专利名称：Led驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED驱动器。更具体地讲，本发明涉及一种LED驱动器，该驱动器提供了提高的功率效率和光效率，并产生了没有失真的驱动电流。
背景技术：
发光二极管(LED)被用作液晶显示器(LCD)设备的光源，也用作数字微镜装置(DMD)显示设备比如采用数字微镜装置(DMD)的数字光处理(DLP)投影TV、投影仪等的光源。
图1示出了采用LED作为光源的DMD显示设备。DMD显示设备采用与RGB信号的各红色、绿色和蓝色对应的多个LED模块210。
LED模块210被LED驱动器200驱动，并发射红色、绿色和蓝色的光信号，从而将这些光信号通过透镜220顺序地投射到DMD模块230。很多(几十万或几百万)微镜240通过微机电系统(MEMS)工艺集成在DMD模块230中，并可独立地开关。因此，投射到DMD模块230的RGB彩色信号在屏幕250上形成预定的图像。
LED具有许多优于传统的放电灯等的优点。参照图2中示出的波形254，与传统的使用放电灯作为光源的显示设备的移动波形252相比，使用LED作为光源的DMD显示设备的光源的可用性较高。因此，DMD显示设备的光效率高。LED的寿命也比放电灯的长，有利地，由于采用LED作为光源的显示设备不需要象色轮(color wheel)那样的机械设备，所以其具有半永久的寿命。
用于驱动LED模块210的LED驱动器200通常包括如图3中示出的电路构造。图3中的LED驱动器200可被称为线性模式驱动电路。LED驱动器200包括检流器，用于检测LED模块210中流动的电流；误差放大器262，用于将与检测到的电流值对应的电压和基准电压Vref相比较，并输出误差信号；输出晶体管264，用于根据误差信号来增大/减小LED模块210中流动的电流Io。
图3中的LED驱动器200检测LED模块210中流动的电流Io，将与检测到的电流值对应的电压和基准电压Vref相比较，并调整LED模块210中流动的电流Io直到两电压相同，从而电流对应于在LED模块210中设定的基准电压Vref。以这种方式，输送到不同颜色的LED的电流量可根据LED的颜色不同而不同。
由于在白光中RGB颜色的每个的光的量不同，所以对于红色、绿色和蓝色的每个，在LED模块210中流动的电流Io的值不同，通过基准电压Vref来调整所述电流Io的值。
由于这种线性模式的LED驱动器200在电流Io中不产生波纹，所以其表现出优良的图像质量和光效率。有利地，这种线性模式的LED驱动器200还实现了快速的瞬变现象和快速的切换。同时，由于输出晶体管264中的压降而导致LED驱动器200的功率效率低并产生大量的热。例如，当驱动电流大于20A时，会出现200W左右的功率损失。
即，LED驱动器200由于功率效率低而导致消耗大量的功率，从而给电源供给设备造成了很大的压力并且需要大的设计容量。此外，LED驱动器200需要大尺寸的用于散热的散热板，从而增大了LED驱动器200的尺寸和重量并防碍了小型产品的设计。
LED驱动器200也可包括如图4中示出的电路构造，这样的驱动电路可被称为开关模式的驱动电路。开关模式的LED驱动器200通常包括检流器、误差放大器272、PWM调制器274、门电路276、开关278、电感器280、二极管282和开关区284。
开关模式的LED驱动器200的检流器和误差放大器272与图3中的线性模式的驱动电路的操作类似。PWM调制器274将误差放大器272的输出与三角波相比较，产生脉宽调制(PWM)信号。门电路276通过脉宽调制(PWM)信号来驱动开关278，开关278优选地为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。电感器280对开关278输出的方波脉冲积分，使得能给LED模块210提供直流。
开关模式的LED驱动器200达到超过90％的功率效率，并在功耗和散热方面比图3中示出的线性模式的驱动电路的问题少。然而，由于开关操作引起的波纹电流导致其图像质量并不优于线性型的驱动器，并且当从一个LED模块切换到另一个LED模块时瞬变现象慢，所以其光效率低。
因此，需要一种改进的LED驱动器，其具有高的功率效率和光效率，同时使波纹电流最小化以提高图像质量。
发明内容
本发明的一方面提供了一种功率效率和光效率高并且驱动电流的失真最小的LED驱动器。
本发明的附加的方面和/或优点将在下面的描述中部分地提出，并且部分地将从该描述中清楚或通过本发明的实施而得知。
本发明的上述和/或其他方面通过提供一种用于驱动发光二极管的LED驱动器来获得，该LED驱动器包括线性模式驱动器，用于增大和减小线性模式电流，以使得LED中流动的电流达到预定的目标电流值并将其输出到LED；开关模式驱动器，用于根据线性模式电流是否超过预定的基准电流值来增大和减小开关模式电流，并将其输出到LED。
根据本发明的一个方面，线性模式驱动器包括误差放大器，用于输出与LED中流动的电流的电流值和目标电流值之间的差对应的信号；输出晶体管，用于增大和减小与误差放大器的输出信号对应的线性模式电流，并将其输出到LED。
根据本发明的一个方面，开关模式驱动器包括电感器，用于对根据预定的电源单元提供的功率的方波电流积分，并将其转变为开关模式电流。开关对电感器提供或切断电源单元的功率。如果开关断开，二极管续流在电感器中流动的电流。比较器将线性模式电流的电流值和基准电流值相比较，并根据线性模式电流是否超过基准电流值来输出逻辑高信号或逻辑低信号。开关驱动器根据比较器的输出信号来输出信号以打开/关闭开关，并驱动该开关。
根据本发明的一个方面，LED驱动器还包括第一检流器，第一检流器用于检测LED中流动的电流并将检测到的电流提供给线性模式驱动器。
根据本发明的一个方面，LED驱动器还包括第二检流器，第二检流器用于检测线性模式电流并将该线性模式电路提供给开关模式驱动器。
根据本发明的一个方面，LED驱动器还包括开关区，开关区用于对多个LED的每个提供或切断线性模式电流和开关模式电流，以使得线性模式电流和开关模式电流在多个LED中顺序地流动。
结合附图，从以下对实施例的描述中，本发明的以上和/或其它方面和优点将变得清楚并更易理解，在附图中图1示出了传统的LED驱动设备的构造；图2示出了传统的DMD显示设备运行时的波形；图3示出了线性模式的传统的LED驱动器的电路构造；图4示出了开关模式的传统的LED驱动器的电路构造；图5示出了根据本发明实施例的LED驱动器的构造；图6示出了在图5中示出的LED驱动器中目标电压和电流的波形。
贯穿附图，应该明白相同的标号用作描述相同的元件、零件和结构。
具体实施例方式
现在将详细参照在附图中示出的本发明的示例性实施例。下面描述的示例性实施例意在提供对本发明的清晰和简明的理解，而不意在成为限制。本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对这里描述的实施例做各种改变和更改。
图5示出了根据本发明实施例的LED驱动器10的构造。
图5中示出的LED驱动器10驱动LED 30，该LED 30用作数字微镜装置(DMD)显示设备比如采用数字微镜装置的数字光处理(DLP)投影TV和投影仪的光源以及LCD背光的光源。
如图5中所示，LED驱动器10包括线性模式驱动器12和开关模式驱动器14。线性模式驱动器12和开关模式驱动器14的输出端的每个连接到作为LED 30的输入端的阳极，并将线性模式电流Ia和开关模式电流Id输出至LED30的阳极。因此，流过LED 30的电流Io等于线性模式电流Ia和开关模式电流Id的和。
线性模式驱动器12增大或减小线性模式电流Ia，以使LED 30中流动的电流达到预定的目标电流值。线性模式驱动器12包括误差放大器122和输出晶体管124。
误差放大器122包括反相输入端和同相输入端，并且其输出端连接到输出晶体管124的输入端。误差放大器122输出与在LED 30中流动的电流Io的电流值和目标电流值之间的差对应的信号。作为示例，误差放大器122可被实现为运算放大器。
LED驱动器10包括第一检流器16，用于检测LED 30中流动的电流Io。第一检流器16的第一端连接到作为LED 30的输出端的阴极，而第一检流器16的第二端接地。第一检流器16检测LED 30中流动的电流Io并将对应于电流Io的电压提供给误差放大器122。
误差放大器122在反相输入端接收来自第一检流器16的与LED 30中流动的电流Io对应的电压，而在同相输入端接收与目标电流值对应的预定的基准电压Vref。这里，目标电流值指将提供给LED 30的电流的大小。误差放大器122将与LED 30中流动的电流Io对应的电压和目标电压Vref之间的差放大，并将其作为输出信号输出。
输出晶体管124增大或减小与误差放大器122的输出信号对应的线性模式电流Ia，并将其输出至LED 30。输出晶体管124优选地包括处于推挽形式的两个不同类型的双极型结型晶体管。当两个晶体管的基极相互连接时，输出晶体管124与误差放大器122的输出端连接。此外，两个晶体管的发射极相互连接，并在线性模式驱动器12的输出端输出线性模式电流Ia。NPN型晶体管的集电极连接到预定的电源单元，并从电源单元接收电源电压Vcc。PNP型晶体管的集电极接地。
输出晶体管124运行，以对应于误差放大器122的输出信号来增大或减小线性模式电流Ia。因此，线性模式驱动器12输出线性模式电流Ia，使得LED30中流动的电流Io达到目标电流值。如果由于向线性模式电流Ia加上了另一预定的电流而导致LED 30中流动的电流Io的电流值和目标电流值存在差，那么，从线性模式电流Ia中加上或减去与该差对应的电流，从而不断地调整线性模式电流Ia，以使得LED 30中流动的电流达到目标电流值。
根据线性模式电流Ia是否超过预定的基准电流值，开关模式驱动器14增大或减小开关模式电流Id并输出开关模式电流Id到LED 30。如图5中所示，开关模式驱动器14包括电感器152、二极管154、开关146、比较器142和开关驱动器144。同时，开关模式驱动器14还可包括第二检流器18，用于检测线性模式电流Ia并将其提供给比较器142。
电感器152的第一端连接到开关146的第一端和二极管154的阴极，而其第二端连接到LED 30。电感器152中流动的电流是开关模式电流Id。二极管154的阳极接地。电感器152对根据预定电源单元提供的功率的方波电流积分，以将该方波电流转换为开关模式电流Id。
开关146优选地被实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，开关146的栅极连接到开关驱动器144的输出端。开关146的漏极连接到预定的电源单元并接收电源电压Vcc。此外，开关146的源极连接到电感器152的第一端和二极管154的阴极。
开关146通过根据在其栅极接收的栅极电压的逻辑状态而导通和截止来执行开关操作。如果开关146导通，电流在漏极和源极之间流动，电源电压Vcc施加到电感器152。在电感器152中流动的电流一直增大，直到电感器152被充电至预定电平为止，开关模式电流Id增大。相反，如果开关146截止，那么在漏极和源极之间电流受阻。充在电感器152中的电流继续流过二极管154，流入LED 30。随着时间的流逝，由于电源被切断，所以开关模式电流Id减小。
比较器142将线性模式电流Ia的电流值与基准电流值相比较，并根据线性模式电流Ia是否超过基准电流值来输出逻辑高信号或低信号。根据本发明的一个实施例，比较器142被实现为运算放大器。
比较器142的同相输入端连接到第二检流器18的输出端。比较器142的同相输入端被提供有与线性模式电流Ia对应的电压，而比较器142的反相输入端接地。即，在示例性实施例中，基准电流值为0，与该基准电流值对应的电压为0(地电势)。如果与线性模式电流Ia对应的电压大于0，那么比较器142输出逻辑高信号。如果与线性模式电流Ia对应的电压不大于0，那么比较器142输出逻辑低信号。
开关驱动器144根据比较器142的输出信号来输出信号以打开和关闭开关146，并且驱动开关146。开关驱动器144根据比较器142的输出信号是逻辑高还是逻辑低来产生适用于将要导通和截止的开关146的栅极电压，并将该栅极电压施加到开关146的栅极。
即，如果线性模式电流Ia大于预定的基准电流值0，则开关驱动器144使开关146导通，从而开始输出开关模式电流Id，并开始不断增大Id。如果线性模式电流Ia达到基准电流值0，则开关驱动器144减小开关模式电流Id。
图6示出了根据LED驱动器10的运行的各电流的波形。如图6中示出的，假设初始在LED 30中流动的电流Io为0，当与LED 30中流动的电流Io对应的电压为零并且与目标电流值对应的目标电压Vref变成大于0的预定大小时，线性模式驱动器12输出具有目标电流值的大小的线性模式电流Ia。
同时，当线性模式电流Ia大于基准电流值0时，开关模式驱动器14开始输出开关模式电流Id。当LED 30中流动的电流Io大于对应于开关模式电流Id的目标电流值时，线性模式驱动器12将线性模式电流Ia减小为小于对应于开关模式电流Id的目标电流值。当线性模式电流Ia仍然大于基准电流值0时，开关模式驱动器14继续增大开关模式电流Id。
如上所述，线性模式驱动器12不断地减小线性模式电流Ia，而开关模式驱动器14不断地增大开关模式电流Id。
当线性模式电流Ia变成0，即没有超过基准电流值时，开关模式驱动器14减小开关模式电流Id。然后，当LED 30中流动的电流Io为开关模式电流Id并且小于目标电流值时，线性模式驱动器12输出与目标电流值和开关模式电流Id之间的差对应的线性模式电流Ia。当线性模式电流Ia大于基准电流值0时，开关模式驱动器14增大开关模式电流Id并将其输出。
即，LED驱动器10运行的方式为，使得线性模式电流Ia将以基准电流值附近的波纹形式增大/减小到预定的大小，并使得开关模式电流Id将以目标电流值附近的波纹形式增大/减小到预定的大小。线性模式电流Ia和开关模式电流Id的每个波纹互相支持。因此，作为线性模式电流Ia和开关模式电流Id之和的在LED 30中流动的电流Io为方波形，并且在目标电流值附近几乎是平的。
在LED驱动器10中，由于通过开关模式电路的开关去除了波纹，所以改进了驱动电流的失真。此外，在LED驱动器10中，由于线性模式电路的快速的动态特性而使得光效率和图像质量提高。当LED 30中流动的电流Io保持目标电流值时，线性模式电流Ia保持在基准电流值0附近，并且大部分电流是开关模式电流Id，从而通过具有高功率效率的开关模式驱动器14，具有低功率效率的线性模式驱动器12的功耗被最小化而功率效率被最大化。
根据本发明实施例的LED驱动器10可顺序地驱动多个LED 30。LED驱动器10驱动三个LED模块30，三个LED模块30形成为多个与红色、绿色和蓝色(RGB)的各颜色对应的LED。LED驱动器10还可包括开关区20，开关区20用于对三个LED模块30的每个提供或切断线性模式电流Ia和开关模式电流Id，从而使得线性模式电流Ia和开关模式电流Id顺序地流向三个LED模块30的每个。
开关区20优选地包括三个转换开关和用于驱动转换开关的转换开关驱动器。随着目标电流值对应于红色、蓝色和绿色的各颜色改变，开关区20顺序地打开和关闭这三个转换开关。
如图6中所示，如果目标电流值改变，那么对应于该目标电流值的目标电压Vref在预定时间内形成为0的一段范围。如果目标电压Vref从预定的目标电平变为零，那么线性模式电流Ia和开关模式电流Id具有预定的瞬变范围直至达到0。如果目标电压Vref从0变为预定的目标电平，那么线性模式电流Ia和开关模式电流Id形成在基准电流值和目标电流值附近的波纹，并具有预定的瞬变范围直到稳定为止。
当线性模式电流Ia和开关模式电流Id即使在瞬变范围内都互相支持时，LED 30中流动的电流Io为方波形，并且在基准电流值和目标电流值附近基本是平的。
因此，根据本发明实施例的LED驱动器10有利地去除由于开关操作造成的瞬变响应，从而将不用的范围即DMD不运行的范围最小化并提高了光效率。
虽然已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是，本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的原则和精神的情况下，可对这些实施例做各种改变，其中，本发明的范围限定在权利要求及其等同物内。
本申请要求于2005年2月15日在韩国知识产权局提交的第2005-0012410号韩国专利申请的权益，其全部内容通过引用包含于此。
权利要求
1.一种用于驱动发光二极管的发光二极管驱动器，包括线性模式驱动器，用于增大和减小线性模式电流，从而使得电流以预定的目标电流值在所述发光二极管中流动并将所述电流输出到所述发光二极管；开关模式驱动器，用于根据所述线性模式电流是否超过预定的基准电流值来增大和减小开关模式电流，并将所述开关模式电流输出到所述发光二极管。
2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中，所述线性模式驱动器包括误差放大器，用于输出与所述发光二极管中流动的电流的电流值和所述目标电流值之间的差对应的信号；输出晶体管，用于增大或减小与所述误差放大器的输出信号对应的所述线性模式电流，并将所述线性模式电流输出到所述LED。
3.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中，所述开关模式驱动器包括电感器，用于对根据预定的电源单元提供的功率的方波电流积分并将其转换为所述开关模式电流；开关，用于对所述电感器提供或切断所述电源单元的功率；二极管，如果所述开关截止，则续流所述电感器中流动的电流；比较器，用于将所述线性模式电流的所述电流值与所述基准电流值相比较，并根据所述线性模式电流是否超过所述基准电流值来输出逻辑高信号或逻辑低信号；开关驱动器，用于根据所述比较器的输出信号来输出开/关所述开关的信号，并驱动所述开关。
4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，还包括第一检流器，所述第一检流器用于检测所述发光二极管中流动的电流并将所述检测到的电流提供给所述线性模式驱动器。
5.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，还包括第二检流器，所述第二检流器用于检测所述线性模式电流并将所述线性模式电流提供给所述开关模式驱动器。
6.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，还包括开关区，所述开关区用于对所述多个发光二极管的每个提供或切断所述线性模式电流和所述开关模式电流，从而使得所述线性模式电流和所述开关模式电流在所述多个发光二极管中顺序地流动。
7.一种驱动发光二极管单元的方法，包括如下步骤增大或减小线性模式电流，以使得电流以预定的目标电流值在所述发光二极管单元中流动；根据所述线性模式电流是否超过预定的基准电流值来增大或减小开关模式电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，增大或减小所述线性模式电流的所述步骤包括基于所述发光二极管单元中流动的电流和目标电流值之间的差来增大或减小所述线性模式电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，采用误差放大器来测定所述差。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括将方波电流转换为直流的步骤；将所述线性模式电流和所述基准电流相比较，并基于所述线性模式电流是大于还是小于所述基准电流来增大或减小所述开关模式电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述转换步骤包括通过向电感器施加源电压来给所述电感器充电，并通过从所述电感器去除所述源电压来使所述电感器放电。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述转换步骤还包括当从所述电感器去除所述源电压时，使得电流能够经过续流二极管流入所述电感器。
全文摘要
本发明涉及一种用于驱动发光二极管的LED驱动器。LED驱动器包括线性模式驱动器，用于增大和减小线性模式电流以使得电流以预定的目标电流值在LED中流动，并将该电流输出到LED；开关模式驱动器，用于根据线性模式电流是否超过预定的基准电流值来增大和减小开关模式电流，并将其输出到LED。因此，本发明提供了一种LED驱动器，该LED驱动器具有高的功率效率和光效率并且其驱动电流的失真最小。
文档编号G02F1/13357GK1822084SQ200610003248
公开日2006年8月23日 申请日期2006年2月6日 优先权日2005年2月15日
发明者金湳寅, 姜正一, 梁准铉 申请人:三星电子株式会社