到电流Io达到预定的目标值。
多个发散开关14与每个LED 30对应地连接到LED 30的阳极。发散开关14导通和截止以供给和切断与每个LED 30对应的电流。本发明实施例的多个发散开关14分别包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但是并不限于此。
发散开关控制器18对应于目标电流值的变化顺序地导通和截止多个发散开关14。在本发明的实施例中，发散开关控制器18控制一个发散开关14在另一个发散开关14截止之前导通。图5示出了对于分散开关控制器18的控制的目标电压Vref和供应到各个发散开关14的栅极的栅极电压VR、VG、VB的示例性波形。
发散开关控制器18以存在间隔的方式控制发散开关14，在该间隔中，这些开关彼此叠置并导通，如果开关操作从一个开关14变为另一个开关14，则这些开关不同时截止，从而缩短在LED 30中流动的电流Io的瞬变响应时间并防止由于省略了用于消耗电感器132的电流的续流二极管而产生反向恢复电流。
如图6所示，发散开关控制器18包括计数器182、解码器184、延迟器186和发散开关驱动器188。
计数器182接收具有预定频率的时钟信号(在图7中称作“CLK”)，并对时钟信号计数以顺序地输出分别与R、G、B色的发散开关14的每个开关对应的信号Q[1...0]。即，计数器182是对时钟信号计数的三进制计数器，并对于与各个R、G、B色对应的三个状态输出两位的输出信号(00→01→10→00..)。解码器184对计数器182的输出信号解码，并按顺序输出具有逻辑高状态的并行脉冲信号(在图7中称作“R”、“G”、“B”)。即，解码器184接收指示与各个R、G、B色对应的三个状态的两位输出信号(00→01→10→00..)，对该信号解码以通过三个并行输出部分按顺序产生具有逻辑高状态的三个脉冲信号。
例如，如果计数器182的输出信号是“00”，则本实施例的解码器184使与“R”对应的信号处于逻辑高状态并且使与“G”和“B”对应的信号处于逻辑低状态。如果计数器182的输出信号是“01”，则解码器184使得与“G”对应的信号处于逻辑高状态并且使得与“R”和“B”对应的信号处于逻辑低状态。如果计数器182的输出信号是“10”，则解码器184使与“B”对应的信号处于逻辑高状态并且使与“R”和“G”对应的信号处于逻辑低状态。与R、G、B色中某对颜色对应的脉冲信号的逻辑状态的改变以预定的间隔同时发生，如下面更详细的描述。
延迟器186接收解码器184的各个脉冲信号。如果与R、G、B色中的一对对应的脉冲信号的逻辑状态改变，则延迟器186将脉冲信号的逻辑状态从高状态变为低状态的时间点延迟，从而使该变化在脉冲信号的逻辑状态从低状态变为高状态的时间点之后发生。即，延迟器186将已经处于逻辑高状态的脉冲信号的逻辑状态改变的时间点延迟预定的时间，从而使将被改变为成高状态的脉冲信号在当前处于高状态的脉冲信号上叠置预定的时间。
例如，对于解码器184的每个脉冲信号，如果“R”处于逻辑高状态，并且“G”和“B”处于低状态，则延迟器186将与“R”对应的脉冲信号的逻辑状态被改变为低状态的时间点延长预定的时间，将与“G”对应的脉冲信号的逻辑状态从低状态变为高状态，然后将与“R”对应的脉冲信号的逻辑状态变为低状态。另外，如果与“G”或“B”对应的脉冲信号处于逻辑高状态，并且与“B”和“R”、或者“R”和“G”对应的脉冲信号的处于逻辑低状态，则延迟器186将与“G”或“B”对应的脉冲信号的逻辑状态改变为低状态的时间点延迟预定的时间。
优选地但不是必需的，改变与“R”、“G”、“B”对应的脉冲信号的逻辑状态的延迟时间比各个脉冲信号的变化间隔短。本发明实施例的延迟器186可包括无源电路如串联和/或并联连接的电阻器和电容器，但是也不限于此。
当延迟器186的各个输出信号被改变成逻辑高状态或逻辑低状态时，发散开关驱动器188将使对应的发散开关14导通和截止的栅极信号(在图7中称作“VR”、“VG”、“VB”)输出到发散开关14的栅极。如图7所示，多个发散开关14具有发散开关14彼此叠置的间隔，即发散开关14通过在截止一个发散开关14之前导通另一个发散开关14来导通。这样做是因为各个栅极信号VR、VG、VB的逻辑状态从高状态改变成低状态的时间点比下一个栅极线号的逻辑状态从低状态改变为高状态的时间点晚。
本发明实施例的LED驱动器10还可以包括微型计算机20，用于相对于解码器184的各个脉冲信号来输出指示与处于逻辑高状态的脉冲信号对应的目标电流值的数据。微型计算机20对应于将被输出的R、G、B色图像信号的值来提前设置指示多个LED 30的目标电流值IR、IG、IB的数据。另外，微型计算机20接收解码器184对应于R、G、B色的三种脉冲信号，以检查各个脉冲信号的逻辑状态并输出指示与处于逻辑高状态的脉冲信号的颜色对应的目标电流值IR、IG或IB的数据。本发明实施例的微型计算机20还输出与目标电流值IR、IG或IB对应的目标电压Vref。本发明实施例的微型计算机20可包括普通的微型计算机，如果需要还可包括存储器如ROM和RAM。
另外，本发明实施例的LED驱动器10还可以包括DA(数-模)转换器22，该DA转换器22将从微型计算机20输出的指示目标电流值IR、IG和IB的数据转换成模拟信号，并将它们提供到电流控制器12。
尽管已经示出和描述了许多本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物所限定的范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (8)

1、一种用于驱动多个发光二极管的发光二极管驱动器，包括：
电流控制器，用于控制电源从而以对应于各个发光二极管顺序改变的预定的目标电流值来形成在所述多个发光二极管中流动的电流；
多个发散开关，用于切换关于所述多个发光二极管的每个的电流；
发散开关控制器，用于对应于所述目标电流值的改变来顺序地导通和截止所述多个发散开关，从而所述多个发散开关之一在所述多个发散开关中的另一个截止之前导通。
2、根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中，所述电流控制器包括：
开关，用于供给所述电源的功率或切断所述电源的功率；
检流器，用于检测在所述多个发光二极管中流动的电流；
误差放大器，用于比较由所述检流器检测到的电流和所述目标电流值，并输出与所述检测到的电流和所述目标电流值之间的差对应的信号；
脉宽调制器，用于产生与所述误差放大器的输出信号对应的脉宽调制信号；
开关驱动器，用于通过根据所述脉宽调制信号输出导通和截止所述开关的信号来驱动所述开关；
电感器，串联在所述电源部件和所述多个发光二极管之间，用于对通过供应来自所述电源部件的功率和切断来自所述电源部件的功率提供的方波电流求积分；
二极管，用于当所述开关截止时续流所述电感器中流动的所述电流。
3、根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中，所述发散开关控制器包括：
计数器，用于计算具有预定频率的时钟信号并顺序地输出分别与所述多个发散开关对应的信号；
解码器，用于对所述计数器的输出信号解码并按顺序输出具有逻辑高状态的脉冲信号，其中，对每种颜色的所述发光二极管并行输出所述脉冲信号；
延迟器，用于将所述解码器的各个脉冲信号的逻辑状态从高状态变为低状态的时间点延迟，从而从高状态到低状态的改变发生在下一个发散开关的脉冲信号的逻辑状态从低状态变为高状态的时间点之后；
发散开关驱动器，用于当所述延迟器的各个输出信号被改变为逻辑高状态或逻辑低状态时，分别导通或截止对应的发散开关。
4、根据权利要求3所述的LED驱动器，还包括：
微型计算机，用于关于所述解码器的所述各个脉冲信号来输出与处于逻辑高状态的信号对应的目标电流值的数据；
数模转换器，用于将从所述微型计算机输出的目标电流值的数据转换成模拟信号以将该模拟信号供给至所述电流控制器。
5、一种用于驱动多个发光二极管的方法，包括的步骤有：
控制电源从而以预定的目标电流值形成在所述多个发光二极管中流动的电流，所述预定的目标电流值对应于所述的各个发光二极管顺序地改变；
控制多个发散开关，所述多个发散开关用于切换关于所述多个发光二极管中的每个的电流；
对应于所述目标电流值的变化顺序地导通和截止所述多个发散开关，从而所述多个发散开关之一在所述发散开关中的另一个截止之前导通。
6、根据权利要求5所述的方法，还包括的步骤有：
检测在所述多个发光二极管中流动的电流；
比较检测到的电流和所述目标电流，并输出与所述检测到的电流和所述目标电流之间的差对应的信号，用于产生脉宽调制信号；
根据所述脉宽调制信号输出用于打开和关闭电源开关的信号。
7、根据权利要求5所述的方法，还包括的步骤有：
对具有预定频率的时钟信号计数，并顺序地输出分别与多个发散开关对应的信号；
对顺序输出的信号解码并按顺序输出具有逻辑高状态的脉冲信号，其中，对于每种颜色的发光二极管并行输出所述脉冲信号；
将所述各个脉冲信号的逻辑状态从高状态变为低状态的时间点延迟，从而从高状态到低状态的改变发生在下一个发散开关的脉冲信号的逻辑状态从低状态变为高状态的时间点之后；
当所述各个输出信号被改变为逻辑高状态或逻辑低状态时，导通或截止对应的发散开关。
8、根据权利要求7所述的方法，还包括的步骤有：
关于所述各个脉冲信号输出与处于逻辑高状态的信号对应的目标电流值的数据；
将输出的所述目标电流值的数据转换成模拟信号。
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