DE102017110195B4

DE102017110195B4 - Led-matrixtreiber mit geschalteten kondensatoren

Info

Publication number: DE102017110195B4
Application number: DE102017110195.0A
Authority: DE
Inventors: Andrea Logiudice; Maurizio Galvano
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2037-05-12
Also published as: CN107426855A; DE102017110195A1; CN107426855B; US9578701B1

Abstract

Verfahren, das Folgendes umfasst:Bestimmen einer maximalen LED-Strangspannung durch ein Matrixtreibersystem (10; 50) einer lichtemittierenden Diode, LED (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C), die zumindest einem LED-Strang (32, 34) einer Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) zugeordnet ist; undals Antwort auf das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung, Einstellen einer Ausgangsspannung eines Reglerausgangs durch das LED-Matrixtreibersystem (10; 50), wobei:der Reglerausgang mit einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen einer Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) mit geschalteten Kondensatoren gekoppelt ist undein jeweiliger Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) der Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um einen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) anzusteuern, wobei die jeweilige LED-Strangspannung niedriger oder gleich der maximalen LED-Strangspannung ist,wobei das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung ein Bestimmen einer Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in jedem entsprechenden LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) umfasst, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) ineinem jeweiligen LED-Strang (32, 34), Festlegen einer Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100)für den jeweiligen LED-Strang (32, 34) durch das LED-Matrixtreibersystem (10; 50) basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Anmeldung betrifft Treiberschaltungen für Leuchtdioden (lichtemittierende Dioden, LEDs).
HINTERGRUND
In Vorrichtungen und Systemen, in denen lichtemittierende Dioden (LEDs) zum Einsatz kommen, können die LEDs in Strängen angeordnet sein. Einige Beispiele können Anzeigen, Computerbildschirme, Kraftfahrzeugbeleuchtungen und ähnliche Vorrichtungen umfassen. Um einen korrekten LED-Betrieb zu ermöglichen, kann ein Strom- oder Spannungsregler mehr als einem LED-Strang Leistung bereitstellen. Wenn die LED-Stränge jeweils denselben Durchlassspannungsabfall aufweisen, beispielsweise können die LED-Stränge dieselbe Anzahl von LEDs auf jedem Strang aufweisen, dann kann ein einzelner Spannungsregler mehrere Stränge effizient speisen. Allerdings kann der Wirkungsgrad aufgrund kleiner Durchlassspannungsdifferenzen zwischen verschiedenen LED-Strängen drastisch abnehmen. Manche Techniken zum effizienten Ansteuern verschiedener LED-Stränge mit verschiedenen Durchlassspannungen können sperrig, teuer oder beides sein. Es ist eine Aufgabe, hier verbesserte Möglichkeiten bereitzustellen.
Die DE 10 2010 013 319 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem eine maximale LED-Strangspannung einer Vielzahl von LED-Strängen und ein Einstellen einer entsprechenden Spannung für die LED-Stränge kleiner als die Maximalspannung mittels eines Wandlers.
Die DE 198 41 490 A1 und die DE 10 2008 056 748 A1 offenbaren weitere Verfahren zum Versorgen von LEDs mit elektrischer Leistung.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden ein Verfahren nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 4 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 10 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Im Allgemeinen betrifft die Anmeldung Verfahren zum effizienten Ansteuern mehrerer lichtemittierender Dioden-(LED-) Stränge aus einer einzelnen geregelten Quelle. In den Verfahren der vorliegenden Anmeldung kann ein Gleichstromwandler mit geschalteten Kondensatoren zwischen der geregelten Quelle und dem LED-Strang zum Einsatz kommen.
In einem Beispiel betrifft die Anmeldung ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Bestimmen, durch ein Matrixtreibersystem einer lichtemittierenden Diode (LED), einer maximalen LED-Strangspannung, die zumindest einem LED-Strang einer Vielzahl von LED-Strängen zugeordnet ist; und als Antwort auf das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung Einstellen einer Ausgangsspannung eines Reglerausgangs durch das LED-Matrixtreibersystem, wobei: der Reglerausgang mit einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen einer Vielzahl von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren (SC) gekoppelt ist und ein jeweiliger SC-Wandler der Vielzahl von SC-Wandlern eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen anzusteuern, wobei die jeweilige LED-Strangspannung niedriger oder gleich der maximalen LED-Strangspannung ist, wobei das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung das Bestimmen einer Anzahl aktiver LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen umfasst,
wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang Festlegen durch das LED-Matrixtreibersystem einer Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang.
In einem weiteren Beispiel betrifft die Anmeldung ein System, das Folgendes umfasst: eine Vielzahl von LED-Strängen, wobei jeder LED-Strang in der Vielzahl von LED-Strängen eine Vielzahl von LEDs umfasst und einer der Vielzahl von LED-Strängen eine maximale LED-Strangspannung definiert; eine Vielzahl von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren (SC), wobei jeder entsprechende SC-Wandler der Vielzahl von SC-Wandlern einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und wobei der Ausgangsanschluss eines jeweiligen SC-Wandlers mit einem jeweiligen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen gekoppelt ist und einem jeweiligen LED-Strang Spannung bereitstellt, um jeden entsprechenden LED-Strang anzusteuern; und einen Spannungsregler, wobei ein Spannungsreglerausgang mit jedem Eingangsanschluss der Vielzahl von SC-Wandlern gekoppelt ist und das System eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend zumindest teilweise auf der maximalen LED-Strangspannung einstellt, wobei das System so konfiguriert ist, dass es eine Anzahl aktiver LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen bestimmt und als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang eine Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-String festlegt, wobei zumindest ein Teil des Systems eine integrierte Schaltung umfasst.
In einem weiteren Beispiel betrifft die Anmeldung eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von LED-Strängen, wobei jeder LED-Strang in der Vielzahl von LED-Strängen eine Vielzahl von LEDs umfasst und einer der Vielzahl von LED-Strängen eine maximale LED-Strangspannung definiert; eine Vielzahl von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren (SC), wobei jeder entsprechende SC-Wandler der Vielzahl von SC-Wandlern einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und wobei der Ausgangsanschluss eines jeweiligen SC-Wandlers mit einem jeweiligen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen gekoppelt ist und eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um jeden entsprechenden LED-Strang anzusteuern; und einen Spannungsregler, wobei ein Spannungsreglerausgang mit jedem Eingangsanschluss der Vielzahl von SC-Wandlern gekoppelt ist und das System eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend zumindest teilweise auf der maximalen LED-Strangspannung einstellt, wobei die Vorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Anzahl aktiver LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen bestimmt und als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang eine Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang festlegt.
Die Details eines oder mehrerer Beispiele der Anmeldung sind in den beigefügten Zeichnungen und der untenstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Anmeldung erschließen sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Patentansprüchen.
Figurenliste

1A ist ein konzeptuelles und schematisches Blockdiagramm, das ein beispielhaftes LED-Matrixtreibersystem unter Verwendung von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren veranschaulicht.
1B ist ein Diagramm, das den Wirkungsgrad eines SC-Wandlers bei schwankender Eingangsspannung zeigt.
1C ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie der Wirkungsgrad eines SC-Wandlers abnehmen kann, wenn sich die Ausgangsspannung von der Eingangsspannung unterscheidet, multipliziert mit der Spannungsverstärkung.
2 ist ein konzeptuelles und schematisches Blockdiagramm, das ein weiteres beispielhaftes LED-Matrixtreibersystem mit geschalteten Kondensatoren veranschaulicht, gemäß den Verfahren der vorliegenden Anmeldung.
3 ist ein konzeptuelles und schematisches Diagramm, das einen beispielhaften SC-Wandler veranschaulicht, der maximal drei LEDs ansteuern kann.
4A-4F sind konzeptuelle und schematische Diagramme, die den Betrieb eines beispielhaften SC-Wandlers veranschaulichen, der konfiguriert ist, um Mehrfachverstärkungen abhängig von der LED-Strang-Konfiguration umzusetzen.
5 stellt einen beispielhaften LED-Strang mit einem SC-Wandler und einen zusätzlichen Stromregler dar.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Ansteuern mehrerer LED-Stränge mit verschiedenen LED-Strangspannungsabfällen aus einer einzelnen geregelten Quelle veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren zum effizienten Ansteuern mehrerer Stränge lichtemittierender Dioden (LEDs) aus einer einzelnen geregelten Quelle. In den Verfahren der vorliegenden Anmeldung kann ein Gleichstromwandler mit geschalteten Kondensatoren zwischen der geregelten Quelle und dem LED-Strang zum Einsatz kommen. Der Wandler mit geschalteten Kondensatoren (SC) kann Mehrfachverstärkungspegel aufweisen, um die Treiberspannung aus der geregelten Quelle an jeden entsprechenden LED-Strang effizient anzupassen. In manchen Beispielen kann der SC-Wandler Verstärkungspegel aufweisen, so dass der SC-Wandler eine LED-Strangspannung bereitstellen kann, die ein approximatives Vielfaches der Anzahl von LEDs in dem LED-Strang ist. Mit der korrekten Verstärkung Gi kann der ideale Wirkungsgrad des SC-Wandlers 100 % erreichen. In einem Beispiel kann ein LED-Treibersystem eine Steuerung umfassen, die die Anzahl von aktiven LEDs in einem LED-Strang festlegen kann. Eine „aktive“ LED kann eine LED sein, durch die elektrischer Strom fließt und die Leistung verbraucht. Die Steuerung kann die SC-Wandlerverstärkung für einen jeweiligen LED-Strang basierend auf der Anzahl von aktiven LEDs in diesem LED-Strang festlegen.
Wenn verschiedene LED-Ketten mit verschiedenen Anzahlen von LEDs oder verschiedenen LED-Strangspannungen aus einer einzelnen geregelten Quelle angesteuert werden, nimmt der Wirkungsgrad der Systemleistungsumwandlung von der Batterie zu den verschiedenen LED-Strängen aufgrund kleiner Differenzen der LED-Strangspannung im Vergleich zum Spannungsausgang der einzelnen regulierten Quelle drastisch ab. Beispielsweise kann ein Matrix-LED-Treiber oder dynamisches Aussteuerungsbereich-Steuerverfahren für eine Matrix von LED-Strängen derselben Durchlassspannung gut geeignet sein. Sobald die LED-Stränge verschiedene Spannungen aufweisen, kann die Verlustleistung der Stromquelle mit dem höchsten Abfall schwere Wirkungsgradverluste herbeiführen. Ein Gleichstromwandler für jeden LED-Strang kann einen effizienten Betrieb ermöglichen, wobei jeder LED-Strang eine andere Durchlassspannung als andere LED-Stränge, die von derselben geregelten Quelle angesteuert werden, aufweisen kann.
Ein weiteres Verfahren zum effizienten Ansteuern einer Matrix oder Serie von LED-Strängen kann darin bestehen, einen Abwärtswandler mit Schaltinduktoren in jeden LED-Strang aufzunehmen. Der Abwärtswandler kann die Anzahl von aktiven LEDs in einem LED-Strang nachverfolgen und die LED-Strangspannung an die Anzahl von aktiven LEDs in dem LED-Strang anpassen. Der induktive Abwärtswandler kann die Spannung spezifisch an diesen LED-Strang anpassen. Da Abwärtswandler mit Schaltinduktoren sehr effizient sein können, kann das Gesamtsystem einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, auch wenn jeder LED-Strang eine von den anderen LED-Strängen verschiedene LED-Strangspannung aufweist. Der Wirkungsgrad eines induktiven Abwärtswandlers kann sich bei hohen Arbeitszyklen verbessern, denn je näher die Hauptspannungsregler-Ausgangsspannung der Durchlassspannung des höchsten LED-Strangs kommt, desto höher der Arbeitszyklus, desto höher der Wirkungsgrad. Allerdings kann jeder induktive Abwärts-Gleichstrom-Leistungswandler einen Leistungsinduktor erfordern, die teuer, sperrig und eine Quelle von Strahlungsemissionen sind, die elektromagnetische Störungen (EMI) verursachen können. Da jeder LED-Strang einen induktiven Abwärts-Leistungswandler erfordern kann, erfordert jeder Strang einen teuren und sperrigen Induktor. Im Gegensatz dazu sind diskrete Kondensatorkomponenten, wie sie in einem SC-Wandler verwendet werden, sehr klein, kostengünstig und weisen nicht das EMI-Potential eines Induktors auf. Durch Verwenden eines SC-Wandlers in jedem Strang kann ein System die Vorteile niedriger Kosten und kleiner Größe im Vergleich zu Systemen erreichen, in denen ein induktiver Abwärtsleistungswandler für jeden Strang zum Einsatz kommt. Ein SC-Wandler, der so konfiguriert ist, dass die Verstärkung ein Vielfaches der Anzahl von LEDs in einem LED-Strang ist, kann die Komplexität im Vergleich zu anderen Optionen signifikant reduzieren. Ebenso kann ein SC-Wandler abhängig von den Leistungserfordernissen für die LED-Stränge auf einer integrierten Schaltung hergestellt werden.
1A ist ein konzeptuelles und schematisches Blockdiagramm, das ein beispielhaftes LED-Matrixtreibersystem unter Verwendung von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren veranschaulicht. 1A stellt LED-Matrixtreibersystem 10 (schlicht System 10 genannt) dar, das eine oder mehrere LED-Stränge umfassen kann, die durch eine Leistungsversorgung angesteuert werden und durch verschiedene elektrische Komponenten gesteuert werden. Beispielhafte Verwendungen für System 10 können Fahrzeugbeleuchtung, Anzeigenbeleuchtung, Raum- oder Gebäudebeleuchtung und weitere Verwendungen umfassen. Beispielsweise kann ein Kraftfahrzeug LED-Stränge als Teil der Scheinwerfer, Blinker, Rücklichter oder Innenbeleuchtung umfassen.
Das Beispiel des in 1A gezeigten Systems 10 kann Spannungsregler 20, einen oder mehrere Gleichstromwandler mit geschalteten Kondensatoren (SC) 30A-30B, einen Summierverstärker 24, Max-Selektor 26 und einen oder mehrere LED-Stränge 32 und 34, die durch Schalter 36 gesteuert werden, umfassen. Spannungsregler 20 kann Ausgang 22 umfassen, der mit den Eingangsanschlüssen jedes entsprechenden SC-Wandlers 30A und 30B sowie mit einem Umkehreingang des Summierverstärkers 24 gekoppelt ist. Summierverstärker 24 kann auch ein Ausgangssignal von Max-Selektor 26 und eine Spannung, die einem Vielfachen jedes LED-Spannungsabfalls (V_LED) entspricht, empfangen. Jeder entsprechende SC-Wandler kann eine LED-Strangspannung bereitstellen, die abhängig von jedem entsprechenden LED-Strang verschieden sein kann. Beispielsweise kann SC-Wandler 30B eine LED-Strangspannung an LED-Strang 34 bereitstellen, die einen anderen Wert aufweist als das LED-Strangspannungsausgangssignal von SC-Wandler 30A an LED-Strang 32. In dem Beispiel von 1A ist die Versorgungsspannung V_BAT, die zwischen Masse und Regler 20 verbindet. In weiteren Beispielen kann die Versorgungsspannung von einer Batterie oder einer ähnlichen Leistungsquelle kommen.
Das Ausgangssignal des Spannungsreglers 20 kann beispielsweise auf ein Vielfaches der Anzahl von LED-Durchlassspannungen festgelegt werden oder kann auf die im System vorhandene maximale LED-Strangspannung festgelegt werden. Die maximale LED-Strangspannung kann die höchste Spannung sein, die erforderlich ist, um einen jeweiligen LED-Strang richtig zu betreiben. Regler 20 kann jedem Eingangsanschluss des einen oder der mehreren SC-Wandler 30A-30B durch Ausgang 22 elektrische Leistung bei einer geregelten Spannung bereitstellen. Der Wert des Ausgangssignals von Spannungsregler 20, V_OUT, kann auch als „Zwischenspannung“ bezeichnet werden, da es ein Wert zwischen V_BAT und der LED-Strangspannung V_STRi ist.
LED-Stränge 32 und 34 können eine Vielzahl von LEDs (32A-32D und 34A-34C) umfassen. Das Beispiel von 1A stellt System 10 mit zwei LED-Strängen dar, allerdings kann ein LED-Matrixtreibersystem eine beliebige Anzahl von LED-Strängen aufweisen. Jede LED kann durch einen Schalter 36A-36C gesteuert werden. Wenn ein Schalter geöffnet ist, kann die zugeordnete LED eine aktive LED sein. Wenn beispielsweise Schalter 36A geöffnet ist, kann Strom durch LED 34A fließen. Daher kann 34A eine aktive LED sein, die Licht emittiert. Ein geschlossener Schalter 36A kann ermöglichen, dass Strom LED 34A umgeht, so dass LED 34 keine aktive LED mehr ist und keine Leistung mehr verbraucht und kein Licht mehr emittiert. Eine LED in einem LED-Strang von Beispiel 10 kann Licht in einem Frequenzbereich wie beispielsweise Weiß, Blau, Infrarot oder weiteren Frequenzen und Farben emittieren. Eine LED kann konfiguriert sein, um eine einzelne Farbe oder mehr als eine Farbe zu emittieren.
Eine LED kann einen Spannungsabfall (V_LED) aufweisen. Die Begriffe Spannungsabfall, Durchlassspannung und Durchlassspannungsabfall können in der gesamten vorliegenden Anmeldung austauschbar verwendet werden. Die LEDs in einem LED-Strang können alle denselben Spannungsabfall aufweisen oder jede kann einen anderen Spannungsabfall aufweisen. Beispielsweise kann der Spannungsabfall für LED 32A etwa gleich sein wie der Spannungsabfall für LED 32D, d.h. $V_{LED - 32 A} \approx V_{LED - 32 D} .$
LEDs können etwa denselben Spannungsabfall aufweisen, ob jede LED vom selben Typ ist oder sich die Typen voneinander unterscheiden. Herstellungsschwankungen, Unterschiede bei den Rohmaterialien oder Montageverfahren können dazu führen, dass LEDs desselben Typs kleine Unterschiede in V_LED aufweisen, aber dennoch als etwa gleich zueinander erachtet werden.
In Beispielen, bei denen der LED-Spannungsabfall etwa gleich für jede LED in einem LED-Strang ist, kann System 10 eine LED-Strangspannung (V_STRi) bestimmen, und zwar durch Multiplizieren der Anzahl aktiver LEDs mit dem LED-Spannungsabfall. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass in LED-Strang 34 die Schalter 36A und 36C geöffnet sind, während Schalter 36B geschlossen ist. Daher sind LEDs 34A und 34C aktive LEDs. System 10 kann die LED-Strangspannung für LED-Strang 34 entsprechend der folgenden Gleichung bestimmen: $V_{STRN} = 2 * V_{LED} .$
System 10 kann ebenso die LED-Strangspannung für beliebige des einen oder der mehreren LED-Stränge in System 10 bestimmen. In Beispielen, in denen der LED-Spannungsabfall V_LED für jede LED in einem LED-Strang nicht etwa gleich ist, kann System 10 den LED-Spannungsabfall für jede LED in einem LED-Strang individuell addieren, um die LED-Strangspannung V_STRi zu bestimmen.
Max-Selektor 26 bestimmt, welcher des einen oder der mehreren LED-Stränge die höchste Mindestspannung für einen richtigen Betrieb erfordert, und gibt diese höchste Mindestspannung aus. In dem Beispiel von 1A umfasst LED-Strang 32 vier LEDs, während LED-Strang 34 bis zu drei LEDs umfasst. Angenommen, alle LEDs in jedem Strang sind aktive LEDs und alle weisen denselben Spannungsabfall (V_LED) auf, dann muss für LED-Strang 32 die LED-Strangspannung (V_STR1) höher sein als die LED-Strangspannung (V_STRN) für LED-Strang 34. Daher ist LED-Strang 32 der LED-Strang mit der maximalen LED-Strangspannung max(V_STRi) für das Beispielsystem 10. Max-Selektor 26 kann bestimmen, dass LED-Strang 32 die maximale Strangspannung max(V_STRi) = V_STR1 erfordert, und diese Information durch den Summierverstärker 24 an Regler 20 übermitteln. Dies kann herbeiführen, dass Regler 20 zumindest max(V_STRi) ausgibt, um für einen richtigen Betrieb einen ausreichenden Aussteuerungsbereich für alle Stromquellen, SC-Wandler 30A-30B, sicherzustellen.
Summierverstärker 24 kann Eingangssignale von Max-Selektor 26, Rückkopplung von Reglerausgang 22 und zusätzliche Systemeingangssignale k*V_LED empfangen. Das zusätzliche Systemeingangssignal kann einen Faktor umfassen, um einen zusätzlichen Aussteuerungsbereich für den richtigen Betrieb aller Stromquellen zu ermöglichen. Das zusätzliche Systemeingangssignal kann einen LED-Spannungsabfall V_LED, multipliziert mit einem zusätzlichen Spannungsfaktor k, wobei k eine Ganzzahl ist, umfassen. Das Zwischenspannungsausgangssignal aus Regler 20 kann der folgenden Gleichung entsprechen: $V_{OUT} = max (V_{STRi}) + k * V_{LED} .$
Für einen maximalen Systemwirkungsgrad sollte die Spannung V_OUT des Reglers 20 die minimal mögliche Spannung sein, die den SC-Wandlern 30A-30B ermöglicht, die korrekte LED-Strangspannung (V_STRi) bereitzustellen, um jeden LED-Strang richtig zu betreiben. Der Systemwirkungsgrad wird unten für 1B ausführlicher diskutiert. In manchen Beispielen kann der zusätzliche Spannungsfaktor null sein (k = 0).
Jeder LED-Strang in System 10 kann einen Gleichstromwandler mit geschalteten Kondensatoren (SC) 30A-30B umfassen. Der SC-Wandler kann für jeden Strang die LED-Strangspannung V_STRi bereitstellen, um den LED-Strang richtig zu betreiben. Der SC-Wandler kann eine LED-Strangspannung basierend zumindest teilweise auf der Anzahl von aktiven LEDs in einem LED-Strang bereitstellen. Angenommen, dass beispielsweise für LED-Strang 32 alle LEDs aktiv sind und jede LED dieselbe Durchlassspannung V_LED aufweist, dann ist die LED-Strangspannung V_STR1 = 4*V_LED. Durch Bereitstellen von nicht mehr als der LED-Strangspannung, die erforderlich ist, um die aktiven LEDs richtig zu betreiben, kann der SC-Wandler den besten Wirkungsgrad erreichen. Ebenso kann System 10 durch Sicherstellen, dass die Ausgangsspannung des Spannungsreglers V_OUT so klein wie möglich ist, wobei ein ausreichender Aussteuerungsbereich für einen richtigen Betrieb aller SC-Wandler sichergestellt wird, den maximalen Wirkungsgrad erreichen. In weiteren Beispielen kann der SC-Wandler den SC-Wandler-Ausgangsstrom, z.B. I_STRi, regeln, um einen richtigen Strangbetrieb sicherzustellen.
Der beispielhafte Gleichstrom-SC-Wandler 30B umfasst einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang für den SC-Wandler 30B ist der Ausgang 22 von Regler 20 (V_OUT). Der Ausgang für SC-Wandler 30B ist die LED-Strangspannung V_STRN für LED-Strang 34. Die Verstärkung von SC-Wandler 30B kann folgendermaßen dargestellt werden: $G_{30 B} = \frac{V_{S T R N}}{V_{O U T}}$
Im Allgemeinen kann für einen beliebigen SC-Wandler der maximale Wirkungsgrad folgendermaßen dargestellt werden: $E ƒ ƒ__{M A X} = \frac{V_{S T R i}}{V_{O U T} * G i}$
Wenn nun V_OUT = k*V_LED + max (V_LED), wie in 1 gezeigt, festgelegt ist, dann kann der maximale Wirkungsgrad folgendermaßen geschrieben werden: $E ƒ ƒ__{M A X i} = \frac{V_{L E D i}}{(K * V_{L E D} + max (V_{L E D})) * G i}$
Angenommen, alle LEDs in System 10 weisen etwa dieselbe Durchlassspannung V_LED auf und max(V_STRi) ist die höchste LED-Strangspannung V_STRi von System 10, dann kann die Gleichung vereinfacht werden durch Ersetzen von V_STRi und max(V_STRi) mit: $V_{STRi} = n * V_{LED},$
$max (V_{STRi}) = m * V_{LED},$
wobei

n = die Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang,
m = die Anzahl aktiver LEDs in dem LED-Strang mit der maximalen LED-Strangspannung und
(k+m) = der Verstärkungsfaktor für die maximale Strangspannung für einen beliebigen gegebenen Strang V_STRIi.

Die Gleichung wird zu: $E ƒ ƒ__{M A X i} = \frac{n * V_{L E D}}{(k * V_{L E D} + m * V_{L E D}) * G i} = \frac{n}{(k + m) * G i}$
Daher kann die Verwendung eines SC-Wandlers mit G_i gemäß der untenstehenden Gleichung einen theoretischen maximalen Wirkungsgrad von 100 % erreichen: $G i = \frac{n}{(k + m)}$
Manche Beispiele für System 10 können eine SC-Wandlerverstärkung gemäß der obigen Gleichung unter Verwendung eines SC-Wandlers implementieren, der als ein Mehrfachverstärkungs-SC-Wandler konfiguriert ist, in dem die Verstärkung ein Bruch von zwei Ganzzahlen ist. Die Zwischenspannung V_OUT von Regler 20 kann so konfiguriert sein, dass sie ein Vielfaches der LED-Durchlassspannung V_LED ist. Daher kann das System eine Verstärkung Gi für einen jeweiligen SC-Wandler wählen, die aus dem SC-Wandler eine LED-Strangspannung V_STRi ausgeben kann, die ein Bruchzahlwert der Reglerspannung V_OUT ist.
Es sei beispielsweise angenommen, dass in System 10 V_STR1 = 4*V_LED und V_STRN = 3*V_LED und k = 0. Der Ausgang von Regler 20 kann folgendermaßen konfiguriert sein: $max (V_{STRi}) = m * V_{LED} = 4 * V_{LED} = V_{OUT} .$
und die Verstärkungen Gi der SC-Wandler sind festgelegt auf: $G_{30 A} = 1, {w \ddot{a} hrend G}_{30 B} = 3 / 4.$
In diesem Fall kann der maximale Wirkungsgrad jedes entsprechenden SC-Wandlers geschrieben werden als: $E ƒ ƒ__{S C}__{M A X}__{30 A} = \frac{4 * V_{L E D}}{4 * V_{L E D} * 1} = 1$
$E ƒ ƒ__{S C}__{M A X}__{30 B} = \frac{3 * V_{L E D}}{4 * V_{L E D} * 3 / 4} = 1$
Der Wirkungsgrad von System 10 hängt daher vom Wirkungsgrad von Regler 20 ab, der so konfiguriert sein kann, dass er nahe 100 % liegt, beispielsweise unter Verwendung eines Wandlers mit Schaltinduktoren. Der maximale Wirkungsgrad von System 10 kann folgendermaßen berechnet werden: $E ƒ ƒ__{s y s t e m}__{M A X} = E ƒ ƒ_{R e g u l a t o r} * E ƒ ƒ_{S C_{M A X}} = E ƒ ƒ_{R e g u l a t o r}$
da Eff_SCMAX= 1.
Ein hoher Wirkungsgrad kann in Beispielen wie einem Elektrofahrzeug wünschenswert sein. In einem Elektrofahrzeug kann ein hoher Wirkungsgrad den Batterieverbrauch minimieren und kann ein Vorteil sein, der die Fahrzeugreichweite maximiert. Zusätzlich dazu kann die Verwendung eines SC-Wandlers für jeden LED-Strang Vorteile gegenüber anderen Typen von Gleichstromwandlern bieten. Wandler mit geschalteten Kondensatoren können kleiner und kostengünstiger sein als andere Typen von Gleichstromwandlern. Die Komponenten in einem SC-Wandler umfassen Kondensatoren und Schalter. Die Verwendung von Transistoren als Schalter und Oberflächenmontagetechnik- (SMT-) Kondensatoren kann einen Kostenvorteil und kompaktere Größe bieten als beispielsweise ein Wandler mit Schaltinduktoren. Beispielsweise können die Komponenten in einem Wandler mit Schaltinduktoren, obwohl sie effizient sind, einen Induktor umfassen. Induktoren können signifikant größer und teurer als Widerstände sein.
1B ist ein Diagramm, das den Wirkungsgrad eines SC-Wandlers bei schwankender Eingangsspannung zeigt. Das Beispiel von 1B veranschaulicht den Wirkungsgrad des SC-Wandlers wie beispielsweise 30A oder 30B aus 1A. Bei veränderter Eingangsspannung, die V_OUT von Regler 20 sein kann, steigt der SC-Regler-Wirkungsgrad plötzlich auf nahezu 100 %, wenn die durch den Regler bereitgestellte Spannung ein Vielfaches der durch den SC-Wandler bereitgestellten LED-Strangspannung (V_STRi) ist. In anderen Worten, der SC-Wandler kann den minimalen Leistungsverlust aufweisen, wenn die Ausgangsspannung des SC-Wandlers (V_STRi) nahe der Eingangsspannung (V_OUT des Reglers), multipliziert mit der Spannungsverstärkung Gi des Wandlers, ist. Beispielsweise für den in 1A gezeigten SC-Wandler 30A kann der Wirkungsgrad des SC-Wandlers 30A steigen, wenn sich V_OUT einem Vielfachen von V_STRN annähert. Die Verstärkung des SC-Wandlers 30A ist 1 (G = 1), wie oben beschrieben. In 1b steigt der Wirkungsgrad fast auf das Maximum in Vielfachen einer V, wie bei 2,5 V, 3,5 V und 4,5 V gezeigt.
1C ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie der Wirkungsgrad eines SC-Wandlers abnehmen kann, wenn sich die Ausgangsspannung von der Eingangsspannung unterscheidet, multipliziert mit der Spannungsverstärkung. 1C umfasst ein Diagramm des Wirkungsgrads eines Einfachverstärkungs-SC-Wandlers 42 und Mehrfachverstärkungswandlers 40 bei steigender Eingangsspannung zum SC-Wandler entlang der Horizontalachse.
1C kann auf das Beispiel des in 1A gezeigten SC-Wandlers 30B angewendet werden. V_IN für SC-Wandler 30B kann V_OUT von Regler 20 sein. V_OUT für SC-Wandler 30B kann V_STRN sein. In diesem Beispiel können zwei der drei LEDs von LED-Strang 34 aktive LEDs sein. Wie in 1C gezeigt, wenn V_OUT ≈ 3,0 V, kann der Wirkungsgrad von SC-Wandler 30B nahe bei 100 % liegen. Bei steigendem V_OUT von Regler 20 nimmt der Wirkungsgrad des SC-Wandlers 30B signifikant ab. Wenn SC-Wandler 30B eine Einfachverstärkungsvorrichtung (42) ist, kann der Wirkungsgrad von SC-Wandler 30 weiterhin auf nahe 55 % abnehmen, wenn V_OUT von Regler 20 = 5,4 V. Allerdings kann in Beispielen, bei denen SC-Wandler 30B eine Mehrfachverstärkungsvorrichtung ist, Ändern der Verstärkung von Gi = 2/3 zu Gi = 1/2 bei etwa 3,9 V den Wirkungsgrad wieder auf nahezu 100 % steigern. Ändern der Verstärkung Gi als die Eingangsspannung zum SC-Wandler kann den Leistungsverlust minimieren, wenn die Ausgangsspannung des SC-Wandlers (V_STRi) nahe der SC-Wandler-Eingangsspannung (V_OUT des Reglers), multipliziert mit der Spannungsverstärkung Gi des SC-Wandlers, liegt. 1C zeigt einen Vorteil eines Mehrfachverstärkungs-SC-Wandlers. Weitere Beispiele werden unten für die 3-4 ausführlicher diskutiert.
2 ist ein konzeptuelles und schematisches Blockdiagramm, das ein weiteres beispielhaftes LED-Matrixtreibersystem mit geschalteten Kondensatoren veranschaulicht, gemäß den Verfahren der vorliegenden Anmeldung. Das beispielhafte LED-Treibersystem 50 von 2 ist analog zu System 10 von 1, umfasst jedoch zusätzliche Details und weist eine beispielhafte Steuerung 70 auf. In dem Beispiel von System 50 weist jede LED denselben Durchlassspannungsabfall V_LED auf. Daher hängt die LED-Strangspannung V_STri von der Anzahl aktiver LEDs in dem LED-Strang ab. Allerdings können weitere beispielhafte LED-Treibersysteme LEDs mit einer Vielzahl von Werten für den Durchlassspannungsabfall jeder LED umfassen.
LED-Matrixtreibersystem 50 kann in Anwendungen verwendet werden, die für System 10 oben beschrieben sind. Manche beispielhafte Anwendungen eines Systems zum Ansteuern mehrerer LED-Stränge umfassen das Bereitstellen einer Hintergrundbeleuchtung zur Verwendung in Anzeigen sowie weiterer Beleuchtungserfordernisse wie beispielsweise Sicherheitsanwendungen zur Beleuchtung eines Bereichs mit Infrarotlicht für verdeckte Bilderfassung mit Infrarotkameras. Ein effizienter LED-Matrixtreiber wie beispielsweise System 50 kann in Anwendungen, die auf Batterieleistung beruhen, vorteilhaft sein, da ein höherer Wirkungsgrad die Lebensdauer der Batterie verlängern kann.
System 50 kann Spannungsregler 52, Summierverstärker 54, SC-Wandler 58A-58N, Steuerung 70, die Eingangssignale 60 von außerhalb von System 50 empfängt, und LED-Stränge A-N umfassen. LED-Strang A kann LED-Überbrückungsschalter 66A-66N umfassen, die herbeiführen können, dass Strom die LEDs 68A-68N umgeht. Der Einfachheit und Klarheit halber weist nur LED-Strang A bezeichnete Schalter und LEDs auf. Ausgänge für Steuerung 70 können SC-Verstärkungsselektor 62 und Schaltbus 64 umfassen. SC-Verstärkungsselektor 62 kann eine jeweilige Verstärkung an jeden entsprechenden SC-Wandler übertragen, während Schaltbus 64 die LED-Überbrückungsschalter wie beispielsweise 66A-66N in LED-Strang A steuern kann.
Spannungsregler 52 kann dieselbe Funktion wie Spannungsregler 20, wie in 1 gezeigt, ausführen. Der Ausgang von Regler 52 kann mit den Eingängen der mehreren SC-Wandler 58A-58N verbunden sein und eine Zwischenspannung V_OUT bereitstellen, um sicherzustellen, dass die SC-Wandler 58A-58N richtig arbeiten.
Summierverstärker 54 in dem Beispielsystem 50 konfiguriert den Ausgang V_OUT von Regler 52. Summierverstärker 54 kann Eingangssignale wie Rückkopplung von dem Ausgang V_OUT von Regler 52 und den Durchlassspannungsabfall für jede LED in System 50, V_LED, empfangen. In dem Beispiel von System 50 kommt V_OUT-Rückkopplung durch einen Widerstandsteiler mit Werten R_FB1 und R_FB2. Summierverstärker 54 kann einen Wert an Regler 52 übertragen, der Regler 52 so konfiguriert, dass er zumindest max(V_STRi) ausgibt, um einen ausreichenden Aussteuerungsbereich für alle Stromquellen, SC-Wandler 58A-58N, bereitzustellen, damit die korrekte Strangspannung V_STRi für jeden LED-Strang bereitgestellt wird. Die Verwendung eines Summierverstärkers und eines Widerstandsteilers ist nur ein beispielhaftes Verfahren, um die Ausgangsspannung für Regler 52 zu konfigurieren.
SC-Wandler 58A-58N arbeiten auf die gleiche Weise wie SC-Wandler 30A-30B in 1. Jeder LED-Strang in System 50 kann einen Gleichstromwandler mit geschalteten Kondensatoren (SC) aufweisen. Der SC-Wandler für jeden Strang kann eine jeweilige LED-Strangspannung V_STRi bereitstellen, um den jeweiligen LED-Strang anzusteuern. Der SC-Wandler kann für einen maximalen Wirkungsgrad eine LED-Strangspannung basierend zumindest teilweise auf der Anzahl von aktiven LEDs in einem LED-Strang bereitstellen, wie oben für System 10 beschrieben.
In dem Beispiel von System 52 kann Steuerung 70 die Anzahl von aktiven LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang festlegen und die Verstärkung für den jeweiligen SC-Wandler für den LED-Strang festlegen. Steuerung 70 kann Eingangssignale 60 von außerhalb des Systems 50 empfangen, die umfassen können, welche LEDs in einem spezifischen LED-Strang aktive oder inaktive LEDs sein sollen. Alternativ dazu kann Steuerung 70 basierend auf interner Logik oder basierend auf Sensoreingangssignale bestimmen, welche LEDs aktive LEDs sein sollen. Beispielsweise kann Steuerung 70 ein Eingangssignal 60 von einem Lichtpegelsensor, wie beispielsweise einer Fotozelle oder einem Lichtwiderstand (LDR), empfangen, dass die Sonne dem Sonnenuntergang nahe ist. Als Antwort darauf kann Steuerung 70 einen oder mehrere LED-Stränge wie beispielsweise Scheinwerfer in einem Automobil aktivieren.
Steuerung 70 kann LEDs in einem oder mehreren LED-Strängen durch Übertragen von Signalen über Schaltbus 64 aktivieren oder deaktivieren. Beispielsweise kann Steuerung 70 bestimmen, dass LEDs 68A und 68C aktiv sein sollen, während 68B inaktiv sein soll. Hier kann Steuerung 70 herbeiführen, dass LED-Überbrückungsschalter 66A und 66C geöffnet werden, was das Fließen von Strom durch LEDs 68A und 68C erlaubt, während Schalter 66B unter Umgehung von LED 68B geschlossen wird. Steuerung 70 kann herbeiführen, dass Übertragungssignale an die LED-Überbrückungsschalter durch Schaltbus 64 die Überbrückungsschalter öffnen oder schließen.
Als Antwort auf das Festlegen der aktiven LEDs in jedem LED-Strang kann Steuerung 70 die Verstärkung jedes entsprechenden SC-Wandlers durch SC-Verstärkungsselektor 62 einstellen. In dem Beispiel von System 50 weist jede LED etwa denselben Durchlassspannungsabfall V_LED auf. Steuerung 70 kann die Verstärkung eines jeweiligen SC-Wandlers für einen LED-Strang basierend auf der Anzahl von aktiven LEDs in dem LED-Strang bestimmen. Beispielsweise kann Steuerung 70 als Antwort auf das Bestimmen, dass LED-Strang B siebenundzwanzig aktive LEDs aufweisen soll, bestimmen, dass die LED-Strangspannung von LED-Strang B 27*V_LED betragen soll. Steuerung 70 überträgt eine Verstärkung an SC-Wandler 58B, sodass SC-Wandler 58B eine LED-Strangspannung von 27*V_LED bereitstellt. Ebenso kann Steuerung 70 SC-Verstärkungsselektor 62 verwenden, um eine jeweilige Verstärkung an jeden entsprechenden SC-Wandler als Antwort auf die Anzahl von aktiven LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang in System 50 zu übertragen. Als Alternative kann jeder entsprechende SC-Wandler so konfiguriert sein, dass er die LED-Strangspannung erfasst, die Anzahl aktiver LEDs erkennt und daher den adäquaten Verstärkungsfaktor ohne ein Verstärkungseingangssignal von Steuerung 70 wählt.
Beispiele für Steuerung 70 können einen beliebigen oder mehrere beliebige eines Mikroprozessors, einer Steuerung, eines Digitalsignalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines Universalschaltkreises (FPGA), eines System-on-Chip (SoC) oder eines äquivalenten diskreten oder integrierten Logikschaltkreises umfassen. Ein Prozessor kann ein integrierter Logikschaltkreis, d.h. ein integrierter Verarbeitungsschaltkreis sein, der als fester Hardware-Verarbeitungsschaltkreis, programmierbarer Verarbeitungsschaltkreis und/oder eine Kombination aus sowohl festem als auch programmierbarem Verarbeitungsschaltkreis umgesetzt sein kann.
Das Beispiel von System 50 in 2 ist eine mögliche Implementierung einer LED-Matrixtreibersystems. Weitere Konfigurationen unter Verwendung eines Einzelspannungsreglers zum Ansteuern mehr als eines LED-Strangs, wobei jeder LED-Strang einen SC-Wandler aufweist, liegen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Anmeldung. Die Konfiguration kann von der Anzahl von LEDs in jedem LED-Strang sowie der maximalen Strangspannung für ein LED-Matrixtreibersystem abhängen. Diese Faktoren können neben weiteren Betrachtungen den Typ und die Kapazität von Spannungsregler 52 bestimmen. Das Konfigurieren eines LED-Matrixtreibersystems zur Maximierung des Wirkungsgrads, Reduzierung von Kosten und EMI-Auswirkung sowie Bereitstellung des besten Leistungsverhaltens hängt von den Konfigurationen der LED-Stränge ab. 3-4F veranschaulichen ein Beispiel für eine Konfiguration eines LED-Matrixtreibersystems zur Maximierung des Wirkungsgrads basierend auf der Konfiguration der LED-Stränge. Diese Figuren und Beschreibung stellen einen beispielhaften LED-Strang mit drei LEDs und einen SC-Wandler mit vier Verstärkungspegeleinstellungen dar. 3 beschreibt die Struktur, während 4A-4F Details des SC-Wandlerbetriebs beschreiben.
3 ist ein konzeptuelles und schematisches Diagramm, das einen beispielhaften SC-Wandler veranschaulicht, der maximal drei LEDs ansteuern kann. 3 kann einen Abschnitt eines beispielhaften LED-Matrixtreibersystems, bei dem der SC-Wandler zur Veranschaulichung als Abwärtswandler konfiguriert ist, darstellen und basiert auf der Annahme, dass V_OUT aus dem Regler (V_OUT = V_STRi = 3*V_LED) beträgt. Beispielsweise ist 3 analog zu dem in 1 gezeigten LED-Strang 34, der drei LEDs (34A-34C) und SC-Wandler 30B umfasst. In weiteren Beispielen kann der SC-Gleichstromwandler von 3 als Aufwärtswandler oder Abwärts-/Aufwärtswandler konfiguriert sein. Wenn beispielsweise die Zwischenspannung von der geregelten Quelle V_OUT niedriger als die LED-Strangspannung V_STRi ist, die für einen richtigen LED-Betrieb erforderlich ist, kann der SC-Wandler als Aufwärtswandler konfiguriert sein.
SC-Wandler 100 in 3 kann analog zu einem beliebigen der SC-Wandler 30A-30B aus 1 und SC-Wandler 58A-58N aus 2 sein. SC-Wandler 100 kann Zwischenspannung V_OUT von einem Regler wie beispielsweise Regler 52 aus 2 empfangen und kann Befehle von SC-Verstärkungsselektor 62A empfangen. SC-Wandler 100 kann eine LED-Strangspannung V_STRi durch Ausgang 102 an einen zugeordneten LED-Strang ausgeben, der drei LEDs 88A-88C umfassen kann, die jeweils mit Überbrückungsschaltern 86A-86C gesteuert werden. Überbrückungsschalter 86A-86C können Steuereingangssignale von Schaltbus 64A empfangen. Ausgangskondensator 84 kann Ausgang 102 mit Masse verbinden. Es gilt zu beachten, dass, wenn V_OUT > 3* V_LED, SC-Wandler 100 die Spannung reduzieren kann. Das heißt, die Spannung bei 102 GixVin, wobei Gi=1;2/3;1/2;1/3, abhängig von der Schalterkonfiguration.
Der beispielhafte SC-Wandler 100 kann neun Schalter und zwei Kondensatoren C1 und C2 umfassen, weshalb SC-Wandler 100 vier Abwärtsverstärkungspegel (1, 2/3, 1/2 und 1/3) umsetzen kann. In weiteren Beispielen kann SC-Wandler 100 mehr Schalter und Kondensatoren umfassen, um zusätzliche Verstärkungspegel umzusetzen oder um SC-Wandler 100 als Abwärts-/Aufwärtswandler zu konfigurieren. Beispielsweise kann ein Beispiel für einen SC-Abwärts-/Aufwärtswandler bis zu 4N-5 verschiedene Verstärkungspegel umsetzen und 6*N Schalter erfordern, wobei N die Anzahl von Kondensatoren ist, ausschließlich des Ausgangskondensators.
SC-Wandler 100 kann Kondensator C1, der durch Schalter S14 mit Masse verbunden ist, und Kondensator C2, der durch Schalter S24 mit Masse verbunden ist, umfassen. Schalter S13 verbindet den Knoten zwischen C1 und S14 mit Ausgang 102, während S23 den Knoten zwischen C2 und S24 mit Ausgang 102 verbindet. Die Schalter S11 und S12 verbinden den Eingang von SC-Wandler 100 mit Ausgang 102. Entsprechend verbinden die Schalter S21 und S22 den Eingang von SC-Wandler 100 mit Ausgang 102, und zwar auf einem Pfad, der von den Schaltern S11 und S12 getrennt ist. Der Knoten zwischen S11 und S12 ist durch C1 mit S14 verbunden. Entsprechend ist der Knoten zwischen S21 und S22 durch C2 mit S24 verbunden. Schalter S15 verbindet den Knoten zwischen S21 und S22 mit dem Knoten zwischen C2 und S24.
Ausgang 102 des SC-Wandlers ist mit der Anode von LED 88A verbunden. Die drei LEDs 88A-88C können in Serie verbunden sein, um einen LED-Strang zu bilden, wobei die Kathode von 88A mit der Anode von LED 88B verbunden ist, die Kathode von 88B mit der Anode von 88C verbunden ist und die Kathode von 88C mit Masse verbunden ist. Überbrückungsschalter 86A verbindet die Anode und Kathode von 88A. Entsprechend verbinden die Überbrückungsschalter 88B bzw. 88C die Anode und Kathode der LEDs 88B bzw. 88C.
4A und 4B stellen SC-Wandler 100 dar, der konfiguriert ist, um Verstärkungsfaktor (G₁₀₀ = 1) umzusetzen, wobei die Zwischenspannung auf dreimal den LED-Durchlassspannungsabfall festgelegt ist (V_OUT = 3*V_LED) . 4A-4F umfassen LEDs mit etwa demselben Spannungsabfall wie V_LED. Die Maximalspannung für den LED-Strang, max(V_STRi), tritt auf, wenn alle drei LEDs aktive LEDs sind. Daher gilt für das Beispiel der 4A-4F: max(V_STRi) = 3*V_LED. Wie oben für 1 diskutiert, kann ein LED-Matrixtreibersystem Wirkungsgrade von 100 % erreichen, wenn die Zwischenspannung V_OUT = max(V_STRi) . Wie oben für 3 beschrieben, ist SC-Wandler 100 mit zwei Kondensatoren und neun Schaltern konfiguriert, um vier Verstärkungspegel (1, 2/3, 1/2 und 1/3) umzusetzen. Somit veranschaulicht das Beispiel der 4A-4F einen Teil eines LED-Matrixtreibersystem, das für einen maximalen Wirkungsgrad konfiguriert ist, basierend auf der Konfiguration des LED-Strangs.
4A stellt die Ladephase von SC-Wandler 100 dar. Bei einer Konfiguration von Verstärkungsfaktor (G₁₀₀ =1) schließen sich die Schalter S11, S21, S14 und S24 während der Ladephase. Strom fließt von dem Reglerausgang und lädt beide Kondensatoren C1 und C2 auf die Reglerausgangsspannung (V_OUT = 3*V_LED). Während der in 4B gezeigten Entladephase öffnen sich die Schalter S11 und S21 und die Schalter S12 und S22 schließen sich, wodurch Strom von den Kondensatoren C1 und C2 zum Ausgang von SC-Wandler 100 bei derselben Spannung wie beim Eingang geschickt wird (V_OUT = 3*V_LED) . Dieser Zyklus wiederholt sich bei der durch das System festgelegten Schaltungsfrequenz.
4C stellt die Ladephase von SC-Wandler 100 bei einer Konfiguration von (G₁₀₀ = 2/3) dar. In 4C stellt der SC-Wandler eine LED-Strangspannung bereit, um zwei LEDs zu speisen. Beispielsweise unter Bezugnahme auf 3, wenn Schalter 86A sich schließt und LED 88A umgeht, dann verbleiben nur zwei LEDs (88B und 88C) als aktive LEDs. Die maximale LED-Strangspannung bleibt gleich wie für 4A und 4B, daher bleibt das Reglerausgangssignal dasselbe. $V_{OUT} = max (V_{STRi}) = 3 * V_{LED}$
Während der Ladephase schließen sich die Schalter S11, S21, S13 und S23, wodurch beide Kondensatoren C1 und C2 geladen werden zu V_OUT - V_LED = 3*V_LED - V_LED = 2*V_LED. Während der in 4D gezeigten Entladephase öffnen sich die Schalter S11, S21, S13 und S23, während sich die Schalter S14, S15 und S22 schließen. Dieser Zyklus wiederholt sich bei der durch das System festgelegten Schaltfrequenz, wobei eine LED-Strangspannung beim Ausgang des SC-Wandlers 100 von V_STRi = 2/3V_OUT = 2*V_LED bereitgestellt wird.
4E stellt die Ladephase von SC-Wandler 100 bei einer Konfiguration von (G₁₀₀ = 1/3) dar. In 4E stellt SC-Wandler eine LED-Strangspannung bereit, um eine einzelne LED zu speisen. Beispielsweise unter Bezugnahme auf 3, wenn beide Schalter 86A und 86C sich schließen, werden LEDs 88A und 88C umgangen. Nur LED 88B verbleibt als aktive LED. Die maximale LED-Strangspannung bleibt dieselbe wie für 4A-4D, daher bleibt das Reglerausgangssignal 3*V_LED. Während der Ladephase schließen sich die Schalter S21, S15 und S13, wodurch beide Kondensatoren C1 und C2 geladen werden zu $(V_{OUT} - V_{LED}) / 2 = (3 * V_{LED} - V_{LED}) = (2 * V_{LED}) / 2 = V_{LED} .$
Während der in 4F gezeigten Entladephase öffnen sich die Schalter S21, S15 und S13, während die Schalter S12, S14, S24 und S22 schließen. Dieser Zyklus wiederholt sich bei der durch das System festgelegten Schaltfrequenz, wobei eine LED-Strangspannung beim Ausgang des SC-Wandlers 100 von $V_{STRi} = 1 / 3 V_{OUT} = V_{LED}$
bereitgestellt wird.
4A-4F veranschaulichen ein Beispiel dafür, wie ein Mehrfachverstärkungs-SC-Gleichstromwandler eine Zwischenspannung von einem Einzelregler umwandeln kann, um eine LED-Strangspannung bereitzustellen, die der Spannung entspricht, die für einen richtigen Betrieb des LED-Strangs erforderlich ist. In diesem Beispiel entspricht die LED-Strangspannung für jede LED in dem LED-Strang dem Spannungsabfall aller LEDs in dem LED-Strang. Die Kombination des Festlegens des Spannungsreglerausgangs auf die maximale LED-Strangspannung und Auswählens eines Mehrfachverstärkungs-SC-Wandlers mit Verstärkungseinstellungen, die die Reglerausgangsspannung zu einer LED-Strangspannung teilen, die die aktiven LEDs in dem LED-Strang richtig betreibt, ist ein Beispiel für das Konfigurieren eines LED-Matrixtreibersystems zur Maximierung des Wirkungsgrads basierend auf der Konfiguration der LED-Stränge. Je näher die Reglerausgangsspannung einem Vielfachen des LED-Spannungsabfalls N*V_LED ist, kombiniert mit Verstärkungseinstellungen für die SC-Wandlers, die ermöglichen, dass die LED-Strangspannung V_STRi für jeden entsprechenden LED-Strang der Anzahl der aktiven LEDs in hohem Maße entspricht, desto besser ist der Wirkungsgrad des Systems.
5 stellt einen beispielhaften LED-Strang mit einem SC-Wandler und einem zusätzlichen Stromregler dar. 5 ist identisch zu der in 3 gezeigten Schaltung, mit dem Zusatz eines beispielhaften Stromreglers mit niedrigem Spannungsabfall. Das Beispiel von 5 kann in Fällen wünschenswert sein, in denen der Strom durch den LED-Strang möglicherweise sehr genau und gefiltert sein muss.
5 stellt SC-Wandler 100 dar, wobei der Ausgang mit einem LED-Strang durch einen beispielhaften Stromregler 200 mit niedrigem Spannungsabfall verbunden ist. C_OUT verbindet den SC-Wandlerausgang mit Masse. Der beispielhafte Stromregler 200 kann einen Transistor umfassen, wobei das Transistor-Gate durch einen Differentialverstärker gesteuert wird. Die Differentialverstärkereingänge können mit einer Spannungsreferenz und über einen Erfassungswiderstand verbunden sein. Der Erfassungswiderstand kann so angeordnet sein, dass der Ausgangsstrom vom SC-Wandler durch den Erfassungswiderstand und weiter zum LED-Strang fließt. Ein beispielhafter linearer Stromregler 200 mit niedrigem Spannungsabfall kann Spitzen in Strom oder Spannung herausfiltern und einen genauen Strom durch den LED-Strang einprägen.
In dem Beispiel von 5 kann die Eingangsspannung zum SC-Wandler 100 höher als die LED-Strangspannung sein, die für einen richtigen LED-Strangbetrieb erforderlich ist, da ein Spannungsabfall am Spannungsregler mit niedrigem Abfall vorliegen kann (V_DROP). Beispielsweise kann bei einem LED-Strang mit N LEDs und allen LEDs mit demselben Spannungsabfall V_LED die Zwischenspannung, die von dem Spannungsregler wie beispielsweise dem in 2 gezeigten Spannungsregler 52 bereitgestellt wird, zum SC-Wandlereingang auf (N+1)*V_LED festgelegt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Zwischenspannung (V_OUT) auf N*V_LED + V_DROP festgelegt werden, wobei V_DROP der Spannungsabfall am LDO (Stromregler mit niedrigem Abfall) ist.
Wie oben bei 1 beschrieben, können beispielhafte LED-Matrixtreibersysteme einen Zwischenspannungsausgang von Regler 20 gemäß der folgenden Gleichung festlegen: $V_{OUT} = max (V_{STRi}) + k * V_{LED} .$
Beispiele für LED-Matrixtreibersysteme mit einem oder mehreren LED-Strängen, die einen geregelten Ausgang erfordern, der so konfiguriert ist, dass er Spannungsspitzen herausfiltert und Genauigkeitssteuerung am elektrischen Strom des LED-Strangs einprägt, können den Wert von k so festlegen, dass k≥0.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Ansteuern mehrerer LED-Stränge mit verschiedenen LED-Strangspannungsabfällen aus einer einzelnen geregelten Quelle veranschaulicht. Die Beschreibung von 6 unten erfolgt in Zusammenhang mit 2.
Steuerung 70 von System 50 kann eine maximale LED-Strangspannung bestimmen, die zumindest einem LED-Strang einer Vielzahl von LED-Strängen zugeordnet ist (90). In einem Beispiel kann Steuerung 70 die Überbrückungsschalter durch Schaltbus 64 festlegen und bestimmen, welcher LED-Strang der mehreren LED-Stränge 58A-58N die höchste Anzahl aktiver LEDs aufweist. Wenn alle LED-Spannungsabfälle V_LED im gesamten System 10 etwa gleich sind, kann der LED-Strang mit der höchsten Anzahl aktiver LEDs der Strang mit dem maximalen LED-Strangspannungsabfall sein.
Als Antwort auf das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung max (V_STRi) wird eine Ausgangsspannung V_OUT eines Spannungsreglers 52 gemäß der folgenden Gleichung eingestellt (92) : $V_{OUT} = max (V_{STRi}) + k * V_{LED} .$
In manchen Beispielen kann der Wert von k null sein. In manchen Beispielen kann Steuerung 70 die Ausgangsspannung von Regler 52 einstellen, während in weiteren Beispielen eine externe Steuerung die Spannung einstellen kann. Regler 52 kann auch einen Eingangsanschluss zum Kommunizieren mit Steuerung 70 oder eine andere Komponente aufweisen und Regler 52 kann die Ausgangsspannung intern einstellen. System 50 kann einen Wirkungsgrad von etwa 100 % erreichen, wobei V_OUT ein Vielfaches der Anzahl von LEDs in dem LED-Strang mit der maximalen LED-Strangspannung ist.
Steuerung 70 kann die jeweilige LED-Strangspannung für jeden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen 58A-58N basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang bestimmen (94). In dem Beispiel von System 50 kann Steuerung 70 die Anzahl von LEDs durch Bestimmen der Anzahl von geöffneten oder geschlossenen Überbrückungsschaltern wie beispielsweise Schaltern 66A-66N bestimmen. Beispielsweise kann Steuerung 70 bestimmen, dass die LED-Strangspannung für LED-Strang A einundvierzig beträgt, indem sie bestimmt, dass in LED-Strang A einundvierzig geöffnete Überbrückungsschalter vorliegen. Steuerung 70 kann bestimmen, dass die LED-Strangspannung für LED-Strang A ist: V_STRA = 41*V_LED. Steuerung 70 kann jede entsprechende LED-Strangspannung für die anderen LED-Stränge in System 50 auf ähnliche Weise bestimmen.
Als Antwort auf das Bestimmen jeder entsprechenden LED-Strangspannung V_STRi wird eine Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers 58A-58N für den jeweiligen LED-Strang A-N bestimmt (96). Wie oben beschrieben, kann jeder SC-Wandler in System 50 einen Wirkungsgrad von nahezu 100 % erreichen, wenn die LED-Strangspannung V_STRi ein Vielfaches der Zwischenspannung V_OUT beträgt. Das heißt, wenn V_STRi = Gi*V_OUT. Steuerung 70 kann eine jeweilige Verstärkung Gi für jeden SC-Wandler wählen, sodass jeder SC-Wandler die richtige Strangspannung V_STRi bereitstellt. Steuerung 70 kann jede entsprechende Verstärkung durch SC-Verstärkungsselektor 62 festlegen.
Jeder entsprechende SC-Wandler kann eine jeweilige LED-Strangspannung V_STRi bereitstellen, um einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen anzusteuern, wobei die jeweilige LED-Strangspannung niedriger oder gleich der maximalen LED-Strangspannung ist (98). In dem Beispiel von System 50 kann jeder SC-Wandler 58A-58N ein Abwärtswandler sein, da der Ausgang V_OUT von Spannungsregler 52 auf zumindest die maximale Strangspannung max(V_STRi) festgelegt sein kann. Daher kann jede LED-Strangspannung für einen LED-Strang mit der maximalen Strangspannung gleich V_OUT (d.h. Verstärkungsfaktor Eins, Gi = 1) sein. Weitere LED-Strangspannungen können niedriger als das Maximum sein, weshalb der SC-Wandler eine Verstärkung von niedriger als 1 (G1<1) umsetzen kann. Somit kann ein LED-Matrixtreibersystem mehrere LED-Stränge aus einer einzelnen geregelten Quelle effizient ansteuern. Ein System, in dem ein Gleichstromwandler mit geschalteten Kondensatoren zwischen der geregelten Quelle und dem LED-Strang zum Einsatz kommt, kann die Vorteile niedriger Kosten und kleiner Größe aufweisen. Ein SC-Wandler, der so konfiguriert ist, dass die Verstärkung ein Vielfaches der Anzahl von LEDs in einem LED-Strang ist, kann auch den Vorteil der reduzierten Komplexität aufweisen.
Beispiel 1: Verfahren, umfassend das Bestimmen durch ein Matrixtreibersystem einer lichtemittierenden Diode (LED) einer maximalen LED-Strangspannung, die zumindest einem LED-Strang einer Vielzahl von LED-Strängen zugeordnet ist; und als Antwort auf das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung das Einstellen einer Ausgangsspannung eines Reglerausgangs durch das LED-Matrixtreibersystem, wobei: der Reglerausgang mit einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen einer Vielzahl von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren (SC) gekoppelt ist und ein jeweiliger SC-Wandler der Vielzahl von SC-Wandlern eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen anzusteuern, wobei die jeweilige LED-Strangspannung niedriger oder gleich der maximalen LED-Strangspannung ist, wobei das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung das Bestimmen einer Anzahl aktiver LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen umfasst, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang Festlegen durch das LED-Matrixtreibersystem einer Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang.
Beispiel 2: Verfahren nach Beispiel 1, wobei: jeder entsprechende LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen eine Vielzahl von LEDs umfasst, ein LED-Spannungsabfall (V_LED) für eine LED der Vielzahl von LEDs in dem jeweiligen LED-Strang etwa gleich dem LED-Spannungsabfall aller LEDs der Vielzahl von LEDs in dem LED-Strang ist und die jeweilige LED-Strangspannung des jeweiligen LED-Strangs etwa gleich dem LED-Spannungsabfall (V_LED), multipliziert mit der Anzahl aktiver LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen, ist.
Beispiel 3: Verfahren nach einem der Beispiele 1-2, wobei das Festlegen einer Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers das Berechnen der Verstärkung gemäß einer Gleichung: Gi = n/((k+m)) umfasst, wobei: Gi für die Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers steht, n für die Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang steht, k für einen zusätzlichen Spannungsfaktor steht und m für die maximale Anzahl aktiver LEDs in einem LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen steht.
Beispiel 4: System, das Folgendes umfasst: eine Vielzahl von LED-Strängen, wobei jeder LED-Strang in der Vielzahl von LED-Strängen eine Vielzahl von LEDs umfasst und einer der Vielzahl von LED-Strängen eine maximale LED-Strangspannung definiert; eine Vielzahl von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren (SC), wobei jeder entsprechende SC-Wandler der Vielzahl von SC-Wandlern einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und wobei der Ausgangsanschluss eines jeweiligen SC-Wandlers mit einem jeweiligen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen gekoppelt ist und eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um jeden entsprechenden LED-Strang anzusteuern; und einen Spannungsregler, wobei ein Spannungsreglerausgang mit jedem Eingangsanschluss der Vielzahl von SC-Wandlern gekoppelt ist und das System eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend zumindest teilweise auf der maximalen LED-Strangspannung einstellt, wobei das System so konfiguriert ist, dass es eine Anzahl aktiver LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen bestimmt und als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang eine Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-String festlegt, wobei zumindest ein Teil des Systems eine integrierte Schaltung umfasst.
Beispiel 5: System nach Beispiel 4, ferner umfassend eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie: eine Anzahl von LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen wählt, die aktive LEDs sein sollen; als Antwort auf das Wählen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang die Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang festlegt.
Beispiel 6: System nach einem der Beispiele 4-5, wobei für zumindest einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen: ein LED-Spannungsabfall (V_LED) für eine LED der Vielzahl von LEDs etwa gleich dem LED-Spannungsabfall aller LEDs der Vielzahl von LEDs, die in dem zumindest einen LED-Strang enthalten sind, ist und die jeweilige LED-Strangspannung zumindest eines jeweiligen LED-Strangs etwa gleich dem LED-Spannungsabfall (V_LED), multipliziert mit einer Anzahl aktiver LEDs in dem zumindest einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen, ist.
Beispiel 7: System nach einem der Beispiele 4-6, wobei das System ferner so konfiguriert ist, dass es eine Verstärkung jedes entsprechenden SC-Wandlers, der dem zumindest einen LED-Strang zugeordnet ist, gemäß einer Gleichung Gi = n/((k+m)) festlegt, wobei: Gi für die Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers, der dem zumindest einen LED-Strang zugeordnet ist, steht, n für die Anzahl aktiver LEDs in dem zumindest einen LED-Strang steht, k für einen zusätzlichen Spannungsfaktor steht und m für die maximale Anzahl aktiver LEDs in dem LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen, der eine maximale LED-Strangspannung definiert, steht.
Beispiel 8: System nach einem der Beispiele 4-7, wobei zumindest ein SC-Wandler einen geregelten Ausgang umfasst, der so konfiguriert ist, dass er Spannungsspitzen herausfiltert und Genauigkeitssteuerung an einem elektrischen Strom für einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen, der dem zumindest einen SC-Wandler zugeordnet ist, einprägt.
Beispiel 9: System nach einem der Beispiele 4-8, wobei einer oder mehrere der SC-Wandler als Abwärtswandler konfiguriert ist/sind.
Beispiel 10: Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von LED-Strängen, wobei jeder LED-Strang in der Vielzahl von LED-Strängen eine Vielzahl von LEDs umfasst und einer der Vielzahl von LED-Strängen eine maximale LED-Strangspannung definiert; eine Vielzahl von Wandlern mit geschalteten Kondensatoren (SC), wobei jeder entsprechende SC-Wandler der Vielzahl von SC-Wandlern einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und wobei der Ausgangsanschluss eines jeweiligen SC-Wandlers mit einem jeweiligen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen gekoppelt ist und eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um jeden entsprechenden LED-Strang anzusteuern; und einen Spannungsregler, wobei ein Spannungsreglerausgang mit jedem Eingangsanschluss der Vielzahl von SC-Wandlern gekoppelt ist und das System eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend zumindest teilweise auf der maximalen LED-Strangspannung einstellt, wobei die Vorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Anzahl aktiver LEDs in jedem entsprechenden LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen bestimmt und als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang eine Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang festlegt.
Beispiel 11: Vorrichtung nach Beispiel 10, ferner umfassend eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie: eine Anzahl von LEDs in einem jeweiligen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen wählt, die aktive LEDs sein sollen; als Antwort auf das Wählen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang die Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang festlegt.
Beispiel 12: Vorrichtung nach einem der Beispiele 10-11, wobei für zumindest einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen: ein LED-Spannungsabfall (V_LED) für eine LED der Vielzahl von LEDs etwa gleich dem LED-Spannungsabfall aller LEDs der Vielzahl von LEDs, die in dem zumindest einen LED-Strang enthalten sind, ist, die jeweilige LED-Strangspannung des zumindest einen LED-Strangs etwa gleich dem LED-Spannungsabfall, multipliziert mit einer Anzahl aktiver LEDs in dem zumindest einen LED-Strang, ist.
Beispiel 13: Vorrichtung nach einem der Beispiele 10-12, wobei die Vorrichtung ferner so konfiguriert ist, dass sie eine Verstärkung jedes entsprechenden SC-Wandlers, der dem zumindest einen LED-Strang zugeordnet ist, gemäß einer Gleichung Gi = n/((k+m)) festlegt, wobei: Gi für die Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers, der dem zumindest einen LED-Strang zugeordnet ist, steht, n für die Anzahl aktiver LEDs in dem zumindest einen LED-Strang steht, k für einen zusätzlichen Spannungsfaktor steht, m für die maximale Anzahl von LEDs in einem LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen, der eine maximale LED-Strangspannung definiert, steht.
Beispiel 14: Vorrichtung nach einem der Beispiele 10-13, wobei jeder entsprechende SC-Wandler so konfiguriert sein kann, dass er die Anzahl aktiver LEDs erfasst und eine Verstärkung des jeweiligen SC-Wandlers für den jeweiligen LED-Strang basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs in dem jeweiligen LED-Strang festlegt.
Beispiel 15: Vorrichtung nach einem der Beispiele 10-14, wobei einer oder mehrere der SC-Wandler als Abwärtswandler konfiguriert ist/sind.
Es wurden verschiedene Ausführungsformen der Anmeldung beschrieben. Diese und weitere Ausführungsformen liegen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche.

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Bestimmen einer maximalen LED-Strangspannung durch ein Matrixtreibersystem (10; 50) einer lichtemittierenden Diode, LED (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C), die zumindest einem LED-Strang (32, 34) einer Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) zugeordnet ist; und als Antwort auf das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung, Einstellen einer Ausgangsspannung eines Reglerausgangs durch das LED-Matrixtreibersystem (10; 50), wobei: der Reglerausgang mit einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen einer Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) mit geschalteten Kondensatoren gekoppelt ist und ein jeweiliger Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) der Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um einen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) anzusteuern, wobei die jeweilige LED-Strangspannung niedriger oder gleich der maximalen LED-Strangspannung ist, wobei das Bestimmen der maximalen LED-Strangspannung ein Bestimmen einer Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in jedem entsprechenden LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) umfasst, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in einem jeweiligen LED-Strang (32, 34), Festlegen einer Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100)für den jeweiligen LED-Strang (32, 34) durch das LED-Matrixtreibersystem (10; 50) basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: jeder entsprechende LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) eine Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) umfasst, ein LED-Spannungsabfall V_LED für eine LED (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) der Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) etwa gleich dem LED-Spannungsabfall aller LEDs der Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem LED-Strang (32, 34) ist und die jeweilige LED-Strangspannung des jeweiligen LED-Strangs (32, 34) etwa gleich dem LED-Spannungsabfall V_LED, multipliziert mit der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in jedem entsprechenden LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34), ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Festlegen einer Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) das Berechnen der Verstärkung gemäß einer Gleichung: $G i = \frac{n}{(k + m)}$
umfasst, wobei: Gi die Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) ist, n die Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) ist, k ein zusätzlicher Spannungsfaktor ist und m die maximale Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in einem LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) ist.
System (10; 50), das Folgendes umfasst: eine Vielzahl von LED-Strängen (32, 34), wobei jeder LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) eine Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) umfasst und einer der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) eine maximale LED-Strangspannung definiert; eine Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) mit geschalteten Kondensatoren, wobei jeder Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) der Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und wobei der Ausgangsanschluss eines jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) mit einem jeweiligen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) gekoppelt ist und eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um den jeweiligen LED-Strang (32, 34) anzusteuern; und einen Spannungsregler, wobei ein Ausgang des Spannungsreglers mit jedem Eingangsanschluss der Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) gekoppelt ist und das System (10; 50) eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend zumindest teilweise auf der maximalen LED-Strangspannung einzustellen, wobei das System (10; 50) derart eingerichtet ist, dass es eine Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in jedem jeweiligen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) bestimmt und als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs in einem jeweiligen LED-Strang (32, 34) eine Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) für den jeweiligen LED-Strang (32, 34) basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) festlegt, und wobei zumindest ein Teil des Systems (10; 50) eine integrierte Schaltung umfasst.
System (10; 50) nach Anspruch 4, ferner umfassend eine Steuerung (70), die derart eingerichtet ist, dass sie: eine Anzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in jedem entsprechenden LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) wählt, die aktive LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) sein sollen; als Antwort auf das Wählen der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in einem jeweiligen LED-Strang (32, 34) die Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) für den jeweiligen LED-Strang (32, 34) basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) festlegt.
System (10; 50) nach Anspruch 4 oder 5, wobei für zumindest einen LED-Strang der Vielzahl von LED-Strängen: ein LED-Spannungsabfall V_LED für eine LED (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) der Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) etwa gleich dem LED-Spannungsabfall aller LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) der Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C), die in dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) enthalten sind, ist und die jeweilige LED-Strangspannung zumindest eines jeweiligen LED-Strangs (32, 34) etwa gleich dem LED-Spannungsabfall V_LED, multipliziert mit einer Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34), ist.
System (10; 50) nach Anspruch 6, wobei das System (10; 50) ferner derart eingerichtet ist, dass es eine Verstärkung jedes jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100), der dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) zugeordnet ist, gemäß einer Gleichung $G i = \frac{n}{(k + m)}$
festlegt, wobei: Gi die Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100), der dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) zugeordnet ist, ist, n die Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) ist, k ein zusätzlicher Spannungsfaktor ist und m die maximale Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34), der eine maximale LED-Strangspannung definiert, ist.
System (10; 50) nach einem der Ansprüche 4-7, wobei zumindest ein Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) einen geregelten Ausgang umfasst, der derart eingerichtet ist, dass er Spannungsspitzen herausfiltert und eine Genauigkeitssteuerung für einen elektrischen Strom für einen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34), der dem zumindest einen Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) zugeordnet ist, bereitstellt.
System (10; 50) nach einem der Ansprüche 4-8, wobei einer oder mehrere der Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) als Abwärtswandler ausgestaltet ist/sind.
Vorrichtung (10; 50), die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von LED-Strängen (32, 34), wobei jeder LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) eine Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) umfasst und einer der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) eine maximale LED-Strangspannung definiert; eine Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) mit geschalteten Kondensatoren, wobei jeder Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) der Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst und wobei der Ausgangsanschluss eines jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) der Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) mit einem jeweiligen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) gekoppelt ist und eine jeweilige LED-Strangspannung bereitstellt, um den jeweiligen LED-Strang (32, 34) anzusteuern; und einen Spannungsregler (20; 52), wobei ein Spannungsreglerausgang mit jedem Eingangsanschluss der Vielzahl von Wandlern (30A, 30B; 58A-58C; 100) gekoppelt ist und das System eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers basierend zumindest teilweise auf der maximalen LED-Strangspannung einstellt, wobei die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie eine Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in jedem jeweiligen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) bestimmt und als Antwort auf das Bestimmen der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in einem jeweiligen LED-Strang (32, 34) eine Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) für den jeweiligen LED-Strang (32, 34) basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) festlegt.
Vorrichtung (10; 50)nach Anspruch 10, ferner umfassend eine Steuerung (70), die derart eingerichtet ist, dass sie: eine Anzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in einem jeweiligen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34) wählt, die aktive LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) sein sollen; als Antwort auf das Wählen der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) die Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) für den jeweiligen LED-Strang (32, 34) basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) festlegt.
Vorrichtung (10; 50) nach Anspruch 10 oder 11, wobei für zumindest einen LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34): ein LED-Spannungsabfall V_LED für eine LED (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) der Vielzahl von LEDs etwa gleich dem LED-Spannungsabfall aller LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) der Vielzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C), die in dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) enthalten sind, ist, die jeweilige LED-Strangspannung des zumindest einen LED-Strangs etwa gleich dem LED-Spannungsabfall, multipliziert mit einer Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem zumindest einen LED-Strang (32, 34), ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung ferner derart eingerichtet ist, dass sie eine Verstärkung jedes entsprechenden Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100), der dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) zugeordnet ist, gemäß einer Gleichung $G i = \frac{n}{(k + m)}$
festlegt, wobei: Gi die Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100), der dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) zugeordnet ist, ist, n die Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem zumindest einen LED-Strang (32, 34) ist, k ein zusätzlicher Spannungsfaktor ist, m die maximale Anzahl von LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in einem LED-Strang (32, 34) der Vielzahl von LED-Strängen (32, 34), der eine maximale LED-Strangspannung definiert, ist.
Vorrichtung (10; 50) nach einem der Ansprüche 10-13, wobei jeder jeweilige Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) derart eingerichtet ist, dass er die Anzahl aktiver LEDs erfasst und eine Verstärkung des jeweiligen Wandlers (30A, 30B; 58A-58C; 100) für den jeweiligen LED-Strang (32, 34) basierend zumindest teilweise auf der Anzahl aktiver LEDs (32A-32D; 34A-34C; 68A-68N; 88A-88C) in dem jeweiligen LED-Strang (32, 34) festlegt.
Vorrichtung (10; 50) nach einem der Ansprüche 10-14, wobei einer oder mehrere der Wandler (30A, 30B; 58A-58C; 100) als Abwärtswandler ausgestaltet ist/sind.