专利名称：闭环电流控制电路及其方法
技术领域：
本发明通常涉及控制电路，更具体地说涉及闭环电流控制电路。
背景技术：
发光二极管(LED)为电流驱动器件，意思是通过LED的电流量控制LED的亮度。在汽车灯之类的应用中，高强度LED可被用于替代例如灯泡之类的更常规的光源。但是，LED和其控制电路必须精密匹配以避免相邻光之间的亮度偏差。在采用高强度LED或LED阵列的其它应用中，例如交通信号灯之类，也出现相同问题。
制造商已经实施几种方案以满足精密控制流经LED的电流量的需求。一种方案是通过使用线性恒流电路保持流经LED的恒定电流。但是，使用线性恒流电路的一个问题是控制电路消耗大量功率，因此需要大功率器件和热沉。
已经尝试一种更功率有效的方案，这种方案使用一种buck-boost稳压器以为LED阵列的高压端产生调整后的公共电压供应。然后低压端镇流电阻器被用于设定LED电流，而分离电阻(separate resistor)被用于监测电流。该控压系统也需要补偿二极管以允许LED特性中的温度变化，并需要选择镇流电阻器以匹配电流-亮度特性。不幸的是电流-亮度特性可随每批LED而变化，因此元件匹配成为主要考虑。尽管本方法比使用线性恒流电路更功率有效，由于通过电压间接控制电流它仍需要大功率消耗外部元件。控制通过LED阵列的电流的另一已知方法可在第6,198,405号美国专利中找到，该方法使用普通电感器buck-boost型电路以提供开环电流控制，由于流经LED的电流不连续，峰值电流比平均LED电流高得多。但是由于所需的电流振幅，这种方法不允许高强度LED以全亮度操作。
因此需要的是一种既高效又允许高强度LED以全亮度操作的控制通过高强度LED的电流的方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种电路，该电路包括具有启动节点和输出节点的第一限流开关，第一限流开关将在输出节点提供的电流量限制为第一预定量；连接至第一限流开关的输出节点的第一输出端口；具有启动节点和输出节点的第二限流开关，第二限流开关将在输出节点提供的电流量限制为第二预定量；连接至第二限流开关的输出节点的第二输出端口；第一输入端口；传感器，该传感器包括连接至第一输入端口的输入；提供输入所接收到的电流量的指示的输出；限流器，该限流器包括连接至所述传感器的所述输出的电流输入；接收控制的控制输入；当信号在控制输入被确定时提供电流输入处接收的电流的第一电流输出节点；和当信号在控制输入未被确定时提供电流输入处接收的电流的第二电流输出节点。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电路，该电路包括多个连接至多个LED的第一接点；选择提供电流至所述多个接点的具体接点的多个开关；选择激活所述多个开关的一个或更多开关以供给电流至具体LED的开关控制器；连接至与多个LED串联连接的电感器的第二接点；串联连接在所述第二接点与额定电压节点之间的电流开关；和根据流经所述第二接点的电流量是否在要求范围内改变所述电流开关的状态的电流开关控制器。
根据本发明的再一个方面，提供了一种电路，该电路包括连接至电源电压的第一端的第一端口；连接至电源电压的第二端的第二端口；连接至LED阵列的第三端口；连接至电感器的第四端口；第一晶体管，该晶体管包括第一电流电极；连接至所述第二端口的第二电流电极；控制节点；第一端连接至所述第四端口和第二端连接至所述第一晶体管的所述第一电流电极的电阻器；第二晶体管，该晶体管包括连接至所述第三端口的第一电流电极；连接至所述第一端口的第二电流电极；和控制节点；串联连接在所述第一端口与所述电阻器的所述第二端之间的循环器；第一控制器，该控制器包括沿所述电阻器连接的微分放大器，以确定沿所述电阻器的电压降；根据所述电压降产生控制信号的逻辑模块；连接至所述逻辑模块和所述第一晶体管的所述控制节点的输出；连接至所述逻辑模块的输入；第二控制器，该控制器包括连接至所述第一端口的输入；连接至所述输入以确定何时在所述第一端口存在电压的逻辑模块；连接至所述逻辑模块和所述第二晶体管的所述控制节点的第一输出；和连接至所述逻辑模块和所述第一控制器的所述输入端口的第二输出端口。
根据本发明的再一个方面，提供了一种方法，该方法包括供给电流至多个LED阵列的被选择LED阵列；将供给至所选择LED阵列的电流合并为合并电流；通过电感器传送合并电流；确定通过电感器的电流量；当确定通过电感器的电流量大于上限时不激活电流开关；当电流开关未被激活时传送电感器电流至所选LED阵列；当确定通过电感器的电流量小于下限时激活电流开关；和当激活电流开关时传送电感器电流至地。
本发明的各种优点、特征和特性，以及方法，结构的相关元件的操作和功能，和制造的部件组合与经济性，将在考虑下文参照附图的说明和权利要求书中变得清楚，所有的说明和权利要求构成本说明书的一部分。
图1为如本发明的一种实施方式被用于控制LED阵列的电路的框图；图2为如本发明的一种实施方式采用恒流开关技术控制通过LED阵列的电流的控制器的组合框图和示意图；图3为如本发明的一种实施方式的流经所匹配的LED和电感器的电流的一组示意图；图4为如本发明的一种实施方式的当LED阵列未被精确匹配时流经多种LED阵列的电流的示意图；图5为表示如本发明的实施方式的一种控制流经LED的电流的方法的示意流程图。
具体实施例方式
图1-5表示一种提供流经电流敏感负载，例如一个或更多LED阵列的电流的直接闭环控制的电路和方法。与更常规的控制LED电流的方法相比，通过采用闭环电流控制，可以获得更精确的电流控制和更低的功耗。此外，联系图1-5所说明的至少一个电路包括可编程逻辑模块以减少对精确元件匹配的需要。与目前可用的电路相比，这里说明的各种电路也要求更少的外部元件，从而提供更低的实施成本。通过合并流经许多LED阵列的电流、经电感器传送(route)被合并的电流、和监测被合并电流，可以精确控制流经LED阵列的理想平均电流，而避免流经LED的电流量的大振幅。
高强度LED通常被以接近其最大额定电流操作以获得最佳亮度。由于超过LED的最大额定电流可导致LED发生故障，限制流经LED的最大电流量，因此重要的是最大电流不显著大于平均电流。通过限制流经LED的峰值电流，LED可以比其它方式可能更接近其最大额定电流被操作。此外，通过使用恒流开关技术替代线性恒流电路，可以降低控制电路的功率需求。
图1-5所示的电路和方法可用于多种应用。例如，汽车尾灯部件和交通控制信号可采用这里提出的教义。当控制电路用于汽车尾灯应用中时，该电路可以功率Bi-CMOS集成电路实施，该集成电路随后在汽车尾灯中与电感器封装。但是，本文所述的多种电路和方法的使用并不限于汽车尾灯应用，而是可用于任何可从所述闭环电流中受益的应用。
首先图1，图1的框图表示采用恒流开关技术控制流经LED阵列的电流量的一种直接闭环电流控制电路，该电路通常指定为电路100。电路100包括集成电路IC105、LED阵列120和130、电感器180、电池108和控制线102。LED阵列120被连接至IC105的端口106，LED阵列130被连接至IC105的端口107，而电感器180被串联连接在LED阵列120、130与IC105的端口110之间。电池108和控制线102通过端口104连接至IC105。
IC105包括开关控制器140、高压端开关190和195、电流开关控制器150、传感器160和电流开关170。开关控制器140通过端口104连接至电池108和控制线102。此外，控制器140具有被连接至每个开关190和195的供电线和启动线，开关190和195又分别被连接至端口106和107。此外，开关控制器140连接至电流开关150和电流节点165。电流开关控制器150连接至开关控制器140、传感器160和电流开关170。传感器160、电流波节165和电流开关170在端口110与端口112之间又互相串联连接。
在示例实施方式中开关控制器140、开关190和195、电流开关控制器150、传感器160和电流开关170被形成在例如IC105的功率Bi-CMOS集成电路(IC)中，而LED阵列120、130和电感器180在IC105之外。当电路100被用于汽车尾灯部件或其它希望在不替换LED阵列120和130的情况下替换IC105的应用中时，这种结构具有优势。但是，在其它实施方式中，电路100的所有示例部件，包括LED阵列120、130、电感器180和IC105可以被包含在单个封装中。此外，作为IC105的部件示例的各元件可作为单独元件实施，这些元件的任何组合可被独立或共同封装。
电池108具有两侧供电侧和回流侧(return side)，并为电路100提供电力。但是，可使用多电源(supply)替代单电池108。在示例实施方式中，电力从端口104进入，并路由开关控制器140，通过供电线，至开关190和195。可使用开关控制器140中的逻辑模块(未显示)主动控制路由，或路由可以是被动的。在至少一种实施方式中，也通过电池108提供操作IC105所需的电力。端口104也可以连接至控制线102，用以接收至开关控制器140的指示通过启动线激活开关190和195的那一个，以及应该通过各具体开关供给至LED阵列120和130的电流量的模拟或数字信号。来自控制线102的控制信息可进一步提供至电流开关控制器150，从而允许编程电流开关控制器150以正确控制作为限流器的电流开关170。
当开关190和195被激活时，电流开关控制器150激活电流开关170以允许电流流经LED阵列120和130。在至少一种实施方式中，当两个LED阵列都点亮时，开关190和195被限流以平衡流经各LED阵列的电流量。当电流开关170被激活时，LED阵列120和130的合并电流流经电感器180、传感器160、电流开关170，并接地。但是，当电流开关170不激活时，来自电感器180的该合并电流流经电流传感器160并通过电流波节165循环，然后返回至开关控制器140和开关190、195。电流开关控制器150根据需要执行激活或不激活电流开关170以限制/保持由传感器160指示的流经LED阵列120和130的合并电流在所需范围内。
为更好地理解电路100的操作，考虑以下实施例。首先考虑仅有单LED阵列，例如LED阵列120被激活的情况。这种情况可能在汽车应用中出现，其中LED阵列120当加压刹车踏板时被用作刹车灯点亮，而LED阵列130被用作当只要汽车前灯打开时就点亮的尾灯。在示例实施方式中，当汽车司机打开前灯时，电池108的电压通过端口104连接至开关控制器140，并且控制信号通过控制线102供给至开关控制器140。开关控制器140执行两种功能。首先，开关控制器140设定通过LED阵列120和130的电流总量。第二，开关控制器140控制开关190和195。
在本实施例中，为允许电流流经LED阵列130，开关控制器140激活开关195而不激活开关190。通过仅激活开关195，允许电池108的电流流经开关195进入LED阵列130，而不进LED阵列120。然后流入LED阵列130的电流在流经电感器180、传感器160和电流开关170之后，流动至基准电压，例如地。
开关控制器140根据激活的LED阵列数目通过编程电流开关控制器150设定所使用的电流总量。在本实施例中，开关控制器140编程电流开关控制器以提供单LED阵列所用的正确电流量。通过知道激活单LED阵列电流开关控制器150可正确解释来自传感器160的输入以控制流经电感器180的电流量。当电流开关控制器150被通知LED阵列130将被激活时，电流开关控制器150激活电流开关170以使电流通过电流开关170至地，而不通过LED阵列130返回。传感器160测量流出电感器180的电流量，并传送该信息至电流开关控制器150。如果流经电感器180的电流量超出要求范围，那么电流开关控制器150将改变电流开关170的状态以使电流被循环，而不接地。实际上，开关控制器140、电流开关控制器150、传感器160和电流开关170起到限流器电路的作用。
在本实施例中，假定LED阵列130在500mA下操作。只要流经LED阵列130和进入电感器180的电流在500mA和某上限，例如550mA之间，那么电流开关控制器150使电流开关170激活。但是，如果流经LED阵列130和电感器180的电流超过550mA，电流开关控制器150将不激活开关170以使电流不再流经端口112至地，而是通过LED阵列130循环。通过以这种方式提供闭环电流控制，可避免大的电流振幅。
当电流开关170未被激活时，流经电感器180的电流将绕过电流开关170并循环至开关控制器140，在一种实施方式中开关控制器140包括一个或更多二极管或同步开关(未显示)，以连接循环电流至连接至开关190和195的供电线。沿电感器180的电压将出现尖峰，然后逐渐减小。由于沿电感器180的电压下降，导致循环电流线性减小，流经LED阵列130和电感器180的电流将开始减小。一旦流经LED阵列130的电流下降至低于预定值，例如450mA，电流开关控制器150将再激活电流开关170。当电流开关170再激活时，循环电流不再流动；替代地流经电感器180的电流通过电流开关170接地，允许总电流增加。注意可采用开关170的适当变化，以使电流当开关170不被激活时接地，而当开关170被激活时循环。
如所理解的那样，通过根据需要激活或不激活电流开关170以保持流经电感器180的电流在要求范围内，流经LED阵列120和130的电流可被精密控制而不超过LED的最大额定值。在至少一种实施方式中，要求范围为所有激活LED的额定操作电流的+/-5％。在其它实施方式中，该范围延伸至+/-10％，而在另外实施方式中为+/-20％。由于通常需要以接近它们的峰值额定电流操作高强度LED，在许多情况下要求较小的电流变化范围。
现在考虑LED阵列130已经打开，和LED阵列120当用户推刹车踏板时激活的情况。在本实施例中，LED阵列120和130都打开。如果每个LED阵列使用500mA的额定电流操作，那么1000mA的电流将流经电感器180。开关控制器140通知电流开关控制器150，LED阵列120和130都被激活，因此电流开关控制器150知道不是当流经电感器180的电流超出以500mA为中心的某范围时打开或关闭电流开关170，而是当电流超出以1000mA为中心的某范围时电流开关控制器150激活或不激活电流开关170。
假定LED阵列120和130平衡，那么500mA的电流将流经LED阵列120和LED阵列130。然后两500mA的分流将合并以使1000mA的电流流经电感器180。如果传感器160所传感的电流量增加超过某预定阀值，那么电流开关170关闭以促使循环电流回流至开关190和195，而不是允许电流接地。当流经电感器180的电流量下降至低于阀值时，电流开关控制器150将再激活电流开关170，从而允许更多电流从电池108流经LED阵列120和130，并通过端口112接地。
但是，可以理解，如果LED阵列120和130不被均匀平衡，那么虽然电流开关控制器150保持总电流量约为1000mA，但不能保证流经LED阵列120或130的电流为多大。例如300mA的电流可流经LED阵列120，而700mA的电流将流经LED阵列130。在这种情况下对限流开关190和195变得有利，以使流经任何一特定阵列的最大电流量不超过该阵列的峰值额定电流。因此，举例来说，如果LED阵列130尝试承受700mA的电流而LED阵列120仅承受300mA的电流，那么尽管通过电感器180的总电流是优化的，但LED阵列130中的LED可能被过量电流损坏。但是，通过限流开关195和190至例如600mA的最大电流量，不管LED阵列120和130之间的任何不匹配，LED阵列120和130可被保护不受大电流尖峰的损害。
在至少一种实施方式中，开关190和195可通过的最大电流量是可调整，或可编程的。这可通过在开关控制器140中采用额外逻辑模块以激活/不激活各种电流“绕过”分路(未显示)，通过提供可编程可变电阻(未显示)，或通过本领域的技术人员所知的其它限流方法完成。已经概述了如本发明的一种实施方式的闭环电流控制，在下文中将给出更详细的解释。
接下来参照图2，将说明如本发明一种实施方式的电路的示意图。LED电路200包括集成电路IC205，LED阵列LED1、LED2和LED3，电感器L1，和控制/供电线LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY。LED阵列LED1、LED2和LED3分别连接至输出208、210和212。电感器L1串联连接在LED1、LED2、LED3与电感器输入216之间。LED电路200还包括连接至内轨道(internalrail)端口214的电容器C1；和连接在反向电池端口220和222之间的反向电池保护二极管230。
IC205包括高压端开关HS1、HS2和HS3，传感电阻(senseresistor)Rsense，低压端开关MLD0，控制器250，供电传感开关控制240，循环器260和内轨道二极管215。供电传感开关控制240通过输出202、204和206连接至控制/供电线LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY。供电传感开关控制240也连接至控制器250和高压端开关HS1、HS2和HS3的控制节点。高压端开关HS1、HS2和HS3也分别具有通过输入202、204和206连接至控制/供电线LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY的第一电流节点；和通过输出208、210和212分别连接至LED阵列LED1、LED2和LED3的第二电流节点。
除了连接至供电传感开关控制240的控制输入之外，控制器250还具有沿Rsense连接的两传感输入，和连接至低压端开关MLD0的控制节点的控制输出。控制器250还包括通过两传感输入连接至Rsense的微分放大器252，和连接至控制输入和控制输出的逻辑模块254。
Rsense串联连接在反向电池端口与电感器输入216之间。低压端开关MLD0具有连接至反向电池端口222的第一电流电极和连接至地线输出218的第二电流电极。
循环器260通过输出202、204和206连接在Rsense的低压端与LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY之间。循环器260包括循环二极管262、264和266。
在示例实施方式中，使用功率Bi-CMOS方法构建IC205内的元件，并且IC205外的元件为已经制造IC205之后连接至IC205的单独制造元件。但是，可以理解，如果需要IC205外部表示的元件可以多种实施方式共同封装在单个封装内。也可以理解作为IC205一部分示例的一个或更多元件可以是单独或共同封装的分离元件。
LED电路200的操作与前面图1中所述的电路100的操作类似，一些区别将在考虑以下说明的基础上变得清楚。例如，图示的三控制/供电线LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY替代图1所示的电池电源/数据线的组合。该三供电/控制线被切换至电池电压以打开它们相应的LED阵列。当控制/供电线未连接至电池电压时它们表现对IC205的高阻抗。同样注意在示例实施方式中，IC205通过逻辑“或(OR)”连接至控制/供电线的二极管215获得它本身的电源。例如，如果控制/供电线LED1CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED3CNTRL_SPLY的任何一个被切换至电池电压，供电传感开关控制240通过启动线241连接至电池电源。因此，任一控制供电线上的电源将为IC205的操作供电。
也应该注意在实施例中控制/供电线直接连接至相应开关HS1、HS2和HS3的第一电流电极。形成开关HS1、HS2和HS3的晶体管的另一电流电极分别连接至LED阵列输出208、210和212。来自供电传感开关控制240的电流导引控制线(下文简称“控制线”)连接至包含在HS1、HS2和HS3的晶体管的栅，以使供电传感开关控制240可控制哪个开关提供电流至其相应的LED阵列。
举例说来，假定LED3CNTRL_SPLY连接至电池电压而剩余控制供电线未连接至电池电压。电源来自CNTRL_3 206并连接至HS3一部分的晶体管的一端。电源也从CNTRL_3 206连接至二极管215之一，以及供电传感开关控制240。供电传感开关控制240传感LED3CNTRL_SPLY线为激活的，通知电流开关控制器250，并提供控制信号至开关HS3的栅。当开关HS3的栅被激活时，晶体管被打开，允许电流从LED3CNTRL_SPLY流经开关HS3、LED3、电感器L1、Rsense、和MLD0至地。
微分放大器252响应沿晶体管Rsense的电压降，传送信号至开关逻辑模块254。开关逻辑模块254传送控制信号至晶体管MLD0的栅以当与流经导体L1的电流量相关的沿Rsense的电压差位于要求范围之外时激活或不激活晶体管MLD0。当晶体管MLD0未被激活时，取代电流接地，电流通过循环二极管262、264和266返回至高压端开关HS1、HS2。注意当晶体管MLD0关闭时电感器输入216的电压将开始突然上升，但将由适当的循环二极管262、264和266钳制(clamped)。电感器中的电流随后将线性下降直至其到达低断路点，此时控制器250将再次激活MLD0。注意在实施例中使用三循环二极管，每个LED通道一个。为了控制/供电电压的明显不匹配，与最低供电联系的循环二极管将在循环过程中传导大部分电流。但是，各LED仍可接受等量电流。
控制器250将继续循环晶体管MLD0的开与关以保持电感器L1中的平均电流处于所需水平。所需平均电流的实际水平为给定时间多少控制线为高的函数。例如，如果我们假定各LED需要500mA的电流，那么当所有三控制线打开时，通过电感器L1的所需平均电流将为1.5安培。当两个控制线打开时，那么将需要1安培的电流供电两LED阵列。类似地单个LED阵列将需要500mA。电感器中的平均电流将根据它们相应的控制/供电线的状态在LED阵列1、2和3之间分配。
三控制/供电线LED3CNTRL_SPLY、LED2CNTRL_SPLY和LED1CNTRL_SPLY二极管“或”以产生内供电轨道。一旦IC205加电，三控制/供电线被监测以观察哪个或哪几个被命令打开。然后，打开相应的开关HS1、HS2或HS3，并以适当的可编程电流启动控制器250。一旦控制器250启动，出现传感控制/供电线的问题。未启动LED阵列的控制/供电线处于高阻抗。在电流被循环的时间内，高阻抗控制/供电线将通过它相应的循环二极管被驱动至电源电压。但是，当MLD0打开时，循环二极管被反向偏压，并且未启动LED控制线将通过内部反偏电流接地。
因此，应该当MLD0打开时做出特定LED阵列中打开或关闭的决定。例如，如果当MLD0打开时控制/供电线未被启动，控制/供电线接地并且控制器将立即关闭MLD0，而供电传感开关控制240将重编程控制器250以获得更低的所需平均电流。注意在这种情况下要求关闭的LED阵列中的电流将立即变为零而其它LED阵列中的电流将上升至它们的电流极限。这些电流/电压尖峰将在控制环关闭晶体管MLD0并开始循环电流所需的时间周期内发生。
在实施例中高压端开关HS1、HS2和HS3被限流以保证当要求打开阵列的各种组合时三LED阵列LED1、LED2和LED3之间的可接受电流分配。例如，可通过汽车操作者激活方向指示器、压下刹车踏板、打开前灯等命令LED阵列打开。换句话说，可利用各种通常所知的适当控制和/或开关方法命令LED阵列打开。理想地，各控制线将处于完全相同电压，当命令打开时各LED阵列将具有完全相同的电压降，并且总电感器电流将在三LED阵列之间极好地分配。
但是，高压端开关被限制以保证不等的电流分配不超过一定水平。举例说来，如果各LED阵列需要500mA并且所有三个阵列被要求打开，那么控制器250将设定平均电感器电流为1.5安培。各高压端开关应该将它的电流极限设定为稍大于500mA，例如600mA。那么如果一LED阵列具有稍低电压降或稍高控制线电压，取代取用全部1.5安培而不提供给其它两LED，该LED阵列将控制在600mA，留下900mA在其它两LED阵列之间分配。
在供电/控制线都在相同水平并且LED都具有非常接近电压降的情况下，所有三个高压端开关将被完全打开并且功耗将很低。一旦一个高压端开关进入限流模式，它的漏源电压和功耗将增加。假定功耗仅与LED之间的不匹配和/或控制电压之间的不匹配那样多增加。这相对现有技术而言是个优点，现有技术沿LED阵列应用过量电压以保证LED阵列完全打开并使用限流电阻，这总是耗费高功率。
在另一实施方式中该电流分配方案可以具有两不同限流水平，一个水平稍大于所需平均电流而另一水平完全就是所需平均电流。当600mA电流极限激活预定时间时，电路可自动降低至500mA。那么其它LED阵列也可以稳定在所需500mA，尽管现在所有的波纹将沿LED出现。
当一LED被命令关闭时，供电传感开关控制240通过首先关闭MLD0并允许电流衰减至其新的更低的断路点，将电流调整重新调整至较低水平。在至少一种实施方式中，新未启动通道的高压端开关保持打开直至电感器电流已经衰减至其新值。如果高压端开关在传感控制/供电线已经变低之后立即关闭，那么其它LED阵列将经历大的电流尖峰，因为总电感器电流现在将在更少的LED阵列中分配。
除了最后的LED阵列被关闭的情况，IC205的端口为多余负瞬态(spared negative transients)。在关闭时，将在电感器的高压端产生大的负瞬态。对于最后的LED阵列在其高压端开关打开的情况下关闭而言，高压端开关源的电压将接地同时电感器完成放电。其它LED阵列关闭其高压端开关，保持它们的源电压的电位比地低几伏特。
接下来参照图3的一组图表，将说明如本发明一种实施方式的通过图2的LED1、LED2、LED3和电感器L1的电流流动。图3所示的曲线表示当LED1、LED2和LED3被命令以那种次序打开，并且随后再次以相同次序关闭时通过单个器件的电流。曲线310表示流经电感器L1的合并电流；曲线320表示流经LED1的电流；曲线330表示流经LED2的电流；曲线340表示流经LED3的电流。
由曲线310表示的流经电感器L1的合并电流，当仅有单个LED打开时从500mA开始，当两个LED打开时跳至约1A，当三个LED阵列都打开时上升至1.5A。曲线310中看到的波纹是打开和关闭MLD0以保持通过电感器的平均电流处于所需水平的结果。
在图3中所产生的波纹位于所需平均电流的+/-10％内。注意曲线310、320、330和340中的波纹按LED打开和关闭的频率变化，但振幅通常保持不变。当另一LED阵列关闭时发生较低峰值的大振幅，因为一旦LED阵列被命令关闭，允许循环电流在相应的高压端开关实际关闭之前衰减至新低水平。
接下来参照图4和图2，说明如本发明一种实施方式的高压端开关的限流作用。曲线420表示流经LED1的电流；曲线430表示流经LED2的电流；曲线440表示流经LED3的电流。首先，命令LED1如曲线420所示打开。在实施例中，LED1具有比LED2或LED3更低的电压降，因此当LED2打开时，LED1尝试承担以大约50微秒处的微尖峰所示的过量电流。但是，限流起作用并将允许通过与LED1关联的高压端开关的最大电流限制在600mA。由于LED2和LED3承担约相同量的电流，它们的高压端开关未发生限流，但是LED1的高压端开关保持限流状态直至它在约180微秒处关闭。
接下来参照图5的流程图，说明如本发明的一种方法。图5的流程图示例的方法表示恒流开关可如何用于提供高强度LED或其它电流敏感负载的闭环电流控制。在步骤510通过高压端开关供给电流至所选择LED阵列，对高压端开关进行限流以有助于电流在所有激活LED阵列之间的平均分配。
在步骤520，合并流经所有选择LED阵列的电流并通过电感器。在LED阵列的初始加电过程中电感器导致电流线性上升，并且当电流从电感器循环返回至LED阵列时也提供线性下降。在步骤530，测量通过电感器的合并电流，并做出合并电流是否高于要求设定点的判断。如果在步骤530确定合并电流太高，那么执行步骤540。在步骤540，打开电流开关以允许电流通过循环二极管循环，通过高压端开关返回至LED阵列上，而不是使电流通过电流开关接地。如果在步骤530确定合并电流不高于预定最大值，那么在步骤550比较该电流量与预定最小值。如果电流量小于预定最小值，那么在步骤560控制器关闭电流开关，并允许电流从电感器传送至地。重复该程序，只要合并电流太高打开电流开关，只要合并电流太低就再次关闭开关。通过这种方式保持对流经由电路控制的高强度LED的电流量的紧密控制，同时仍允许相对高效的电路操作。
在前面的附图详细说明中，已经参照附图，附图形成本发明的一部分，其表示本发明可实施的具体实施方式
示例。以充分的细节说明这些实施方式以使本领域的技术人员实施本发明，并且应该理解可以采用其它实施方式，在不偏离本发明的精神或领域的条件下可做出逻辑、机械、化学和电学变化。例如虽然以上说明主要集中在两个或三个发光二极管阵列的使用，这里提出的原理可应用于所需任何数目的阵列。此外，尽管使用术语LED阵列，应该理解阵列可以包括一个LED或可实施的多个LED。此外，至少一种上述实施方式指功率Bi-CMOS晶体管。但是，应该理解在实施这里提出的教义中可使用其它晶体管/开关类型。
此外，本领域的技术人员可容易地构建本发明包含的许多其它改变实施方式。例如上述实施方式采用二极管控制循环电流并返回循环电流至适当开关。但是，在其它实施方式中可使用同步开关取代二极管。此外，尽管以上说明主要集中在流至不同LED阵列的电流相等的实施方式上，可以采用供给至不同LED阵列的电流有意不相等以有助于亮度控制的其它实施方式。
为避免使本领域的技术人员能够实施本发明的不必要的细节，本说明可能省略本领域的技术人员已知的某些信息。因此，本发明的目的不是限定本文提出的具体形式，而正相反，其目的是覆盖这种变化、修改和等价物，只要可以合理地包含在本发明的精神和领域内。因此，前面的详细说明不是限制的概念，并且本发明的领域仅通过所附权利要求限定。
权利要求
1.一种电路，该电路包括具有启动节点和输出节点的第一限流开关，第一限流开关将在输出节点提供的电流量限制为第一预定量；连接至第一限流开关的输出节点的第一输出端口；具有启动节点和输出节点的第二限流开关，第二限流开关将在输出节点提供的电流量限制为第二预定量；连接至第二限流开关的输出节点的第二输出端口；第一输入端口；传感器，该传感器包括连接至第一输入端口的输入；提供输入所接收到的电流量的指示的输出；限流器，该限流器包括连接至所述传感器的所述输出的电流输入；接收控制的控制输入；当信号在控制输入被确定时提供电流输入处接收的电流的第一电流输出节点；和当信号在控制输入未被确定时提供电流输入处接收的电流的第二电流输出节点。
2.如权利要求1的电路，其中所述限流器还包括连接至所述控制输入的控制器，所述控制器包括连接至所述传感器的输入，所述输入接收由所述传感器提供的指示；和具有连接至控制器的所述输入的输入、和连接至限流器的控制输入的输出的逻辑模块，所述逻辑模块根据指示确定或不确定信号；晶体管，该晶体管包括连接至限流器的所述第一电流输出节点的第一电流电极；连接至限流器的所述第二电流输出节点的第二电流电极；和连接至所述逻辑模块的所述输出的控制节点。
3.如权利要求1的电路，该电路还包括第一供电输入；第二供电输入；开关控制器，该控制器包括连接至所述第一供电输入的第一输入；连接至所述第二供电输入的第二输入；连接至所述第一输入和所述第二输入以根据所述第一供电输入和所述第二供电输入哪个上表现电压确定控制信号的逻辑模块；连接至所述逻辑模块和所述第一限流开关的所述启动节点的第一输出；和连接至所述逻辑模块和所述第二限流开关的所述启动节点的第二输出。
4.如权利要求1的电路，该电路还包括连接至所述第一输出端口的第一LED阵列；连接至所述第二输出端口的第二LED阵列，其中所述第一LED阵列和所述第二LED阵列电并联；和串联连接在所述第一和第二LED阵列与所述第一输入端口之间的电感器。
5.一种电路，该电路包括多个连接至多个LED的第一接点；选择提供电流至所述多个接点的具体接点的多个开关；选择激活所述多个开关的一个或更多开关以供给电流至具体LED的开关控制器；连接至与多个LED串联连接的电感器的第二接点；串联连接在所述第二接点与额定电压节点之间的电流开关；和根据流经所述第二接点的电流量是否在要求范围内改变所述电流开关的状态的电流开关控制器。
6.如权利要求5的电路，其中所述电流开关控制器包括确定流经所述第二接点的电流量的电流传感器；和确定何时电流量在要求范围内的逻辑模块。
7.一种电路，该电路包括连接至电源电压的第一端的第一端口；连接至电源电压的第二端的第二端口；连接至LED阵列的第三端口；连接至电感器的第四端口；第一晶体管，该晶体管包括第一电流电极；连接至所述第二端口的第二电流电极；控制节点；第一端连接至所述第四端口和第二端连接至所述第一晶体管的所述第一电流电极的电阻器；第二晶体管，该晶体管包括连接至所述第三端口的第一电流电极；连接至所述第一端口的第二电流电极；和控制节点；串联连接在所述第一端口与所述电阻器的所述第二端之间的循环器；第一控制器，该控制器包括沿所述电阻器连接的微分放大器，以确定沿所述电阻器的电压降；根据所述电压降产生控制信号的逻辑模块；连接至所述逻辑模块和所述第一晶体管的所述控制节点的输出；连接至所述逻辑模块的输入；第二控制器，该控制器包括连接至所述第一端口的输入；连接至所述输入以确定何时在所述第一端口存在电压的逻辑模块；连接至所述逻辑模块和所述第二晶体管的所述控制节点的第一输出；和连接至所述逻辑模块和所述第一控制器的所述输入端口的第二输出端口。
8.一种方法，该方法包括供给电流至多个LED阵列的被选择LED阵列；将供给至所选择LED阵列的电流合并为合并电流；通过电感器传送合并电流；确定通过电感器的电流量；当确定通过电感器的电流量大于上限时不激活电流开关；当电流开关未被激活时传送电感器电流至所选LED阵列；当确定通过电感器的电流量小于下限时激活电流开关；和当激活电流开关时传送电感器电流至地。
9.如权利要求8的方法，其中供给电流至所选LED阵列包括激活与所选LED阵列相关的被选择开关。
10.如权利要求8的方法，其中供给电流还包括传感多个供电线的所选择供电线上的电源电压；和根据多个供电线中哪个上具有所传感电压激活所选择开关。
全文摘要
本文公开一种使用恒流开关技术提供闭环控制的电路和方法。通过使用所述技术和电路控制供给至高强度发光二极管(LED)的电流，可在或接近它们的最大容量下无LED的过载危险和不使用过量电流的情况下操作高强度LED。本文所述的电路具有多个高压端开关(190，195)，各高压端开关连接至LED阵列(120，130)。LED阵列通过电感器(180)又连接至电流开关控制部件，该部件切换电流至地，或者循环电流以保持要求范围内的LED电流量。
文档编号H05B37/02GK1675605SQ03819789
公开日2005年9月28日 申请日期2003年7月24日 优先权日2002年8月21日
发明者阿兰·麦克尔·鲁克, 伊布拉辛·S·坎达 申请人:飞思卡尔半导体公司