专利名称：通量补偿led驱动器系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及发光二极管(LED)驱动器，更具体来说涉及用于 具有通量(flux)补偿的LED驱动的系统和方法。
背景技术：
发光二极管(LED)在诸如交通信号和标示牌(signage)之类的 各种应用中正更广泛地被使用。LED被预计在不久的将来在汽车应用中 替代白炽灯，并且几年内在许多一般的照明应用中替代白炽灯、卣素 灯(halogen)和荧光灯。LED以提供高效率的明亮的照明。
然而，由于工作特性(operating characteristics)和制造限 制(manufacturing limitations) ， LED也存在某些问题。LED对于 小的电压变化表现出大的电流变化，所以LED驱动器必须控制到LED的 电流。虽然已有一个解决方案通过将电阻器和LED串联放置来限制电流 ，但这样的解决方案不能在具体的应用中针对具体LED的功能和效率要 求进行优化。
LED制造中大的工艺变化导致工作性能的大的变化。为了说明工作 特性变化，制造商对工作特性进行采样，并且将LED分成具有相似操作 特性的多批(batches),称为仓(bin)。仓的例子包括电压仓，其 说明电压的差异；通量仓，其说明在给定的驱动电流下的光输出差异 ;和颜色仓，其说明颜色的差异。制造商通常为具有特定特性的LED分 配仓代码。例如，可以将通量仓代码P分配给在给定的电流下产生20到 30流明通量的LED，将通量仓代码Q分配给在相同的电流下产生30到40 流明通量的LED。
LED驱动器可以通过电流控制来补偿在电压仓之间的变化，但是没 有简单的校正(correction)可以提供用来补偿在通量仓之间的变化 。目前，具有不同驱动电流设置的不同的LED驱动器被用于每个通量仓 ，或者LED驱动器在内部被更改以提供具有期望的驱动电流设置的LED 驱动器。对于不同的通量仓使用不同的LED驱动器导致在制造和储备用 于每个不同的驱动电流设置的不同LED驱动器上的额外费用。 期望能提供克服上面的缺点的LED驱动系统和方法。
发明内容
本发明的一个方面提供用于具有关联的通量仓索引的发光二极管 (LED)串的驱动器，包括电源转换器，其响应于增益信号并且生成 通量索引的驱动电流；LED连接器，其可操作地连接到所述电源转换器 并且可操作来接收所述LED串；和增益块，其比较检测的驱动电流信号 和驱动电流i殳定值(setpoint)以生成所述增益信号。所述增益块响 应于通量索引选择器以调节用于所述关联的通量仓索引的增益信号。
本发明的另一方面提供用于发光二极管(LED)串的通量控制方法 ，包括确定用于所述LED串的通量仓索引；提供驱动电流设定值；使 驱动电流流经所述LED串；检测所述驱动电流以生成检测的驱动电流信 号；和响应于在所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流i殳定值之间 的差别来控制所述驱动电流。所述检测的驱动电流信号和所述驱动电 流设定值中的至少一个响应于所述通量仓索引被按比例缩i欠(scale)
本发明的另一方面提供用于发光二极管(LED)串的通量控制系统 ，包括用于确定所述LED串的通量仓索引的装置；用于提供驱动电流 设定值的装置；用于使驱动电流流经所述LED串的装置；用于检测所述 驱动电流以生成检测的驱动电流信号的装置；用于响应于在所述检测 的驱动电流信号和所述驱动电流设定值之间的差异来控制所述驱动电 流的装置；和用于响应于所述通量仓索引来按比例缩放所述检测的驱 动电流信号和所述驱动电流设定值中的至少一个的装置。
本发明的另一方面提供照明系统，包括发光二极管(LED)驱动 器，该LED驱动器具有LED连接器并且响应于检测的驱动电流信号；和 第一LED组件，该第一LED组件具有可操作地连接到第一关联的部件的 第一LED串。该第一LED组件可操作地连接到该LED连接器并且该第一关 联的部件生成该检测的驱动电流信号。
从下面结合附图阅读的、目前优选的实施例的具体描述，本发明 的上述和其他特征和优点将变得更清楚。详细的描述和附图仅为描述 本发明，而不是限制本发明，本发明的范围由所附的权利要求和它的 等同物所限定。
图1是根据本发明制成的具有通量补偿的LED驱动系统的方框图； 图2 -图4是根据本发明制成的具有通量补偿的LED驱动电路的实 施例的示意图5和6是根据本发明制成的照明系统的示意图。
具体实施例方式
图1是根据本发明制成的具有通量补偿的LED驱动系统的方框图。 LED驱动器根据具体LED串的通量仓索引控制经过该具体LED串的驱动 电流而补偿在LED串之间的制造通量变化。LED驱动器根据通量索引选 择器(诸如连接点、可变部件，和/或数据连接)处的信息确定合适
的通量索引的驱动电流。
LED驱动器20包括电源转换器22、 LED连接器24、和增益块32。电 源转换器22响应于来自增益块32的增益信号34，并且生成图l中由箭头 指示的通量索引的驱动电流36。 LED连接器24可操作地连接到电源转换 器22以提供通量索引的驱动电流36到LED串26，该LED串26具有关联的 通量仓索引。增益块32比较检测的驱动电流信号38和驱动电流设定值 28以生成增益信号34。增益块32响应于通量索引选择器30以调节增益 信号34用于关联的通量仓索引。
LED串26包括连接在LED连接器24的两端的一个或者多个LED。 LED
串26具有关联的通量仓索引，该关联的通量仓索引指示在给定的驱动 电流下LED串26中LED的光输出。该关联的通量仓索引可以是从LED制造 商获得的通量仓代码，或者可以用实验方法确定。电源转换器22可以 是能够提供通量索引的驱动电流36到LED串26的任何电源转换器。
图2-4是具有根据本发明制成的通量补偿的LED驱动电路的实施例 的示意图，其中相同的元件和图l共享相同的标号(reference number )。图2的实施例使用连接点作为通量索引选择器，用为LED串选择的 连接点来调节通过增益块的检测的驱动电流信号。图3的实施例使用可 变部件作为通量索引选择器，用为可变部件选择的部件值来调节通过 增益块的驱动电流设定值。图4的实施例使用数据连接作为通量索引选 择器，用由数据连接提供并存储在LED驱动器中的所选择的通量数据来
确定通量索引的驱动电流。
参见图2，通量索引选择器30包括第一连接点50和第二连接点52 。LED连接器24包括上游端子54 ( upstream terminal )和下游端子56
。下游端子56与该连接点中的一个的连接，通过按比例缩放(scaling )检测的驱动电流信号38来调节增益块32的增益信号。
增益块32包括连接在第一连接点50和第二连接点52之间的笫一电 阻器58，连接在第二连接点52和接地点(common )之间的第二电阻器60 ，连接在第一电阻器58和第二电阻器60两端的电流反馈放大器64，连 接在电流反馈放大器64的输出和负输入之间的第三电阻器62，以及连 接在电流反馈放大器64的输出和驱动电流设定值28的两端的误差放大 器66。误差放大器66的输出提供增益信号34到电源转换器22。在通量 索引选择器30和电流反馈放大器64的输出之间的检测的驱动电流电路 中生成检测的驱动电流信号38。在到误差放大器66的输入处的驱动电 流设定值电路中生成驱动电流设定值28。
在操作中，用户确定用于LED串的通量仓索引，并且连接下游端子 56到与该通量仓索引对应的连接点。对于第一通量仓索引的例子，用 户连接下游端子56到与第一通量仓索引对应的第一连接点50。通过在 第一电阻器58和第二电阻器60两端的电压降落检测通量索引的驱动电 流3 6以生成检测的驱动电流电压6 8 。检测的驱动电流电压6 8由电流反 馈放大器64按比例缩放以生成检测的驱动电流信号38。误差放大器66 比较检测的驱动电流信号38和驱动电流设定值2 8 ，并且提供增益信号 34到电源转换器22以控制通量索引的驱动电流36。检测的驱动电流信 号38响应于第一通量仓索引被按比例缩放。对于第二个通量仓索引的 例子，用户连接下游端子56到与第二通量仓索引对应的第二连接点52 。通过在笫二电阻器60两端的电压降落检测通量索引的驱动电流36以 生成检测的驱动电流电压68。电流反馈放大器64按比例缩放检测的驱 动电流电压68以生成检测的驱动电流信号38。误差放大器66比较检测 的驱动电流信号38和驱动电流设定值28，并且提供增益信号34到电源 转换器22以控制通量索引的驱动电流36。检测的驱动电流信号38响应 于第二通量仓索引被按比例缩放。
本领域的技术人员将理解，包括笫一电阻器58和笫二电阻器60的 检测电阻器串联可以被扩展具有额外的电阻器和在额外的检测电阻器 之间的额外的连接点以容纳与所期望的一样多的通量仓索引。
参见图3，通量索引选择器30是可操作地连接到部件连接器82的可 变部件80 (诸如电阻器)，在图3中相同的元件和图2共享相同的标号。可变部件80和第一电阻器86并联。第一电阻器86和第二电阻器84在 参考电压Vref和接地点之间串联。分压器85包括第一电阻器86、第二 电阻器84、和可变部件80。分压器85从第一电阻器86和第二电阻器84 的接合点提供驱动电流设定值28。可变部件80通过按比例缩放驱动电 流设定值28来调节增益块32的增益信号。
增益块32包括在参考电压Vref和接地点之间串联连接的第一电阻 器86和第二电阻器84、和LED串26串联连接并且连接在电流反馈放大器 64两端的第三电阻器88、和连接到电流反馈放大器64的输出和在第一 电阻器86和第二电阻器84的接合点之间的误差放大器66。误差放大器 66的输出提供增益信号34到电源转换器22。在第三电阻器88和电流反 馈放大器64的输出之间的检测的驱动电流电路产生检测的驱动电流信 号38。在通量索引选择器30和到误差放大器66的输入之间的驱动电流 设定值电路中生成驱动电流设定值28。
在操作中，用户确定用于LED串26的通量仓索引，选择具有与该通 量仓索引对应的分量值的可变部件80，并且在部件连接器82处连接可 变部件80。在这个例子中该可变部件80是电阻器。和第一电阻器"并 联连接的可变部件80，降低了在接地点和第一电阻器86与第二电阻器 84的接合点之间的分压器85的电阻，减少了驱动电流设定值28。这在 驱动电流设定值28和检测的驱动电流信号38之间产生差异电源转换 器22减少通量索引的驱动电流36以减少检测的驱动电流信号38并且平 衡(balance out)该系统。响应于该通量仓索引按比例缩放驱动电流 设定值28。
本领域的技术人员将理解，可变部件80并不限于电阻器。可变部 件80可以是无源电路或者有源电路，并且可以包括一个或者多个部件 ，诸如电阻器、温度补偿电阻器、电容器、感应器等等。正或者负温 度补偿电阻器可以如期望的那样被用来补偿随着变化的工作温度的驱 动电流要求中的变化。此外，可变部件80的放置并不限于在图3中示出 的例子，并且不限于按比例缩放驱动电流设定值28。在可选实施例中 ，可变部件80可以被串联或者并联连接到第三电阻器88以按比例缩放 检测的驱动电流信号38。在另外的可选实施例中，可变部件80可以被 连接在参考电压Vref和到误差放大器66的输入之间来按比例缩放驱动 电流设定值28。
参见图4，通量索引选择器30是提供通量数据的数据连接100，该 通量数据被存储在LED驱动器20中。数据连接100被可操作地连接到具 有存储器106的微处理器104，并且提供具有通量数据的数据信号102 到微处理器104。微处理器104接收检测的驱动电流信号38，并且提供 增益信号34到电源转换器22。 LED串26被连接到LED连接器24以从电源 转换器22接收通量索引的驱动电流36。
在操作中，图4例子中的LED驱动器20大多和图2与图3中描述的实 施例一样起作用，但是，微处理器104担当增益块，在微处理器中而不 是使用离散部件比较和按比例缩放值。驱动电流设定值与检测的驱动 电流信号38比较，并且响应于该差异由微处理器104生成增益信号34 以控制来自电源转换器22的通量索引的驱动电流36。包括通量数据的 数据信号102可以在制造时提供给LED驱动器20，和/或可以在LED驱动 器20已被安装后例如通过电源线上的传输、无线连接等被提供。
通量数据可以包括驱动电流设定值、用于与特定LED串26的通量仓 索引对应的驱动电流设定值的缩放因子、用于与特定LED串"的通量仓 索引对应的检测的驱动电流信号38的缩放因子、和/或特定的LED串26 的通量仓索引。在一个实施例中，通量数据包括驱动电流设定值，其 为用于特定LED串26的通量仓索引的驱动电流设定值。在另 一个实施例 中，驱动电流设定值是存储在存储器106中的常数，并且通量数据包括 与特定LED串26的通量仓索引对应的驱动电流设定值缩放因子。在又一 个实施例中，通量数据包括与特定LED串26的通量仓索引对应的检测的 驱动电流信号缩放因子。在又一个实施例中，通量数据包括特定LED串 26的通量仓索引。存储器包括函数或者表格以将通量仓索引转换为用 于驱动电流设定值和/或检测的驱动电流信号38的缩放因子。本领域 的技术人员将理解，各种设定值、缩放因子、函数和表格可以通过数 据连接100下载新的值来如期望的那样在存储器106中被改变。
图5和图6是根据本发明制成的照明系统的示意图，在图中相同的 元件和图l共享相同的标号。图5包括单个LED组件，而图6包括多个并 联的LED组件。在该实施例中，每个LED组件包括LED串和关联的部件。
参见图5， LED驱动器20通过LED连接器24提供通量索引的驱动电流 36到LED组件110。 LED组件110包括具有一个或者多个LED的LED串S6和 关联的部件112，该关联的部件被可操作地连接到LED串26并且提供检
测的驱动电流信号38到LED驱动器20。 LED串26具有高电压端和低电压 端，在高电压端通量索引的驱动电流36进入LED串26，在4氐电压端通量 索引的驱动电流36离开LED串26。 LED驱动器20响应于检测的驱动电流 信号38来调节通量索引的驱动电流36。关联的部件112的部件值可以被 选择为与LED串26的通量仓索引对应。在该例子中，关联的部件112是 电阻器。关联的部件112可以整合到LED组件110和/或LED串26。
参见图6，通过连接LED连接器142到LED连接器24，第二LED组件 130可以和LED组件110并联连接。第二LED组件130包括具有一个或者多 个LED的LED串26和关联的部件134，该关联的部件l34可操作地连接到
电流信号38到D驱动器2 0'。在该，例子中，关联的部件曰i 3 :是电阻器: 第二LED组件130可以具有和LED组件110不同的电流要求，但是通常具 有相同的电压要求。
在操作中，将用于并联LED组件的关联的部件并联按比例缩放检测 的驱动电流信号38以产生合适的通量索引的驱动电流36。例如，假定 关联的部件的电阻值为100欧姆(Ohm)且在LED连接器的两端施加IOO 伏特(Volt)的电压。对于如图5所示的单个LED组件，检测的驱动电 流信号38对应100V/100ft或者l安培(Amp)驱动电流。对于如图6所示 的并联LED组件，检测的驱动电流信号38对应于100V/50Q或者2安培( Amp)驱动电流，是单个LED组件情况下的两倍。关联的部件的电阻值 不必相等，并且对于具有不同驱动电流要求的LED组件可以不相等。继 续上面在LED连接器的两端施加有100伏特电压的例子，对于要求O. 5 安培并且具有200欧姆的关联的部件电阻值的一个LED组件，和要求O. 1 安培并且具有1000欧姆的关联的部件电阻值的三个LED组件，检测的驱 动电流信号38对应于100V/ 125ft或0. 8安培驱动电流。
本领域的技术人员将理解，对图5和图6的例子可以作出许多有用 的改变。在一个实施例中，关联的部件可以是有源或者无源电路，并 且可以包括一个或者多个部件，如电阻器、温度补偿电阻器、电容器 、电感器等等。对于电感器，LED驱动器W可以强加高频率信号到通量 索引的驱动电流36上以检测该电感器。对于电阻器，电阻器可以是如
所期望那样的正或负温度补偿电阻器以便补偿随着变化的工作温度的 驱动电流要求的变化。此外，关联的部件的放置不限于示出的例子。 关联的部件可以连接到LED串的高压侧(high side)或者和LED串并联 。对于并联电阻器作为关联的部件，当电路被加电时，LED驱动器20可 以周期性地或恒定地施加小的反向电压以检测电阻器值。在一个实施 例中，关联的部件可以检测关联的LED串的失败并指示LED驱动器20切 断通量索引的驱动电流36以避免对剩余的好LED组件的损害。在另一个 实施例中，具有相同的标称电流要求的LED组件串联连接并且其中 一个 LED组件的关联的部件连接到LED驱动器20以提供检测的驱动电流信号 38。单个关联的部件控制用于全部串联的LED组件的通量索引的驱动电 流36
虽然在这里公开的本发明的实施例目前认为是优选的，但是可以 在不偏离本发明的范围的情况下而作出各种改变和修改。本领域的技 术人员将理解，图1至图6所描述的实施例是示例性的，并且可选电路 可以如期望的那样被用于特定的应用。本发明的范围由附加的权利要 求所表明，并且在等价的含义和范围内的所有改变都包含在本发明中
权利要求
1.一种用于具有关联的通量仓索引的发光二极管(LED)串的驱动器，包括电源转换器22，该电源转换器22响应于增益信号34并且生成通量索引的驱动电流36；LED连接器24，该LED连接器24可操作地连接到所述电源转换器22并且可操作来接收所述LED串26；和增益块32，该增益块32比较检测的驱动电流信号38和驱动电流设定值28以生成所述增益信号34；其中所述增益块32响应于通量索引选择器30以调节用于所述关联的通量仓索引的所述增益信号34。
2. 如权利要求1所述的驱动器，其中所述通量索引选择器30包括多 个连接点，每个连接点具有对应的通量仓索引，并且所述LED连接器24 到所述连接点之一的连接调节用于所述对应的通量仓索引的所述检测 的驱动电流信号38。
3. 如权利要求1所述的驱动器，其中所述通量索引选择器30包括可 变部件80，该可变部件80具有对应的通量仓索引，并且可变部件80的选 择调节用于对应的通量仓索引的所述检测的驱动电流信号38。
4. 如权利要求3所述的驱动器，其中所述可变部件80从由电阻器、温度补偿电阻器、电容器、和电感器组成的组中选择。
5. 如权利要求1所述的驱动器，其中所述通量索引选择器30包括数 据连接100并且所述增益块32包括微处理器104。
6. 如权利要求5所述的驱动器，其中所述数据连接lOO提供通量数 据到所述微处理器104，所述通量数据从由所述驱动电流设定值、具有 第一对应的通量仓索引的驱动电流设定值缩放因子、具有第二对应的 通量仓索引的检测的驱动电流信号缩放因子、和所述关联的通量仓索 引组成的组中选择。
7. 如权利要求6所述的驱动器，其中所述微处理器104具有用于存 储所述通量数据的存储器106。
8. 如权利要求l所述的驱动器，其中通量索引选择器30包括关联 的部件112，该关联的部件112整合到所述LED串26。
9. 如权利要求8所述的驱动器，其中所述关联的部件112从由电阻 器、温度补偿电阻器、电容器和电感器组成的组中选择。
10. 如权利要求l所述的驱动器，其中通量索引选择器30包括多个 可操作地并联连接的关联的部件112，所述多个关联的部件112中的每 一个与多个LED串中的一个相关联。
11. 一种用于发光二极管(LED)串的通量控制方法，包括 确定用于所述LED串的通量仓索引； 提供驱动电流设定值； 使驱动电流流经所述LED串；检测所述驱动电流以生成检测的驱动电流信号；和响应于在所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流i殳定值之间的差别来控制所述驱动电流；其中，所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值中的至少一个响应于所述通量仓索引被按比例缩放。
12. 如权利要求ll所述的方法，其中所述检测的驱动电流通过如 下而纟皮按比例缩放提供多个连接点，所述连接点中的每一个具有对应的通量仓索引;和连接所述LED串到与为所述LED串确定的所述通量仓索引对应的连 接点。
13. 如权利要求ll所述的方法，其中所述检测的驱动电流信号在 检测的驱动电流电路中生成，并且该检测的驱动电流信号通过调节所 述检测的驱动电流电路的阻抗来按比例缩放。
14. 如权利要求ll所述的方法，其中所述驱动电流设定值在驱动 电流设定值电路中生成，并且通过调节所述驱动电流设定值电路的阻 抗来按比例缩放所述驱动电流设定值。
15. —种用于发光二极管(LED)串的通量控制系统，包括； 用于确定所述LED串的通量仓索引的装置；用于提供驱动电流设定值的装置；用于使驱动电流流经所述LED串的装置；用于检测所述驱动电流以生成检测的驱动电流信号的装置；用于响应于在所述检测的驱动电流信号和所述驱动电流设定值之 间的差异来控制所述驱动电流的装置；和用于响应于所述通量仓索引来按比例缩放所述检测的驱动电流信 号和所述驱动电流设定值中的至少一个的装置。
16. 如权利要求15所述的系统，其中所述缩放装置包括多个用于 连接LED串的装置，所述连接装置中的每一个具有对应的通量仓索引。
17. 如权利要求15所述的系统，其中所述用于按比例缩放的装置 包括从由用于调节所述提供装置的阻抗的装置和用于调节所述检测装 置的阻抗的装置组成的组中选择的装置。
18. —种照明系统，包括发光二极管(LED)驱动器20，该LED驱动器20具有LED连接器24 并且响应于检测的驱动电流信号38;和第一LED组件110，该第一LED组件110具有可操作地连接到第 一关 联的部件112的第一LED串26;其中，该第一LED组件110可操作地连接到所述LED连接器24，并且 所述第一关联的部件112生成所述检测的驱动电流信号38。
19. 如权利要求18所述的系统，其中所述第一LED串132具有高电 压端和低电压端，并且所述第一关联的部件112以从由与所述高电压端 串联连接、与所述低电压端串联连接、以及与在所述高电压端和所述一LED串26。
20. 如权利要求18所述的系统，还包括第二LED组件130，该第二LED组件130具有可操作地连接到第二关 联的部件134的第二LED串132;其中，所述第二LED组件130可操作地并联连接到所述笫一LED组件 110并且所述第二关联的部件134可操作地并联连接到所述第一关联的 部件112。
21. 如权利要求18所述的系统，其中，所述第一关联的部件112 从由电阻器、温度补偿电阻器、电容器和电感器组成的组中选择。
22. 如权利要求18所述的系统，其中，所述第一关联的部件112 为可操作地并联连接到所述第一LED串132的电阻器，所述LED驱动器2 0 可操作来施加反向电压到所述第一关联的部件ll2。
23. 如权利要求22所述的系统，其中所述LED驱动器2 0可操作来在 从由所述LED驱动器2 0被加电时和周期性时间组成的组中所选择的时 间施加所述反向电压。
24.如权利要求18所述的系统，其中，所述第一关联的部件112 可操作来在所述第一LED串132失败时关断所述LED驱动器2 0。
全文摘要
一种通量补偿LED驱动器系统和方法包括用于具有关联的通量仓索引的发光二极管(LED)串的驱动器，包括响应于增益信号34并且生成通量索引驱动电流(36)的电源转换器(22)；可操作地连接到所述电源转换器(22)并且可操作来接收所述LED串(26)的LED连接器(24)；和比较检测的驱动电流信号(38)和驱动电流设定值(28)以生成所述增益信号(34)的增益块(32)。所述增益块(32)响应于通量索引选择器(30)以调节用于所述关联的通量仓索引的增益信号(34)。
文档编号H05B33/02GK101180921SQ200680017970
公开日2008年5月14日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年5月25日
发明者B·克劳伯格, B·阿克曼, C·马蒂尼, D·亨特, G·索尔拉恩德, M·M·温特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司