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Feld der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Treiberschaltkreis für das Versorgen
eines elektronischen Gerätes,
wie zum Beispiel eine Leuchtdiode. Die Erfindung bezieht sich auch
auf solch ein Verfahren für das
Versorgen eines elektronischen Gerätes.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
tragbaren elektronischen Geräten,
wie zum Beispiel Mobiltelefonen und Laptops, werden DC-DC-Wandler
benötigt,
um verschiedene Unterschaltkreise innerhalb des elektronischen Gerätes mit
einem passenden Spannungspegel, am häufigsten unterschiedlich zu
dem von einer Batterie des Gerätes
gelieferte Spannungspegel, zu speisen. Der passende Spannungspegel
kann höher
oder niedriger als die Batteriespannung sein.
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Viele
tragbare, batteriebetriebene elektronische Geräte umfassen zum Beispiel eine
farbige Flüssigkristallanzeige,
und eine weiße
Leuchtdiode wird üblicherweise
als Hintergrundbeleuchtung in derartigen farbigen LCD-Anwendungen
benutzt. Einige Anwendungen, zum Beispiel DECT (Digital Enhanced
Cordless Telecommunications), verwenden eine Niederspannungsversorgung
wie zum Beispiel ein Zweizellen NiMH (nickel-metal hydride) anstelle einer
Li-Ionen-Batterie (Lithium battery), welche üblicherweise in GSM Telefonen
benutzt wird. Allerdings liefert ein Zweizellen NiMH nur 2 V, während eine weiße LED typischerweise
eine Versorgungsspannung von 4–5
V benötigt,
um richtig betrieben zu werden. Eine offensichtliche Lösung würde darin
bestehen, Batteriezellen hinzuzufügen, um die benötigte Spannung
bereit zu stellen. Jedoch sind die Kosten und die Größe eines
tragbaren elektronischen Gerätes
normalerweise wichtige Belange und das Hinzufügen von Batteriezellen summiert
sowohl die Kosten als auch die Größe. Der erforderliche Spannungspegel
der LED ist auf diese Art höher als
die Spannung, die von der Batterie des Gerätes geliefert wird, und ein
DC-DC-Wandler ist deshalb erforderlich.
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Eine
mögliche
Lösung
ist, einen DC-DC-Wandler zu verwenden, der die Ausgangsspannung
der Batterie auf 3,3 V anhebt, und dann wird eine Ladungspumpe verwendet,
um etwa 5 V zu liefern. Eine Ladungspumpe ist ein elektronischer Schaltkreis,
der Kondensatoren als Energiespeicherelemente verwendet, um eine
Eingangsgleichspannung in die erforderliche Gleichspannung umzuwandeln.
Kurz gesagt beinhaltet eine erste Stufe einen Kondensator, der über eine
Spannung verbunden und aufgeladen wird, um eine höhere Spannung
zu generieren. In der zweiten Stufe wird der Kondensator von der
ursprünglichen
Ladespannung getrennt und mit seinem negativen Anschluss wieder
mit der ursprünglichen
positiven Ladespannung verbunden und, da ein Kondensator seine Spannung
beibehält, wird
die positive Anschlussspannung dem Original hinzugefügt, wodurch
die Spannung verdoppelt wird.
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Eine
andere mögliche
Lösung
ist, einen DC-DC-Wandler alleine zu verwenden, aber dann würde ein
sehr fortschrittlicher und teurer Konverter verwendet werden müssen, welcher
die Gesamtkosten eines elektronischen Geräts vergrößern würde.
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Ein
Nachteil der Verwendung einer Lösung, die
einen DC-DC-Wandler
und eine Ladungspumpe umfasst, ist, dass der DC-DC-Wandler den hohen Strom
für die
LED bewältigen
muß. Dies
verursacht die Verwendung von teuren Komponenten und noch teureren,
sollte eine mehr als verdoppelte Spannung erforderlich sein. Es
gibt Anwendungen, in welchem die LED 40% der DC-DC-Wandlerkapazität verbraucht.
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Weiterhin
verwenden Ladungspumpen Schalter, um die Verbindung von Spannungen
zu den Kondensatoren zu steuern. Die Schalter, die z. B. als Transistoren
ausgeführt
sind und die in solchen Kleinleistungsanwendungen verwendet werden,
sind am häufigsten
begrenzt, um Lasten von ungefähr
3,6 V zu bewältigen.
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Wenn
höhere
Spannungen angewendet werden, gehen die Schalter defekt.
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Es
wäre deswegen
wünschenswert,
in der Lage zu sein, einen verbesserten Treiber für Niederspannungsanwendungen
bereit zu stellen, der vor allem ein verbessertes DC-DC-Konversionsmittel
hat.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Treiber für das Versorgen
eines elektronischen Gerätes
bereit zu stellen, wie zum Beispiel das Versorgen weißer LED-Anwendungen
in tragbaren elektronischen Geräten,
um eine verbesserte Anordnung für
das Laden eines Ladegerätes
wie zum Beispiel eines Kondensators zu haben, um dadurch die Nachteile
des Standes der Technik wenigstens zu mildern.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen preiswerten Treiberschaltkreis
bereit zu stellen, der nur wenige Komponenten benötigt und
immer noch einen adäquaten
Wirkungsgrad besitzt.
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Unter
anderem werden diese Merkmale durch einen Treiberschaltkreis entsprechend
dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 und durch ein Verfahren
entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 11 erreicht.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Treiberschaltkreis für
das Leistungsversorgen eines elektronischen Gerätes bereitgestellt. Der Treiberschaltkreis umfasst
eine Spannungsquelle, von der ein erster Anschluss mit einem Referenzpotenzial
an einem Knoten N0 und ein zweiter Anschluss mit einem Knoten N3
verbunden ist, der ein Potential des Wertes der Spannungsquelle
aufweist. Der Treiberschaltkreis umfasst weiterhin zwei Ladungspumpenanordnungen,
wobei jede einen Gleichrichter, der in Reihe mit einem Kondensator
geschaltet ist, umfasst. Die Ladungspumpenanordnungen sind mit der
Spannungsquelle verbunden und die Kondensatoren werden in einer
ersten Phase derart angeordnet, um geladen zu werden, sodass ein
Knoten N1, der zwischen dem Gleichrichter und dem Kondensator einer der
Ladungspumpenanordnungen liegt, näherungsweise ein gleiches Potential
erhält
wie der Knoten N3, und ein Knoten N2, der zwischen dem Gleichrichter
und dem Kondensator der anderen Ladungspumpenanordnungen liegt,
erhält
näherungsweise
das gleiche Potential wie Knoten N0, sodass die Spannung über den
Kondensatoren näherungsweise gleich
der Potenzialdifferenz zwischen Konten N0 und N3 ist. Schaltmittel
sind für
das Schalten der Ladungspumpenanordnungen von der ersten Phase zu einer
zweiten Phase bereitgestellt, wobei sie angeordnet sind, um während dieser
zweiten Phase gleichzeitig geladen zu werden, sodass das Potenzial
am Knoten N1 ungefähr
dem doppelten Potenzial am Knoten N3 ist und sodass Knoten N2 ein
negatives Potenzial von ungefähr
der selben Größe wie das Potenzial
am Knoten N3 hat, um dadurch ein Potenzialunterschied zwischen den
Knoten N1 und N2 von ungefähr
der dreifachen Spannung zwischen den Knoten N0 und N3 zu liefern.
Gemäß der Erfindung wird
die Ladung folglich in +Vin und in –Vin gleichzeitig gepumpt und eine Spannung
der dreifachen Batteriespannung kann erhalten werden. Der erfinderische Treiberschaltkreis
benötigt
sehr wenig Komponenten und der Preis und die Chipflächenanforderung
können
niedrig gehalten werden, um einen kosteneffizientesten und kleinen
Treiberschaltkreis bereit zu stellen. Weiterhin überschreitet die Spannung,
die an die verwendeten Schalter angelegt wird, niemals die angewendete
Batteriespannung und Schalterausfälle können deswegen vermieden werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden die zwei Ladungspumpenanordnungen zwischen
den positiven und den negativen Verbindungsendpunkten der Spannungsquelle
geschaltet, und die Schalter werden angeordnet bzw. vorgesehen,
um die Verbindung des Kondensators der ersten Ladungspumpenanordnung
zum negativen Verbindungsende der Spannungsversorgung und zum positiven
Verbindungsende der Spannungsversorgung zu ermöglichen, um so den Kondensator
zu laden. Ein erster Schalter ist zwischen dem positiven Verbindungsende
der Spannungsquelle, einem dritten Schalter und dem Kondensator
der ersten Ladungspumpenanordnung geschaltet; ein zweiter Schalter ist
zwischen dem Kondensator einer ersten Ladungspumpenanordnung, dem
Kondensator der zweiten Ladungspumpenanordnung und dem negativen
Verbindungsende der Spannungsquelle geschaltet; der dritte Schalter
ist zwischen dem positiven Verbindungsende der Spannungsversorgung,
dem Kondensator der ersten Ladungspumpenanordnung und dem Kondensator
der zweiten Ladungspumpenanordnung geschaltet; ein vierter Schalter
ist zwischen den Kondensatoren der Ladungspumpenanordnungen und
dem negativen Verbindungsende der Batterie geschaltet; ein fünfter Schalter
ist zwischen der Diode der zweiten Ladungspumpenanordnung und dem
zweiten und dem vierten Schalter geschaltet. Ein einfacher Schaltkreis
ist dadurch ausgeführt,
der nur wenige Komponenten besitzt und dennoch eine Ausgangsspannung
von der dreifachen Spannung der verwendeten Spannungsquelle ermöglicht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird ein Lastgerät
bereitgestellt, das ein Ende mit einem Knoten N1 und das andere
Ende mit einem Knoten N2 verbunden hat, wobei die Knoten die Knoten
zwischen der Diode und dem Kondensator jeder Ladungspumpenanordnung
sind. Wo die Ausgangsspannung die dreifache Spannung der Spannungsquelle
beträgt,
ist dies eine Spannung, geeignet um beispielsweise eine Leuchtdiode
zu treiben. Andere Spannungspegel können auch bereitgestellt werden, dadurch
werden verschiedene Ausgangsspannungen mittels eines relativ einfachen
und preisgünstigen
Schaltkreises ermöglicht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird der Treiberschaltkreis für das Treiben von Leuchtdioden
verwendet. Gewöhnlich
werden solche Leuchtdioden zum Beispiel für die Bereitstellung einer
Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige
verwendet und deswegen stellt die Erfindung eine kostengünstige Lösung für die Verwendung
in allgemeinen Anwendungen dar.
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Gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
werden eine oder möglicherweise
mehrere Leuchtdioden oder andere elektronische Geräte mit einem
jeweiligen Widerstand in Reihe geschaltet. Dadurch werden Unterschiede
in den Schwellenspannungen der Leuchtdioden ausgeglichen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
umfasst die Spannungsquelle zwei Nickel-Metallhydrid-Zellen. Jede
andere Spannungsquelle, die Anpassungsfähigkeit bereitstellt, könnte alternativ
verwendet werden, aber Nickel-Metallhydrid Batterien sind z. B.
für das
Treiben einer Leuchtdiode eine angemessene Wahl.
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Gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
werden die Kondensatoren und Dioden außerhalb des Chips angeordnet,
während
die Schalter auf dem Chip angeordnet werden. Deswegen wird einem Schaltungsdesigner
bei der Umsetzung des Schaltkreises Entwurfsflexibilität geliefert.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren für das Treiben
eines Kleinleistungsgerätes,
wobei die Vorteile, die dem oben Genannten entsprechen, erreicht
werden.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm über
eine konventionelle Ladungspumpe.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 3a–3b zeigen
Blockdiagramme von unterschiedlichen Phasen des Treiberschaltkreises
von 2.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm eines Simulationsmodells, das verwendet wird,
um die vorliegende Erfindung zu verifizieren.
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5 zeigt
ein Simulationsergebnis, das erhalten wird, wenn man das Simulationsmodell
von 2 verwendet.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In
der folgenden Beschreibung werden die Begriffe Treiber und Treiberschaltkreis
verwendet, um eine elektronische Komponente zu bezeichnen (z. B.
ein integrierter Schaltkreis), die verwendet wird, um eine andere
elektronische Komponente zu steuern (z. B. eine weiße Leuchtdiode).
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Es
ist schwierig eine Leuchtdiode direkt von einer Batterie zu betrieben,
weil der Entladungszustand der meisten Batterien unter der minimal
benötigten
Vorwärtsspannung
der Leuchtdioden ist, und daher wird eine Ladungspumpe verwendet.
Um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird zuerst die allgemeine
Funktion einer Ladungspumpe kurz beschrieben. 1 zeigt ein
Blockdiagramm, dass das Prinzip der Ladungspumpe veranschaulicht.
Der Schaltkreis 1 umfasst eine Anzahl von Schaltern 2, 3, 4, 5 und
mindestens zwei Kondensatoren 6, 8, die normalerweise
jeweils „fliegender
Kondensator" oder „Übertragungskondensator" und „Speicherkondensator" genannt werden.
Der Schaltkreis 1 arbeitet in zwei Phasen, eine Ladungsphase
und eine Übertragungsphase.
Während
der Ladungsphase, die in der Figur veranschaulicht ist, sind die
Schalter 2 und 5 geöffnet und die Schalter 3 und 1 sind
geschlossen. Die Batterie 7 lädt den fliegenden Kondensator 6 bis
zum Eingangsspannungspegel Vin. Während der Übertragungsphase
sind 2 und 5 geschlossen und 3 und 4 geöffnet. Die
Spannung über
den Kondensator 6 ist in Reihe mit der Eingangsspannung
Vin. Die Batterie und der Kondensator werden
beide in den Ausgangskondensator 8 entladen und die elementare
Ladungspumpe arbeitet deswegen als ein Spannungsverdoppler, der eine
Ausgangsspannung von Vout = 2· Vin generiert. Durch das Hinzufügen zusätzlicher „fliegender
Kondensatoren" und
Schaltern können
vielfache Spannungen erreicht werden. Wenn allerdings mehrere Stufen
von Ladungspumpen verwendet werden, in welchen die in einer der
Stufen eingegebene Spannung, die eine Diode enthalten, eine bestimmte Spannung übersteigt,
zum Beispiel die Batteriespannung, geht der Schalter defekt, wie
zuvor erwähnt wurde.
Ein Oszillator wird im Allgemeinen verwendet, um die Schalter zu
steuern, und die erste Phase des Taktzyklusses des Oszillators wird
verwendet, um die Schalter in der Ladungsphase zu steuern, und eine zweite
Phase des Taktzyklusses wird verwendet, um die Schalter in der Übertragungsphase
zu steuern.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
dervorliegenden Erfindung. Wie im Folgenden beschrieben wird, umfasst
der Treiberschaltkreis 10 gemäß der Erfindung, zwei Ladungspumpenanordnungen 11, 12,
wobei jede einen Gleichrichter, wie zum Beispiel eine Diode D1, D2, die in Reihe
mit einem Kondensator C1, C2 geschaltet
ist, umfasst. Es versteht sich, dass, obwohl Dioden in der Beschreibung
verwendet werden, um die Erfindung zu erläutern, andere Gleichrichtergeräte auch
verwendet werden dürfen,
die zum Beispiel eine oder mehrere halbleitende Bausteine umfassen.
Der Treiberschaltkreis 10 umfasst weiterhin eine Stromversorgung,
zum Beispiel, wie in der Figur dargestellt, eine NiMH-Batterie mit
zwei Zellen B1, B2,
die eine Spannung Vbat von typischerweise
ungefähr
2 V liefern kann. Die Spannung zwischen den Anschlüssen der
Versorgungsspannung, das heißt
zwischen den Knoten N0 und N3, kann jeden geeigneten Wert haben.
Weiterhin wird realisiert, dass andere Leistungsquellen verwendet
werden können,
z. B. alkalische Batterien oder Nickel-Cadmium-Batterien. In der Figur ist der Knoten
N0 als geerdet gezeigt, das heißt er
hat ein Potenzial von 0 V, jedoch können natürlich auch andere Referenzpotenziale
verwendet werden. Der tatsächliche
Wert des Knotens N0 wird verwendet, um die Potenziale an den anderen
Knoten in Relation zu setzen und jeder Wert kann verwendet werden,
wenn das Referenzpotenzial woanders definiert wird. Demgemäß müssen in
einem solchen Fall die Potenziale an den anderen Knoten selbstverständlich neu
berechnet werden.
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Gemäß der dargestellten
Ausführungsform umfasst
der Treiberschaltkreis 10 fünf Schalter S1, S2, S3, S4 und
S5, zum Beispiel Halbleiterschalter. Die periodische
Schaltung der Schalter S1, S2,
S3, S4, S5 wird vorzugsweise mittels eines integrierten
Frequenzoszillators (nicht dargestellt), der eine Taktfolge erzeugt,
durchgeführt.
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Der
Treiberschaltkreis 10 umfasst weiterhin Dioden D1 und D2, die mit
der Stromversorgung B1, B2 verbunden
sind und Kondensatoren C1 und C2,
die in Reihe mit einer jeweiligen Diode D1,
D2 geschaltet sind. Die Dioden D1 und D2 sind vorzugsweise
extern platzierte Halbleiterdioden wie zum Beispiel Schottkydioden,
die einen niedrigen Vorwärtsspannungsabfall
haben und eine sehr schnelle Schaltaktion besitzen. In einer alternativen
Ausführungsform
werden die Dioden D1 und D2 auf
dem Chip platziert. Zwischen der Diode und dem Kondensator beider
Diode-Kondensator-Paare, bezeichnet als Knoten N1 und N2, kann ein
elektronisches Gerät
angeschlossen werden. In der beispielhaften Ausführungsform der 1 ist
das elektronische Gerät
eine Leuchtdiode (LED) D3, welche zum Beispiel
für die
Verwendung zur Hintergrundbeleuchtung in LCDs geeignet ist. Im Folgenden
wird die LED D3 als Illustrierung verwendet,
aber es wird festgestellt, dass jedes elektronische Gerät mit den
Knoten N1 und N2 verbunden werden könnte, zum Beispiel ein Funksenderschaltkreis,
ein elektromechanisches Gerät
oder Ähnliches,
was eine höhere
Spannung benötigt.
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In
einer ersten Phase leiten die Schalter S2, S3 und S5, wie in 3a dargestellt,
während
die Schalter S1 und S4 nicht
leiten. Wenn angenommen wird, dass die Dioden D1 und
D2 als ideale Dioden mit einem Spannungsabfall
von 0 V leiten, werden die Kondensatoren C1 und
C2 bis ungefähr zur Quellenspannung geladen,
das heißt
die Spannung über
beide Kondensatoren C1 und C2 ist
dann Vbat. Die Spannung über der LED D3 ist
zu niedrig für
eine maßgebliche
und ordentliche Lichtemission, da die benötigten Vorwärtsspannungen einer weißen LED
typisch ungefähr
4 V beträgt.
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In
einer zweiten Phase leiten die Schalter S1, S4 und S5, wie in 3b dargestellt,
während
die Schalter S2 und S3 nicht
leiten. Da der Schalter S2 nicht leitet,
ist der Kondensator C1 mit seinem negativen
Anschluss mit der positiven Ladespannung Vbat verbunden,
und da ein Kondensator die Spannung Vbat der
ersten Phase darüber
aufrecht erhält,
verursacht diese Verbindung den Kondensator C1 auf
die doppelte positive Spannung geladen zu werden, das heißt der Knoten
N1 wird auf die Spannung 2·Vbat verschoben.
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Gleichzeitig
wird, da der Schalter S4 nicht leitet, die
positive Seite des geladenen Kondensators C2 von
+Vbat verschoben und mit Erde verbunden
und dadurch die Referenzspannung auf die positive Seite des Kondensators
C2 geändert,
das heißt
der Knoten N2 wird zur Spannung –Vbat verschoben.
Die zwischen den Knoten N1 und N2 erhältliche Spannung, d. h. über der
weißen
LED D3, wird idealerweise zu 2·Vbat – (–Vbat) = 3·Vbat Nun
ist die Spannung über
D3 groß genug
für Lichtemission
und die Kondensatoren C1 und C2 werden
durch die LED D3 entladen. Vorzugsweise
wird ein Widerstand bereitgestellt, um den Strom durch die LED D3 zu begrenzen.
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Es
wird festgestellt, dass es Verluste in einem Schaltkreis gibt und
dass die Potenziale an den Knoten N1 und N2 jeweils näherungsweise
gleich 2·Vbat und –Vbat sind. Auf diese Art wird der Ausdruck „näherungsweise
gleich mit" einem
bestimmten Potenzial verwendet, um Verluste im Gleichrichter und den
Schaltern zu berücksichtigen.
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In
den meisten Fällen
ist eine einzige weiße LED
nicht ausreichend für
die Beleuchtung und mehrere LED's
müssen
zusammen betrieben werden. Deswegen werden in einer alternativen Ausführungsform
mehrere parallele LED-Bausteine verwendet; ein solcher zusätzlicher
LED-Baustein, der eine LED Di und einen
Widerstand Ri umfasst, ist in 2 mit gestrichelten
Linien angedeutet. Vorzugsweise hat jeder Zweig einen Widerstand,
der in Reihe Ri mit der jeweiligen LED Di geschaltet ist, wodurch die Widerstände R1, ..., Ri, ...,
Rn die Differenzen der Schwellenspannungen
ausgleichen, das heißt
die benötigte Vorwärtsspannung
in den n parallelen Bausteinen. Solche Unterschiede in den Schwellenspannungen können zum
Beispiel durch die Unterschiede in der Größe der LED, dem Herstellungsprozess
der LED und der Temperatur der LED in einer entsprechenden Lichtquelle
entstehen. Idealerweise wird der gleiche Strom durch alle parallel
geschalteten LEDs gespeist, sodass alle LEDs die gleiche Helligkeit
haben, wodurch eine gleichmäßige Beleuchtung
bereitgestellt werden kann.
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Der
Schalter S5 wird für die Ladungspumpfunktion nicht
benötigt,
aber der Signalpfad durch D1, D3 und D2 muss ausgeschaltet werden
und dies wird vorzugsweise mittels des Schalters S5 erreicht.
In einer anderen Ausführungsform
kann der Schalter S5 weggelassen werden,
aber dann kann es einen Leistungsverbrauch geben, zum Beispiel kann
die LED ein bisschen leuchten.
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Der
Strom durch eine LED ist empfindlich auf die Batteriespannung und
eine durch Batterieentladungen verursachte Veränderung der Betriebsspannung
kann die Farbe oder Intensität ändern, da
eine Änderung
der Betriebsspannung den Vorwärtsstrom ändert. Deswegen
können
vorzugsweise einige Mittel zum Bewältigen der veränderlichen
Spannungen beinhaltet sein. Zum Beispiel könnten Strombegrenzer am Schalter
S4 und/oder Schalter S1 (nicht
dargestellt) hinzugefügt
werden. Alternativ kann die Batteriespannung mit einer on-chip-Batteriemesseinheit gemessen
werden und jegliche Spannungsveränderung
könnte
durch Anpassung der Pumpfrequenz des Oszillators kompensiert werden.
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In 2 deuten
die umrahmten Kreuze Pads (Anschlussflächen) eines Chips an, und,
wie gezeigt, sind die Schalter vorzugsweise auf dem Chip platzierte
interne Komponenten, während
die Dioden und Kondensatoren außerhalb
des Chips platziert werden. Die Größe der benötigten Kondensatoren ist im
Allgemeinen zu groß für die Standard
IC-Technologie (Integrated Circuit technology). Weiterhin sind die
Spannungen an den Konten N1 und N2 typischerweise zu hoch für die IC-Technologie.
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In 4 ist
ein Blockdiagramm eines Simulationsmodells gezeigt, das zum Prüfen der
vorliegenden Erfindung verwendet wurde, in welchem die gleichen
Bezugszeichen, die in 2 verwendet wurden, übereinstimmende
Elemente bezeichnen. Eine einzelne LED wurde bei der Simulation
verwendet.
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5 ist
ein Schaubild von Simulationsergebnissen, das beim Ausführen der
Simulationen in Übereinstimmung
mit dem Simulationsmodell von 4 erhalten
wird. Die y-Achse bildet die Spannung zwischen den Knoten N1–N2 ab und
die x-Achse bildet die Zeitskala ab. Die Ergebnisse zeigten, dass
die Spannung über
der LED D3 ungefähr 4,1 V war, wenn eine 2 V
Batteriequelle verwendet wurde.
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Auf
diese Art umfasst der Treiberschaltkreis gemäß der Erfindung eine Spannungsquelle,
zwei Ladungspumpenanordnungen und Schaltmittel. Jede Ladungspumpenanordnung
umfasst einen Gleichrichter, zum Beispiel eine Diode, die in Reihe
mit einem Kondensator geschaltet ist, und die Ladungspumpenanordnungen
sind mit der Spannungsquelle verbunden. Während einer ersten Phase werden
die Kondensatoren angeordnet, um zu einem positiven Spannungspegel,
der ungefähr
gleich des Spannungspegels der Spannungsquelle ist, geladen zu werden.
Die Schaltmittel werden bereitgestellt, um die Ladungspumpenanordnungen
von der ersten Phase auf eine zweite Phase zu schalten, wodurch die
Ladungspumpenanordnungen angeordnet werden, um während der zweiten Phase gleichzeitig
geladen zu werden. Einer der Kondensatoren wird auf eine positive
Spannung des ungefähr
doppelten Spannungspegels, der durch die Spannungsquelle bereitgestellt
wird, geladen und der Andere der Kondensatoren wird auf einen negativen
Spannungspegel geladen, der eine Größe hat, die ungefähr gleich der
Größe der Spannungsquelle
ist. Dadurch wird eine Spannungsdifferenz zwischen den Kondensatoren
des ungefähr
dreifachen Spannungspegels der Spannungsquelle bereitgestellt.
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Zusammenfassend
stellt die vorliegende Erfindung einen verbesserten Treiberschaltkreis
für Kleinleistungsanwendungen
bereit. Gemäß der Erfindung
wird die Ladung in beide Richtungen gleichzeitig gepumpt, das heißt +Vin und –Vin, und eine Spannung der dreifachen Batteriespannung
kann erhalten werden. Der erfinderische Treiberschaltkreis benötigt sehr
wenige Komponenten und der Preis und die Chipflächenanforderung kann niedrig
gehalten werden, um einen kostengünstigsten und kleinen Treiberschaltkreis
bereit zu stellen. Weiterhin überschreitet
die Spannung, die an die verwendeten Schalter angelegt wird, niemals
die Batteriespannung, und Schalterausfälle können deswegen vermieden werden.