专利名称：发光二极管驱动器和控制器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子控制系统领域。更具体而言，本发明实施例涉及用于控制发 光二极管(LED)的电路和方法。
背景技术：
发光二极管通常使用变压器和整流器电路来供电。可以是交流(AC)至直流(DC) 变换器的一部分的(一个或多个)整流器可以将AC电压电平(例如士110V)变换成DC电 压电平(例如，VDD和地)，以及/或对AC电源电平进行限幅(clip)以(例如，从AC输入 电压)最小化电压幅度。变压器可以被用来将整流后的输入电压变为更适于LED器件的 变换后电压(例如，改变一个基于变压器的初级绕组与次级绕组的比)。典型的用于LCD 的控制电路包括使用次级绕组反馈信息来控制LED器件的某些功能的基于模拟的"反激 式"(flyback)控制。 基于次级绕组的LED控制的缺点可以包括由于使用光耦合器(以将来自LED的 基于光的反馈信号转化成电信号)引起的较高的成本和增加的芯片尺寸、(由于光耦合器 随着时间流逝的相对高的故障率引起的)与光耦合器相关联的降低的可靠度、以及当反激 式控制电路包括纯模拟电路时受到限制的功能性。
发明内容
本发明实施例涉及用于控制发光二极管(LED)的电路和方法。 在一个方面中，LED控制电路可以包括接收输入电压源的第一输入(例如，第一
引脚)；从耦合到LED的变压器的初级绕组接收初级信号的第二输入(例如，第二引脚)；耦
合到接地源的可选的第三输入(例如，第三引脚)；以及被配置为从输入电压源和初级信号
来估计出LED中(或LED处)的输出电流和/或输出电压的逻辑单元。在各种实施例中，
输出电流是通过初级侧开关导通时的初级侧绕组电流来估计的，而输出电压是通过初级侧
开关断开时的初级侧绕组电压来估计的。 初级信号可以包括变压器的初级电压和初级电流。LED控制电路中的逻辑单元可 以包括从输入电压源和初级电压提供输出电压估计的输出电压估计器；以及当变压器的 初级侧上的开关导通时，接收初级电流并且提供输出电流估计的输出电流估计器。此外，输 出电压估计器和输出电流估计器中的每一个可以由或本质上由数字的和/或混合的信号 电路组成。 LED控制电路中的逻辑单元还可以包括接收输入电压源和初级电压并且从输入 电压源和初级电压提供控制电压的混合器。该逻辑单元还可包括电压控制电路，电压控制 电路接收控制电压、阈值电压和时钟信号，并且从控制电压、阈值电压和时钟信号生成电压 控制指示符。电压控制电路可以包括被配置为将控制电压与阈值电压进行比较的比较器； 以及被配置为接收时钟信号和比较器的输出并且提供电压控制指示符的计数器。而且，电 压控制指示符可以具有与控制电压超过阈值电压的时间长度相对应的值。
在另一方面中，一种控制LED的方法可以包括通过将阈值电压与变压器的初级 绕组处的初级电压进行比较来判定变压器的次级绕组是否具有通过它的非零电流；当变压 器的初级侧上的开关导通时，使用通过初级绕组的电流估计通过LED(或变压器的次级绕 组)的输出电流；并且对次级绕组具有非零电流和/或次级侧上的二极管导通期间的时钟 周期数进行计数，并且当初级侧开关断开时，使用初级电压来估计LED中(或次级绕组的端 子处)的输出电压。例如，输出电压可以在次级绕组的输出、耦合到次级绕组的二极管、整 流器或滤波器的输出、或LED自己的输入处被估计。 该方法还可以包括从所估计出的输出电流和所估计出的输出电压生成脉冲，并且 通过将脉冲施加到耦合到初级绕组的晶体管的栅极来产生初级绕组的端子处的电流。该 晶体管可以具有耦合到接地源的源极和耦合到初级绕组的漏极。在各种实施例中，估计
输出电压还可包括混合输入电压源和初级绕组的端子处的电压，并且从输入电压源和初 级绕组的端子处的电压提供控制电压；将控制电压与阈值电压进行比较，并且从控制电压 与阈值电压生成二极管导通指示符；当二极管导通指示符有效时，对时钟信号的周期数进 行计数；并且使用周期数和控制电压来估计输出电压。在一个实施例中，输出电压根据
<formula>formula see original document page 6</formula>来估计，其中，D。NfflT指示二极管导通指示符有效时的时钟周期数， N指示变压器绕组比，并且VPX指示控制电压。 在其它实施例中，估计输出电流还包括对初级绕组的端子处的电流进行采样； 当脉冲有效时，对时钟信号的周期数进行计数；并且对脉冲有效时的周期数期间的采样电
流进行平均。在一个实施例中，输出电流是根据<formula>formula see original document page 6</formula>来
估计的，其中，Ip指示初级电流，T。，T指示晶体管导通时间的持续时间，并且P丽^。指示脉
宽调制控制信号值或参数，该值或参数表示开关时间段(switching period)。 在另一个方面中，一种设备可以包括变压器，该变压器具有初级绕组和次级绕
组，其中，次级绕组耦合到LED;以及控制器，该控制器具有耦合到输入电压源的第一输入
(例如，第一引脚)、耦合到初级绕组的端子的第二输入(例如，第二引脚)和耦合到接地源
的可选的第三输入(例如，第三引脚)。控制器一般被配置为使用输入电压源、初级绕组端
子处的电压和第二引脚处的电流来估计LED处的操作条件，从而控制LED。在各种实施例
中，控制器的引脚包括第一引脚、第二引脚、第三引脚，以及可选地包括被配置为接收变暗
控制信号的第四引脚。 该设备中的控制器可以包括NMOS晶体管，该NM0S晶体管具有耦合到接地源的源 极、耦合到初级绕组的第二端子的漏极和接收LED/占空比控制信号的栅极。该设备还可以 包括接收输入电压源和初级电流并且从输入电压源和初级电流控制NM0S晶体管的栅极的 占空比控制器。 占空比控制器可以包括混合器，该混合器被配置为接收输入电压源和初级绕组 的第二端子处的电压，并且从输入电压源和初级绕组的第二端子处的电压提供控制电压； 比较器，该比较器被配置为将控制电压与阈值电压进行比较，并且从控制电压和阈值电压 生成二极管导通指示符(例如，指示耦合到次级绕组的二极管导通的信号)；计数器，该计 数器被配置为接收二极管导通指示符和时钟信号，和当二极管导通指示符有效时时钟信号 的周期数的计数；输出电压估计器，该输出电压估计器被配置为接收控制电压和周期数的计数，并且从控制电压和周期数的计数提供输出电压估计，所述输出电压被耦合到或提供 给LED ;以及/或输出电流估计器，该输出电流估计器被配置为当接收LED控制信号并且/ 或耦合到初级绕组的初级侧开关(例如，NM0S晶体管)导通时，接收初级电流并且从初级 电流提供输出电流估计。可替换地，占空比控制器可以包括次级电流估计器来替换输出电 流估计器，其中，次级电流估计器估计通过变压器的次级绕组的电流。 在该设备中，输出电压可以根据<formula>formula see original document page 7</formula>估计，输出电流可以根 据<formula>formula see original document page 7</formula>来估计，其中，等式的各项与在此所述的相同。
该设备还可以包括栅极控制器，栅极控制器接收输出(或次级)电流估计、输出电压估计、 基准电压和基准电流，并且从它们提供用于NMOS晶体管的栅极的控制信号。栅极控制器还 可以包括脉宽调制器、误差放大器和/或环路滤波器。 本发明实施例可以有利地提供用于使用来自变压器初级绕组的初级电压和电流 信息来控制LED的电路和方法。本反馈控制方法可以避免使用光耦合器。本电路可以包括 (或本质上包括)数字的和/或混合的信号电路，从而减小芯片尺寸并且增加系统灵活性。 本发明这些和其它优势将从以下对优选实施例的详细描述中变得显而易见。
图1A是示出根据本发明实施例的第一示例性发光二极管(LED)控制器系统的示 意框图。 图1B是示出根据本发明实施例的第二示例性LED控制器系统的示意框图。 图2是示出根据本发明实施例的示例性LED控制器电路的示意框图。 图3A是示出根据本发明实施例的临界转变模式的示例性LED控制操作的波形图。 图3B是示出根据本发明实施例的连续电流模式的示例性LED控制操作的波形图。 图3C是示出根据本发明实施例的不连续电流模式的示例性LED控制操作的波形图。 图4A是示出根据本发明实施例的用于LED控制的示例性占空比控制器的示意框 图。 图4B是示出根据本发明实施例的示例性输出电流估计器的框图。 图4C是示出根据本发明实施例的示例性栅极控制器的框图。 图5是示出根据本发明实施例的用于控制LED的示例性方法的流程图。
具体实施例方式
现在将详细参考本发明实施例，其示例在附图中被示出。尽管将结合优选实施例 描述本发明，但是，将可以理解，不希望它们将本发明限制于这些实施例。相反，本发明希 望覆盖如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内可以包括的替换例、修改例和等同 物。此外，在以下详细描述中，阐述大量特定细节以提供对发明的透彻理解。然而，本发明 可以在没有这些特定细节的情况下被实行。在其它情况中，没有详细描述公知的方法、程序 (procedure)、组件和电路，以免不必要地混淆本发明的方面。 以下详细描述的某些部分是以过程、程序、逻辑块、功能块、处理的术语或者对计算机、处理器、控制器和/或存储器内的数据比特、数据流或波形的运算的其它符号表示来 描述的。这些描述和表示一般被数据处理领域的技术人员用来向本领域其它技术人员有效 地传达他们的工作。这里，过程、程序、逻辑块、功能、运算等一般被认为是导致所希望的和/ 或所预期的结果的步骤或指令的自相容的(self-consistent)序列。这些步骤一般包括对 物理量的物理操控。通常，尽管不是必须这样，这些量采用电信号、磁信号、光信号或量子信 号的形式，这些信号能够在计算机、数据处理系统或逻辑电路中被存储、组合、比较或者以 别的方式被操控。主要由于公共使用的原因，将这些信号称为比特、波、波形、流、值、元素、 符号、字符、术语、数字等等有时证明是方便的。 所有这些和类似的术语与恰当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便 标签。除非以其它方式特别指明和/或从以下描述中显而易见，应当明白，在整个申请中， 使用诸如"处理"、"操作"、"计算"、"判定"、"操控"、"变换"等的术语的描述是指操控或变换 被表示为物理(例如，电子的)量的数据的计算机、数据处理系统、逻辑电路或类似的处理 装置(例如，电子装置、光学装置、量子计算装置或处理装置)的动作或过程。这些术语是 指处理装置的动作、操作和/或过程，所述处理装置将系统或架构(例如，寄存器、存储器、 其它这样的信息存储装置、发送或显示装置等等)的(一个或多个)组件内的物理量操控 或变换成类似地被表示为相同或不同系统或架构的其它组件内的物理量的其它数据。
此外，为了方便和简明起见，术语"( 一个或多个)信号"可以与"( 一个或多个) 波形"互换使用。然而，这些术语一般被给予它们本领域承认的含义。并且，为了方便和简 明起见，术语"时钟"、"时间"、"速率"、"时间段"和"频率"可以互换使用，"数据"、"数据流"、 "波形"和"信息"可以互换使用，并且一般，这样的形式的使用包括其它，除非使用的上下文 明确地指示其它含义。术语"(一个或多个)节点"、"(一个或多个)输入"、"(一个或多 个)输出"和"(一个或多个)端点"可以互换使用，"连接到"、"与……耦合"、"耦合到"和 "与……进行通信"(这些术语也指所连接的、所耦合的和/或正在通信的元件之间直接的 和/或间接的关系，除非该术语使用的上下文明确指示其它不同含义)。然而，这些术语一 般也被给予它们本领域承认的含义。 以下将关于示例性实施例在各个方面更详细地说明本发明。
示例性LED控制器系统 图1A示出根据本发明实施例的示例性发光二极管(LED)控制器系统的示意框图 100。该具体示例可以包括具有3引脚(例如，V『Vp和GND)信号接口的控制器(例如，LED 控制器104)。控制器系统100可以接收AC型信号102作为输入源V『AC信号102可以 具有本领域已知的基本上为正弦的、方的、三角的等等的波形。例如，输入源V^可以具有约 50Hz至约60Hz的频率、约90V至约277V的幅度。然而，任何适当的频率、幅度、波形形状等 可以适应具体的实施例。例如，AC信号102可以是传统的电力线AC电源，或者AC信号102 可以是无线信号(例如，高频[HF]、射频[RF]、甚高频[VHF]或超高频[UHF]信号等)。AC 信号102被二极管D1、D2、D3和D4整流以向LED控制器104提供输入源V^，尽管其它整流 器电路(例如，桥式整流器)也可以适用。LED控制器104还从变压器T1的初级绕组接收 初级绕组电流Ip。 在具体实施例中，初级绕组电流Ip和输入电压信息V^可以被用来控制晶体管(例 如，图2中的M0S晶体管M1的栅极G)，晶体管又控制LED 106(参见图1)的照明。LED 106可以经由包括二极管D5和电容器C1的滤波器耦合到变压器T1。变压器T1因此可以在变 压器T1的次级绕组中产生次级绕组电流L来给LED 106供电。例如，变压器T1可以是N: l变压器，从而初级绕组的数目是次级绕组的数目的整数倍(即，N可以是2或更大的任意 整数，例如，2、3、4，等等)。 具体实施例使用"反激式"拓扑，以通过感测初级绕组电流Ip和电压VP来估计LED 处的电流(1。)和电压(V。)(或经过变压器T1的次级绕组的电流I》。在这样的反激式拓扑 中，来自输入(例如，AC 102、 VIN)的能量被传递给或存储在磁组件(例如，变压器T1)中。 该能量以后可以在存在经过次级侧绕组的电流(Is)时(例如，使用LED控制器104)从磁 组件中被释放并且进入负载(例如，LED 106)中。第二引脚处的电流可以由于导通耦合到 第二引脚的开关(例如，图2中的晶体管M1)而产生。某些实施例还适于其它LED控制器 拓扑和/或布置，并且特别是相对于更直接地控制LED的那些LED控制器，电流和/或电压 信息可以是隔离的形式的或者可以被变换的那些LED控制器拓扑和/或布置。例如，在某 些实施例中，经过变压器T1的次级绕组的电流Is的方向与所示出的方向相反。并且，在各 种实施例中，输出电压V。是在次级绕组的输出、二极管(例如，D5)的输出、耦合到次级绕组 的整流器(例如，包括一个或多个二极管D5的整流器，例如，半桥式整流器)或滤波器，或 LED自身的输入处被估计。类似地，输出电流可以在与输出电压相同的节点处被估计，或者， 它可以在LED 106处、或经由LED 106、或经由变压器Tl的次级绕组被估计。
由于LED控制器104从变压器Tl的初级绕组接收信息，所以可以避免(例如，从 LED 106的光输出)对次级电流Is的直接或间接的感测。并且，可以在LED控制器104的 具体实施例中采用数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)或其它数字或混合信号控制电 路。具体地，现在参见图2，当控制晶体管M1导通时，初级电流(Ip)可以被感测到，并且当 控制晶体管M1截止时，初级电压Vp(例如，控制晶体管Ml两端的漏极[D]与源极[S]之间 的电压；参见图2)可以被感测到，以估计LED 106处的输出电流I。(或次级输出电流Is)和 输出电压(V。)。 图1B示出根据本发明实施例的示例性LED控制器系统的示意框图100'。在该 具体变形例中，LED控制器104的第一引脚直接耦合到VDD电源(例如，在电容CVDD两端)。 以这种方式，VDD可以用作LED控制器104(例如，集成电路[IC])的相对固定的电源，同时 第二引脚从变压器T1的初级绕组或线圈接收输入(例如，用于感测初级电压Vp)，LED控制 器104的第三引脚接收地电位GND。 以这种方式，本发明实施例可以使用来自变压器T1的初级绕组或线圈的信息来 估计次级电流和电压(即，变压器T1的次级绕组或线圈的电流和电压)。具体实施例还将 数字控制电路用于LED驱动器(例如，控制晶体管)，并且将数字或混合信号接口用于其它 合适的LED功能。相比于传统方法，例如，使用光耦合器来提供关于次级绕组或变压器的信 息的那些方法，该方法可以产生较低的成本、较小的控制器模具尺寸以及增加的控制器可 靠度。 此外，由于数字/基于DSP的控制，具体实施例可以支持附加的功能，例如可以包 括在DSP块中的联网/通信功能。例如，可以在DSP、 SoC或其它数字控制块中实现LED控 制器104来支持联网/通信功能，例如通过网络命令方式进行的对LED 106的远程控制。 在一个实施例中，远程位置的用户可以通过耦合到LED控制器104的网络(例如，英特网、WiFi、移动设备协议、蜂窝网络、虚拟专用网[VPN]等)来控制LED 106的变暗功能。其它 功能包括初级(或初级侧)开关Ml的开/关定时，LED106的独立控制、LED 106的基于安 全性的控制等等。这样的功能还可以由一个或多个手动开关和/或网络命令来控制。
图2示出根据本发明实施例的示例性LED控制器电路的示意框图104。 LED控制 器104可以包括被配置为控制晶体管M1的占空比控制器202。例如，晶体管M1可以是源极 耦合到GND、漏极耦合到Vp，栅极耦合到占空比控制器202的输出的MOS(例如，NMOS)晶体 管。以这种方式，占空比控制器202可以控制经过晶体管M1的电流Ip，从而控制所存储的 能量从变压器T1(参见图1)的释放并且间接影响次级电流(。、次级电压(V》、输出电流 (1。)和/或输出电压(V。)。 尽管在该具体实施例中示出了 NMOS晶体管，但是，在具体实施例中可以使用任何 适当类型的晶体管、开关或电流控制装置(例如，双极结型晶体管[BJT]、电位器等等)。并 且，尽管在图1A和图1B的具体示例中示出了 LED控制器104的3引脚接口，但是，也可以 包括其它引脚。例如，可以包括额外的引脚(例如，可变暗接口 [DI]引脚206)来支持LED 变暗功能。例如，这样的额外的变暗控制引脚可以(例如，从手动开关或旋钮，或从网络上 的模拟的或多比特数字电信号)接收用户输入或其他控制信号，并且将它们提供给可变暗 接口 204，以用于对电阻或其它电路参数进行附加控制来支持对次级绕组电流Is的变暗调 节。作为另一示例，通过传统电力线网络进行的通信可以用于变暗控制，而没有额外的到 LED控制器104的引脚。 图3A至图3C示出根据本发明实施例的示例性LED控制操作的波形图。晶体管 Ml的栅极(G)上的电压(Ve)被示出具有指示对晶体管M1的控制的占空比(duty cycle) t。N+t。FF。时间t。N的长度对应于晶体管Ml导通期间的脉冲，而时间t。FF的长度对应于晶体 管Ml截止期间的脉冲。次级电流IP被示出一般由于晶体管Ml从变压器Tl的初级绕组或 线圈到地电位GND吸收电流而在脉冲时间t。N期间斜上升(ramp up)。由于晶体管Ml (例 如，通过形成高的阻抗)防止从第二引脚(VP)到地电位GND的放电路径从而使得电流不通 过变压器T1 (图IA至图IB)的初级绕组，次级电流被示出在脉冲时间t。^期间一般斜下降。
参考图2，在某些实施例中，通过占空比控制器202，在脉冲时间t。w期间(当L基 本上为0，或者"截止"时)可以对初级电流IP进行采样，并且在脉冲之间的时间段t。FF期 间(当Is为非O值，或者"导通"时)可以对初级电压Vp进行采样。此外，在具体实施例中 可以支持用于初级和次级电流Ip和Is的各种模式的操作和/或波形类型。在图3A中，示 出了临界转变模式(critical transition mode)示例300，从而Ve的上升沿对应于Is (从 正值到0)和IP(从0到正值)的临界转变。 在图3B中，示出连续电流模式示例300'，从而初级和次级电流IP和Is以可预测 的方式变化，但是初级和次级电流Ip和Is从不为0。在图3C中，示出不连续的电流模式示 例300"，从而初级和次级电流Ip和L在占空比期间以可预测的方式变化，但是次级电流 Is在每个周期结束之前达到0 (例如，Is在t。FF的末期部分期间等于0)。变换器(例如，图 2中的控制器202)可以被设计为在连续模式中以相对高的功率，以及在不连续模式中以相 对低的功率进行操作。 用于LED控制的示例性占空比控制器 图4A示出根据本发明实施例的用于LED控制的示例性占空比控制器202的框图。混合器402接收输入源VIN和初级绕组电压VP，并且通过从VP减去VIN(或反之)从其提供 控制信号VPX。比较器404将控制信号VPX与预定阈值VTH比较。在某些实施例中，VTH可以 是相对稳定和/或固定的基准电压，由传统分压器或电压生成器生成。如果VPX > VTH，则比 较器404的输出D。w是有效的(active)，指示次级侧绕组具有非零电流。否则，比较器输出 D。,是无效的，指示次级侧绕组没有电流。将比较器输出信号D。,(在一个实施例中可以是数 字的)提供给计数器406。 计数器406对比较器404的输出D。w有效期间时钟信号(CLKX)的周期数进行计数。 时钟信号(CLKX)包括具有固定频率(例如，1Hz与10"Hz之间)的传统基准时钟，并且在一 个实施例中具有50%的占空比。时钟信号(CLKX)可以由片上或片外(off-chip)频率发生 器(可以包括压控或流控振荡器、晶振等的RC电路、锁相环[PLL]或延迟锁定环[DLL])提 供。计数器406可以被实现为任何适当类型的计数器(例如，使用触发器(flip-flop)等 的数字计数器)。然后，计数器406向输出电压估计器410提供计数信号D。NCNT，其中，D。NCNT 指示D。w有效期间的CLI^周期数。D。,^一般表示次级二极管D5(参见图1A和/或图1B) 正在传导或导通的期间的时间。因此，在一个实施例中，D。,可以用作接收周期性信号CLKx 的计数器的使能信号。 输出电压估计器410通过在次级侧绕组电流Is非零并且D5 (图1A和/或图1B) 正在传导(例如，在晶体管M1截止时)期间对初级电压Vp进行感测或采样来估计输出电 压V。，将感测到或采样的电压进行平均，并且(例如，在次级绕组处，通过滤波器之后，或在 到LED的输入处)将平均值变换成所估计出的LED中的输出电压V。x。 如上所述，在混合器402处从Vp减去VIN以提供控制信号V『该控制信号可以在 时钟信号CLKX的每个周期被采样一次，并且在LED导通期间使用D。NeNT被平均，并且之后被 除以变压器Tl的初级与次级绕组之比(对应于Tl两端的变压比)N，以给出对LED的变压 器输出电压(V。)的估计V『例如，输出电压估计器410可以使用下面等式1中所示的公 式<formula>formula see original document page 11</formula>
输出电流估计器412通过在晶体管Ml导通的时间期间感测或检测初级电流IP来 估计输出电流1。，对所采样的电流Ip进行平均并且将平均值变换成输出电流估计1。x(或估 计出的次级电流Is)。例如，输出电流估计器412可以使用下面等式2中所示的公式<formula>formula see original document page 11</formula>
现在参考图4B，接收栅极控制器408 (图4A)的输出Ve和诸如CLKX之类的时钟信 号的计数器420 (或另一适当的计数器)可以以与由图4A中的计数器406对信号D。NfflT进行 确定相似的方式来确定T。，t。并且，脉宽调制(P丽)控制信号(例如，P丽a^)可以与T。，t 一起在乘法器422(图4B)处被接收，以如以上等式(2)所述被合并(例如，相乘)，所述P丽 控制信号可以是二进制或多比特数字信号并可以辅助控制输出到晶体管M1(参见图2和图 4C)的栅极G的脉冲Ve的形状和/或宽度。 初级电流Ip在采样器424处(例如，以时钟信号CLKx的频率或由时钟信号CLKx定 义的频率，例如这样的频率的整数倍和/或约数)被采样，并且这些样本在加法器426处被 求和。除法器428将求和后的初级电流样本除以逻辑门422的输出(例如，T。NCNT*PWMCNTQ)来产生以上等式(2)的第三个相乘项。逻辑单元430接收项N、 D。NfflT和除法器428的输出 并且对它们执行一个或多个算术运算(例如乘法)来产生估计出的输出电流I。x。在各种 实施例中，逻辑单元430可以包括一个或多个乘法器(可以是串联的，如果逻辑单元430包 括多个乘法器的话)。然而，对于或逻辑单元430的实际设计和/或实现对于本领域技术人 员是已知的，和/或在本领域技术人员的技术水平内。 往回参考图4A，栅极控制器408接收V。x和I。x以及基准VKEF和IKEF，并且可以从其 提供栅极控制信号Ve。现在参考图4C，例如，控制器408可以包括分别用于V。x和I。x的并行 路径440和450，每个路径包括误差放大器(例如，442、452)、环路滤波器(例如，444、454) 和脉宽调制器(例如，446、456)。控制器408还包括从并行路径440和450接收输出的状 态机460。 V。x路径440可以包括接收VKEF和V。x的V。x误差放大器442，并且向V。x环路滤波 器444提供输出。I。x路径450可以包括接收IKEF和I。x的I。x误差放大器452，并且向I。x环 路滤波器454提供输出。误差放大器442可以包括被配置为放大VKEF和V。x之间的电压差 的传统放大器，而电流误差放大器452可以包括被配置为放大IKEF和I。x之间的电流差的传 统放大器。 并且，V。x路径440可以包括接收P丽控制信号PWMCNTQ和滤波后的V。x误差放大器 输出的V。x脉宽调制器(P丽)446，并且向状态机460提供滤波后的、经过调制的V。x误差(或 差)脉冲。相似地，I。x路径450可以包括接收P丽控制信号PWMraTQ和滤波后的I。x误差放 大器输出的1。x脉宽调制器(P丽)456，并且向状态机460提供滤波后的、经过调制的U误 差(或差)脉冲。本领域技术人员能够实现用来从V。x和1。x路径440和450(如图4C中所 示)中创建Ve脉冲(如图3A至图3C中所示)的状态机。在具体实施例中，还可以使用用 于控制器408的其它布置，包括接收不同或互补P丽控制信号的脉宽调制器446或456之
一，I。x和V。x误差放大器452和442以及/或环路滤波器444和454等之间的组件的共享，
坐坐 寸寸。 控制LED的示例性方法 现在参考图5，示出根据本发明实施例的控制LED的示例性方法的流程图500。流 程开始(502)，并且通过将变压器的初级绕组的初级电压与阈值电压相比较(例如，经由混 合器402和比较器404 ;参见图4A)、就次级侧绕组是否具有通过它的电流做出判定(参见 图5中的框504)。该比较指示经由输出路径耦合到LED的变压器的相应次级绕组是否具有 通过它的电流(例如，D。N是否被激活)。 如果次级侧绕组电流为0 (506)，则当初级侧开关导通时，通过使用通过初级绕组 的电流Ip可以估计通过变压器的次级绕组侧的输出路径的电流(508)。例如，使用图4A中 的输出电流估计器412(例如，如以上等式(2)中那样)可以执行电流估计。往回参考图5， 如果次级侧绕组电流不为0 (506)，则可以例如通过使用计数器406来对LED导通的时钟周 期的数目进行计数(510)。该时钟周期数(例如，D。，t)可以用于估计耦合到变压器的次级 绕组的LED处的电压(512)。例如，可以使用图4A中的输出电压估计器410(例如，如以上 等式(1)中那样)来执行电压估计。之后可以使用所估计出的电流和电压来控制耦合到变 压器的初级绕组的晶体管(例如，图2中的NMOS晶体管Ml)(参见图5中的框514)，完成该 流程(516 ;图5)。 为了说明和描述的目的，已经给出了对本发明实施例的以上描述。不希望它们是穷尽的或这将本发明限制于所公开的精确形式，并且很显然，考虑以上教导，可以由许多修 改例和变形例。实施例被选出并被描述以最好地说明本发明的基本原理及其实际应用，从 而使得本领域其它技术人员能够最好地利用本发明和具有适于所设想到的具体使用的各 种修改的各种实施例。希望本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
相关申请 本申请要求2008年8月28日递交的美国临时申请No. 61/092， 578 (代理巻 No.MP2869PR)的权益，其内容通过引用被全部结合于此。
权利要求
一种发光二极管LED控制电路，所述LED控制电路包括第一输入，所述第一输入被配置为接收输入电压源；第二输入，所述第二输入被配置为从耦合到所述LED的变压器的初级绕组接收初级信号；以及逻辑单元，所述逻辑单元被配置为从所述输入电压源和所述初级信号估计出耦合到所述变压器的次级绕组的所述LED处的输出电流和/或电压。
2. 根据权利要求1所述的电路，其中，所述初级信号包括所述变压器的初级电压和初级电流。
3. 根据权利要求2所述的电路，其中，所述逻辑单元包括输出电压估计器，所述输出电压估计器被配置为从所述输入电压源和所述初级电压估计出所述输出电压；以及输出电流估计器，所述输出电流估计器被配置为当耦合到所述第二输入的开关导通时，接收所述初级电流并且从所述初级电流估计出所述输出电流。
4. 根据权利要求3所述的电路，其中，所述逻辑单元还包括混合器，所述混合器被配置为接收所述输入电压源和所述初级电压，所述混合器从所述输入电压源和所述初级电压提供控制电压。
5. 根据权利要求4所述的电路，其中，所述逻辑单元还包括电压控制电路，所述电压控制电路被配置为接收所述控制电压、阈值电压和时钟信号，所述电压控制电路从所述控制电压、所述阈值电压和所述时钟信号生成电压控制指示符。
6. 根据权利要求5所述的电路，其中，所述电压控制电路包括比较器，所述比较器被配置为将所述控制电压与所述阈值电压进行比较；以及计数器，所述计数器被配置为接收所述时钟信号和所述比较器的输出，所述计数器提供所述电压控制指示符。
7. 根据权利要求6所述的电路，其中，所述电压控制指示符所具有的值与所述控制电压超过所述阈值电压的时间长度相对应。
8. —种控制发光二极管LED的方法，所述方法包括通过将阈值电压与变压器的初级绕组处的初级电压进行比较来判定电流是否通过所述变压器的次级绕组；从耦合到所述初级绕组的开关导通时通过所述初级绕组的电流估计通过所述LED的输出电流；并且对所述次级侧绕组具有非零电流的时钟周期数进行计数，并且使用所述开关断开时的所述初级电压来估计所述LED或所述变压器的次级绕组处的输出电压。
9. 根据权利要求8所述的方法，还包括从所估计出的输出电流和所估计出的输出电压生成脉冲。
10. 根据权利要求9所述的方法，还包括通过将所述脉冲施加到耦合到所述初级绕组的晶体管的栅极来产生所述初级绕组的端子处的电流。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中，估计所述输出电压还包括混合所述输入电压源和所述初级绕组的端子处的电压，并且从所述输入电压源和所述初级绕组的端子处的电压提供控制电压；将所述控制电压与阈值电压进行比较，并且从所述控制电压与所述阈值电压生成二极管导通指示符；当所述二极管导通指示符有效时，对所述时钟信号的周期数进行计数；并且使用所述周期数和所述控制电压来估计所述输出电压。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述输出电压根据「M =2^^^/(^*"0^虹)来估计，其中，D。皿指示所述二极管导通指示符有效的时钟周期数，N指示变压器绕组比，并且Vpx指示所述控制电压。
13. 根据权利要求9所述的方法，其中，估计所述输出电流还包括对所述初级绕组的端子处的所述电流进行采样；当所述脉冲有效时，对所述时钟信号的周期数进行计数；并且对所述脉冲有效时的周期数期间的采样电流进行平均。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述输出电流是根据/汲7V^wZ/尸/(7^cw"/WMc呵)来估计的，其中，D。丽指示耦合到所述次级绕组的二极管导通时的时钟周期数，N指示变压器绕组比，Ip指示所述初级绕组的所述端子处的所述电流，T。NeNT指示当所述脉冲有效时的所述周期数，并且PWMfflTQ指示脉宽调制P丽控制信号的值或开关时间段。
15. —种用于控制发光二极管LED的设备，所述设备包括变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，其中，所述次级绕组耦合到所述LED ;以及控制器，所述控制器具有耦合到输入电压源和所述初级绕组的第一端子的第一输入和耦合到所述初级绕组的第二端子的第二输入，其中，所述控制器被配置为从所述输入电压源、所述初级绕组的端子处的初级电压和所述第二输入处的初级电流来估计从所述次级绕组向所述LED提供的输出电压和输出电流，并且从所估计出的输出电压和所估计出的输出电流提供LED控制信号。
16. 根据权利要求15所述的设备，还包括NM0S晶体管，所述NMOS晶体管具有耦合到接地源的源极、耦合到所述初级绕组的所述端子的漏极和接收所述LED控制信号的栅极。
17. 根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制器包括输出电压估计器，所述输出电压估计器被配置为从所述输入电压源和所述初级电压来估计所述输出电压；以及输出电流估计器，所述输出电流估计器被配置为当接收所述LED控制信号并且耦合到所述初级绕组的所述端子的开关导通时，从所述初级电流来估计所述输出电流。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中，所述控制器还包括混合器，所述混合器被配置为接收所述输入电压源和所述初级电压，并且从所述输入电压源和所述初级电压提供控制电压；比较器，所述比较器被配置为将所述控制电压与阈值电压进行比较，并且从所述控制电压和所述阈值电压生成二极管导通指示符；以及计数器，所述计数器被配置为接收所述二极管导通指示符和时钟信号，并且当所述二极管导通指示符有效时，对所述时钟信号的周期数进行计数。
19. 根据权利要求18所述的设备，其中，所述输出电压根据^^ zZ「m/(^^^D，cw。来Aw估计，其中，D。皿指示所述二极管导通指示符有效的时钟周期数，N指示变压器绕组比，并且Vpx指示所述控制电压。
20. 根据权利要求18所述的设备，其中，所述输出电流是根据 /0,A^A^^/p/(;ov一尸『Mc，)来估计的，其中，D。丽指示所述二极管导通指示符有效的时钟周期数，N指示变压器绕组比，Ip指示所述初级电流，T。NfflT指示当所述脉冲有 效时的所述周期数，并且P丽oro指示脉宽调制P丽控制信号的值。
全文摘要
公开了发光二极管驱动器和控制器，用于发光二极管(LED)控制的设备、方法、系统和电路。在一个实施例中，LED控制电路可以包括接收输入电压源的第一引脚；从耦合到LED的变压器的初级绕组接收初级信号的第二引脚；耦合到接地源的第三引脚；以及逻辑单元，该逻辑单元被配置为从输入电压源和初级信号估计耦合到变压器的次级绕组的LED处的输出电流和/或输出电压。
文档编号H05B37/02GK101754528SQ200910171528
公开日2010年6月23日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者张万峰, 戴邵安, 林建清 申请人:马维尔国际贸易有限公司