专利名称：用于驱动多个负载的系统和方法
技术领域：
0001本发明一般涉及集成电路，更具体地是涉及用于驱动多个负载的系统和方法。
背景技术：
0002为了驱动不同的负载装置，现已开发出各种类型和结构的驱动器电路。例如，已设计出用于驱动发光二极管(LED)的驱动器电路。LED提供一种特殊类型的负载，因为由LED提供的照明度与通过该装置的电流成正比。在某些应用中(例如，汽车工业，消费类电子产品，等等)，可能需要恒定的照度。因此，人们已在努力设计向LED提供可控的电流量，以实现期望照度的LED驱动器。然而，这些设计通常都不能完全令人满意。例如，通常要求复杂和/或昂贵的电路来对照明量提供期望水平的控制或使其能够驱动不同颜色的LED。因此，需要一种成本较低且更通用的解决方案。
发明内容
0003本发明一般涉及驱动多个负载(例如包括多个发光二极管(LED))的系统和方法。
0004本发明一方面提供了一种用于控制多个负载装置的系统。该系统包括一个高侧系统，其可操作地向至少两个相关联的输出提供电流。低侧开关可操作地导走与多个相关联的输入有关的电流。根据可操作地向连接在相关联输出和相关联输入之间的多个负载装置中被选定的负载装置提供电流的多路复用方案，控制系统控制该高侧系统和低侧系统。所述系统可作为用于驱动包括LED的多个负载的集成电路来实现。在这样的系统中，例如，开关系统(例如，以晶体管网络的形式来实现)可以协同工作以提供基本已调节平均电流，其以某个开关频率操作选定的LED，从而提供期望的LED照度。
0005本发明的另一方面提供包括驱动器系统的发光二极管系统。该驱动器系统包括一组高侧开关装置和一组低侧开关装置。控制器系统根据多路复用方案控制高侧开关装置组和低侧开关装置组中的选定的开关装置的操作。多路复用方案可以根据高侧开关装置的数量而变化。系统还包括多个LED，其排列成至少两组LED。至少两组高侧开关装置中的每一组被耦合以驱动相关联的至少两组LED中的一个LED，低侧开关装置被耦合以接收来自至少两组LED中的每一组的LED的电流。根据控制系统对选定的高侧和低侧开关装置的操作，至少某些LED中一个选定的子集可以以开关频率被选择性地用于照明的操作。
0006图1方框图，其图解说明了根据本发明一个方面的用于驱动负载的系统；0007图2是根据本发明的一个方面结合多通道负载系统实现的驱动器系统的电路图；0008图3是描述与图2电路相关联的波形的时序图的一个例子；0009图4是时序图的例子，其描述了根据本发明一个方面的、使用了与所述电路相关联的消隐间隔的波形；0010图5是可以在根据本发明一个方面的驱动器系统中实施的故障监测系统的电路图的例子；0011图6是根据本发明一个方面的、用于实现带有反向电池保护的高侧开关的电路图的例子。
具体实施例方式
0012本发明涉及用于驱动多个负载的系统和方法。出于简化说明的目的，而不是作为限制，负载在本文中被描述为发光二极管(LED)。与许多现有方案相比，本文描述的方案能够利用较少的元件来驱动LED。因此，能够提供一种低成本的通用驱动器系统。
0013图1描述了根据本发明一个方面的驱动器系统10的一个例子，其可操作地驱动一个或多个相关联的负载装置12。驱动器系统10包括一个控制系统14，其被耦合成，对相关联的负载装置12的加电进行控制。
0014驱动器系统10还包括一个标示为S1的高侧或高端(high-side，HS)系统，其被耦合到电源电压VSUPPLY。S1可被实施成晶体管或其它类型的一个或多个开关装置构成的布局，所述晶体管或其它类型的一个或多个开关装置可被控制用于为负载装置12供电。例如，电源电压VSUPPLY可由电池或其他电压源提供。控制系统14控制S1，以向关联的负载装置12提供电流。控制系统14还可操作地控制低侧或低端(low-side，LS)系统，该LS系统可包括一组LS可变电流源(例如开关装置)，该组LS可变电流源由一个或多个LS可变电流源组成，这些LS可变电流源被标示为S2，S3和SM，其中M是表示LS装置数量的正整数。如本文中所用的，开关装置可被认为是由一个或多个晶体管或者其他元件构成的任何装置或布局，所述其他元件能够作为逻辑开关(例如，具有ON(接通)和OFF(关断)状态)操作和/或能够作为可变电流源(例如，提供与偏压呈函数关系的电流)操作以提供期望的电流量。
0015根据本发明的一个方面，控制系统14根据多路复用方案来控制HS开关装置组S1和低侧开关装置组S2-SM。例如，随着相应地激活HS装置S1，S2-SM中的被选定者可以被对应地激活，以向多个负载装置12中选定的装置提供基本上已调节的平均电流。在每次循环中，控制系统14可以应用多路复用方案为负载装置12中不同的装置加电。该多路复用方案是可编程的，其可根据负载装置12的数量及其所需的操作而变化。
0016任意数量的负载装置12可从外部耦合到驱动器系统10。标示为20和22的一组或多组负载装置，其可关联或连接到每一个HS开关装置，这样，负载装置中被选定的装置就可在HS开关装置中各自的HS开关装置被激活的过程中，以该开关顺序被选择性地加电。基于相对于由S1加电的负载装置组(20，22)的对S2-SM的相应控制，可在每次循环的每个激活阶段独立地控制每个负载装置的选择性激活。
0017在图1的例子中，示出了两组负载装置20和22并联连接且耦合到S1，当然也可采用其它组数的负载装置与驱动器系统10连接。每组负载装置20和22可包括一个或多个可由驱动器系统10独立控制的通道。根据本发明的一个方面，通道的数量可对应于HS装置数量与LS装置数量的乘积。每个通道可包括一个负载，例如LED 24，其可基于与HS和LS开关装置相关联的多路复用方案的状态被独立加电。
0018每个LED 24还经由相应的标示为R2-RM的限流电阻耦合到各自的LS装置S2-SM。根据各自的LED 24的照明需求，可以选定每个电阻R2-RM的阻值以提供期望的平均电流。例如，外部电阻R2-RM可被配置成使各自的LED达到期望的平均电流。例如，如果这些LED有相同的照明需求，则对于每个LS的输入可采用相同的阻值。或者，如果是使用有不同照明需求的不同颜色的LED，则可以相应地选择不同的电阻来优化它们的操作。应该理解和意识到的是，在一个给定的HS开关装置的激活期间，能够被同时点亮的LED 24的数量可能不同，这取决于，例如电源电压VSUPPLY、照度需求以及相关联的点亮各自的LED所需的电流。
0019在图1的例子中，控制系统14包括一个用于控制HS系统(S1)的HS控制器26和一个用于控制LS系统(S2-SM)的LS控制器28。HS控制器26和LS控制器28共同对各自的HS和LS装置排序，从而在一次开关循环的每一阶段期间，向正被加电的负载装置12提供基本上已调节的平均电流。
0020根据本发明的一个方面，HS控制器26和LS控制器28操作各自的装置，以调节每次循环输送到外部负载12的每个LED的平均(例如，均方根(RMS))电流。举例而言，在每次循环期间，HS控制器26和LS控制器28可以采用一个多路复用方案来对HS装置组中的至少两个开关装置进行排序，并按顺序相应地为每个负载装置组20和22加电。LS控制器28激活LS装置S2-SM中的一个或多个，以便在HS开关顺序的适当部分对已加电的负载装置组20或22中的相应的LED 24进行选择性加电。这样，可以向关联到该LS装置的对应的LED提供期望的平均RMS电流。HS控制器26和LS控制器28也可以通过操作各自的HS和LS装置来实现期望的电流控制。
0021例如，LS控制器28以一定的占空比操作LS开关S2-SM，该占空比与每次循环内被按顺序多路复用的HS开关装置的数量是函数相关(例如，成反比)的。通过在每次循环内基本上地为每个LED 24调节平均RMS电流，以及通过提供低于约500Hz而高于约50Hz的开关频率(例如从约60到约300Hz的范围)，可为LED维持所需的照度。这导致了被选定的LED的可见的明显稳定的照明。
0022HS和LS装置的具体开关顺序和占空比可以是可编程的，例如基于提供给控制系统14的PROG输入信号。PROG输入信号可以由，例如，微控制器或其他被配置成对驱动器系统10进行编程的关联装置提供。作为进一步示例，HS控制器26和LS控制器28之一或两者都可以执行脉宽调制(PWM)方案来选择性地控制HS开关装置和LS开关装置的组合，例如用于降低LED 24的照度。PWM方案可以由PROG输入提供，或者替代性地，可以由控制系统14内部产生。HS控制器26和LS控制器28也可对各自的HS装置和LS装置实施所需的电流控制，从而控制通过LED的电流，以此来实现期望的照度。例如，可以实现有关LS装置S2-SM的电流模式控制，以在每个激活阶段提供基本上已调节的平均RMS电流，即使是在VSUPPLY可能发生变化的情况下。
0023本领域技术人员应理解和意识到的是，可以利用不同数量的HS和LS装置(S1-SM)的组合来驱动各种数量的负载装置12。此外，也可以应用PWM和电流控制的各种组合来选择性地向负载装置12提供期望的电流。与许多现有方案相比，本文所述的方法能够减少开关装置的数量。
0024图1所描述的布局是可升级的，例如可根据被驱动的LED的数量和配置通过应用不同的多路复用方案进行升级。一般地，驱动器系统10可以驱动的LED 24的数量多达(M+1)*N，其中N是表示HS开关装置数量的正整数，(M+1)对应于LS装置S2-SM的数量。典型地，M＜N。HS装置的最大数量N将会变化，这取决于，例如，负载装置的类型和LED令人满意的照明所需的HS装置的电流。
0025本领域技术人员应理解和意识到的是，可根据来自VSUPPLY的可用功率，开关频率和循环时间，以及HS和LS装置用以激活到各自的导通(ON)状态从而为负载12加电的占空比来改变高侧装置的数量。
0026图2描述了可根据本发明一个方面实施的系统50的示意性方框图的例子。系统50包括驱动器系统52，例如其可被实施为集成电路芯片(例如专用集成电路(ASIC))。驱动器系统52使用标示为Q1、Q2和Q3的高侧开关装置(例如，n型MOSFET器件)以及标示为Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10和Q11的多个低侧开关装置(例如，也是MOSFET器件)的组合来控制多个负载装置54的加电。每个HS装置Q1-Q3通过各自的输出H1-H3被耦合，以向负载装置54提供电流。每个LS装置Q4-Q11通过各自的输入L1-L8被耦合成，将电流从负载装置54导向到电气地。本领域技术人员应理解的是，可基于本文所包含的原理，用各种类型的开关装置或晶体管来实现相应的驱动器系统52。
0027在系统50中，可将负载装置54实施成标示为D1-D24的LED的阵列。根据HS和LS开关装置Q1-Q11的操作，每个LED D1-D24可与一个可独立控制的通道相对应。LED D1-D24被分别耦合到各自的高侧开关装置Q1-Q3的输出端H1-H3和与标示为R1-R8的各自的限流电阻串联的低侧开关装置相关联的输入端L1-L8之间。在图2所示的LED阵列中，每个限流电阻R1-R8被可操作地耦合到给定的低侧开关装置Q4-Q11和一组LED，其中该组LED中的每一个都被耦合到不同的输出端H1-H3。
0028在图2中，标示为55、56和58的一组(或一串)LED被可操作地耦合成，使每个各自的HS输出H1、H2和H3能够对它们进行加电。具体地，LED组55包括LED D1、D2、D3、D10、D11、D12、D19和D20。LED组56包括LED D4、D5、D6、D13、D14、D15、D21和D22。LED组58包括LED D7、D8、D9、D16、D17、D18、D23和D24。虽然这些LED组中的每一个都包括相同数量的LED，但本领域技术人员应该理解和意识到，不同数量的LED可由每个各自的HS输出驱动。
0029这种配置的一个结果是，基于每次循环内所实施的各自的HS和LS开关装置的开关顺序，可独立地控制每个LED D1-D24。例如，可以按一定的顺序和占空比控制HS和LS开关装置Q1-Q11，以维持每次循环通过负载54的期望的平均(RMS)电流。通过维持供给负载54的期望的平均RMS电流，可以为LED D1-D24提供期望的照度。通过控制HS和LS开关装置Q1-Q11的操作，可以进一步改变不同循环之间或同一循环的不同阶段之间的平均(RMS)电流。
0030为了控制高侧晶体管Q1-Q3，驱动系统52包括HS控制系统60，其输出耦合到Q1-Q3的栅极。类似地，LS控制系统62被耦合成，向每个Q4-Q11的各自的栅极提供输出信号。每个LS开关装置Q4-Q11被配置成在激活时将负载电流导向电气地。LS栅极控制信号被顺序化和同步，以相对于相应的HS开关装置Q1-Q3的激活而激活，从而在每次循环内向选定的LED D1-D24提供基本上调节平均的RMS电流。在每次循环内控制平均RMS电流，以为选定的LED提供期望的照度。LS控制系统62进一步操作以控制各自的开关装置Q4-Q11的上升沿和下降沿，例如减轻与系统50的操作有关的电磁干扰。
0031内部振荡器64被耦合成，向HS控制系统60和LS控制系统62提供内部时钟控制。举例而言，振荡器64可提供频率在60Hz至约300Hz、占空比为50％的方波。方波可以用作内部时钟信号以同步各自的栅极控制系统60和62，并确定了操作系统50的循环时间。振荡器64的频率可被编程，例如，通过耦合到驱动器系统52的外部管脚66的外部电阻ROSC进行编程。因而，振荡器64就提供了一个可编程的用于同步LS和HS开关装置Q1-Q11的开关序列的循环时间(例如，约20ms)。当各自的HS和LS开关装置通过振荡器64被同步，可以由LS控制系统62实现消隐时间延迟，以减轻操作过程中系统的其他线路的二极管电容放电。
0032驱动器系统52还包括一个或多个寄存器68，其用于为驱动器系统52配置操作和设定控制参数。在图2的例子中，寄存器68被表示成LS控制系统62的一部分。本领域技术人员应理解和意识到的是，这样的寄存器68也可以以独立于LS控制系统62的方式实现。驱动器系统52还包括移位寄存器70，以便于用期望的配置数据对寄存器进行编程。移位寄存器70可操作用于锁存驱动器系统52的输入和输出信息。
0033在图2的例子中，移位寄存器70通过总线74耦合到微控制器72，其中总线74用于提供移位寄存器70和微控制器72之间的通信。在图2的例子中，总线74提供时钟信号(CLK)，其从一个外部源(例如微控制器72)通过接线端75传输，用于同步微控制器和驱动器系统52之间的数据通信。例如，CLK信号可以提供频率范围在约1MHz至约10MHz之间的方波。因此，CLK信号提供了用于锁存从微控制器72到移位寄存器70的数据以及锁存输出到微控制器的数据。
0034总线74还包括与接线端76相联的片选(CS)线。该CS线的一个状态(例如，0或1)使驱动器系统52和关联的微控制器72或其他可能通过总线74与其耦合的装置之间能够进行通信。输出数据从驱动器系统52通过接线端78传输，这例如是响应主输出信号。类似地，来自微处理器或其他装置的输入数据能够通过输入端80(例如相应的从输入线)提供给移位寄存器70。移进和移出驱动器系统52的数据可以从移位寄存器70传输到一个或多个寄存器68。或者，在驱动器系统52中可提供多个独立的寄存器。
0035可用寄存器68存储各种用于控制开关装置Q1-Q11的编程配置信息。作为进一步的例子，寄存器68可以包括LED控制寄存器，这些LED控制寄存器设定了在每次循环内被激活以点亮选定的LEDD1-D24的高侧开关装置Q1-Q3和低侧开关装置Q4-Q11的组合。例如，在与每个各自的高侧开关装置Q1-Q3关联的相应ON周期内，可以将一个或多个低侧开关Q4-Q11构成的选定组激活到ON状态。在一个给定的高侧装置相应的ON周期内能够被激活到ON状态的低侧开关装置的具体数量一般取决于每次循环内传输的可用的平均RMS电流以及负载需求。
0036通过激活一个给定的HS开关装置Q1-Q3和选定的LS开关装置Q4-Q11，多个LED可以被同时驱动。对于图2中的LED D1-D24的布局，例如多达8个的LED在一个各自的高侧开关装置Q1-Q3的相应ON周期内可被同时并联地驱动。表1描述了可以用于激活图2中各自的LED D1-D24的每一个的顺序的例子。
表1LEDHS FET LS FET LED HS FET LS FETD1 Q1 Q6 D13 Q2 Q9D2 Q1 Q5 D14 Q2 Q8D3 Q1 Q4 D15 Q2 Q7D4 Q2 Q6 D16 Q3 Q9D5 Q2 Q5 D17 Q3 Q8D6 Q2 Q4 D18 Q3 Q7D7 Q3 Q6 D19 Q1 Q11D8 Q3 Q5 D20 Q1 Q10D9 Q3 Q4 D21 Q2 Q11D10Q1 Q9 D22 Q2 Q10D11Q1 Q8 D23 Q3 Q11D12Q1 Q7 D24 Q3 Q10根据表1和图2所示的结构中应意识到，对于每个HS装置Q1-Q3的激活，可以基于相应激活选定的LS开关装置Q4-Q11驱动任何数目的相关联的LED。如此处所描述的，基于激活LS开关装置的占空比以及耦合到各自的LED的外部限流电阻R1-R8可以控制照度。
0037寄存器68可进一步包括一个处于寄存器68内的配置寄存器，其定义了关于可用的HS开关装置Q1-Q3待实施的特定的多路复用方案。例如，图2中的驱动器系统52可以被配置成按1:3的多路复用方案操作，其中每次循环使Q1-Q3能够按预定顺序开关。作为替代性方案，通过设置寄存器68的配置寄存器，可将系统52编程为按1:2的多路复用方案操作，使得每次循环Q3都被从开关序列中禁能。因此不同的多路复用方案为点亮不同规模的LED阵列提供可扩缩性。1:2的多路复用方案可以用于，例如，要求更大电流量的时候，此时占空比可以增加到高达50％的占空比。或者，如果有很少的LED(例如，少于或等于16个LED)也可实施1:2的多路复用方案。
0038可以通过配置寄存器对各自的高侧开关装置的开关频率进行编程或调整。例如，开关频率可以被设置成作为振荡器64产生的内部主时钟信号的函数预先确定比例的开关频率，例如小于500Hz(例如，在60Hz到300Hz的范围内)。
0039寄存器68的配置寄存器还可以用于设置各种能够被驱动器系统52实施的可选的操作模式。例如，可以使能占空比补偿，以将LS开关装置Q4-Q11的占空比调整成电池电压VBAT的函数，该电池电压被提供作为驱动器系统52的未被调节的输入。可以根据配置数据(例如，由微控制器72提供的)来使能或禁能占空比补偿。
0040驱动器系统52还可包括诊断模块90，其被耦合到一个或多个诊断传感输入92，94和96。诊断模块90可操作地检测有关系统50的保护情况。例如，在各自的高侧开关装置Q1-Q3的OFF状态下，诊断模块90可以监测开路负载情况，而在它们的ON状态下，可诊断短路负载。在图2的例子中，诊断传感输入92-96可操作地在每个各自的高侧开关装置Q1-Q3的ON阶段期间用于故障诊断的检测。这样，在本例中，由于三个通道被关联到每个传感输入92-96，诊断模块90能够可操作地诊断系统50的多达总共九个不同的通道。
0041本领域技术人员应理解能够被诊断模块90监测的各种其它类型的保护情况。例如，诊断模块90可被耦合成监测高侧开关装置Q1-Q3的操作，包括对地的短路情况，开路情况瞬变电压或电流情况等等。也可对低侧开关装置Q4-Q11实施类似的监测(例如，开路情况，短路情况，瞬变等等)。因此，本领域技术人员应理解的是，根据诊断模块90监测到的保护情况，还可以实施各种类型的保护方案。这种保护还可以通过外部电路实施，例如微控制器72，和/或通过内建于驱动器系统52中适当的保护机制内部实施。
0042举例说来，如果输入电池电压VBAT超过了过电压阈值，驱动器系统52将禁能与其关联的输出。当电压VBAT降低到特定范围内，并发出复位/低功率(low power)模式信号后，输出可以被允许重新启动。在例如驱动器系统52不能实施正确的占空比的情况下，欠压和过压闭塞功能可以用于保护耦合到驱动器系统的二极管。
0043诊断模块90向LS控制系统62提供相应的输出，用于设置寄存器块68中合适的诊断寄存器。诊断寄存器的信息可通过总线74的数据输出端78提供给微控制器72或其它输出装置。可通过例如设置相应的寄存器值来使能或禁能类似的热关停功能。
0044另外，可以选择性地使能或禁能欠压或过压闭塞功能，例如可通过编程寄存器68内适当的寄存器条目来实现。通过使能电压闭塞功能，驱动器系统52可以实施所需的系统关停，例如在电池电压VBAT低于某个阈值的情况下。为了监测电池电压VBAT，驱动器系统52还可包括比较器84，其对电池电压VBAT和参考电压VREF进行比较。比较器84向复位模块86提供相应的输出信号。复位模块86被耦合到低功率模式控制部件100。
0045低功率控制部件100还通过接线端102从微控制器72接收低功率输入信号。如果通过复位模块86或通过来自微控制器72的低功率模式输入信号来拉低低功率部件100的输入，则可以禁能驱动器系统52的输出，这样驱动器系统52的电流消耗将非常低(例如，在微安范围内)。接线端102是双向的，因为它可允许来自诸如微控制器的外部源的信号来禁能输出，而且内部故障检测可以拉低该接线端以实现适当的故障保护。
0046驱动器系统52能够以各种不同的方式来降低相关联的LEDD1-D24的强度。如上文所述，寄存器68的配置寄存器可被编程以设置HS和LS开关装置的占空比，从而为各自LED D1-D24提供期望的照度。例如，根据编程到降低亮度配置寄存器中的值，可以实施一组预定的降低亮度的控制配置。
0047替代性地或附加地，还可以实施软件控制，例如通过微控制器72来实现降低亮度的功能。作为例子，微控制器72或其它外部(或内部)电路可以被配置成动态地调整由各自的高侧开关装置在其相应的ON周期内提供的平均电流，例如基于VBAT信号的动态补偿。如上文所述的，VBAT信号对应于驱动系统52所监测的未被调节的输入电源电压。
0048作为进一步的例子，电池电压可以变化，例如在约5V到约40V的范围内。由于VBAT的可能范围，可将内部占空比作为VBAT的函数加以调整以实现粗略的补偿。此外，微控制器72可以对占空比做出更精细的调整，例如通过向输入98提供PWM输入控制。微控制器72或其它外部控制电路通过PWM输入98实现的亮度降低，可以作为驱动器系统52内部实现的现有的降低亮度控制的替代或补充。
0049在另一种实施方式中，可以选择性地控制LS开关装置Q4-Q11，以进一步控制通过LED的电流。例如，LS控制系统62可以被配置成通过控制各自的LS开关装置Q4-Q11的栅极电压来实现电流控制，从而实现期望的电流控制。这种电流控制的模式(例如，通过在三极管区域上操作一个或多个LS开关装置Q4-Q11)可以被实施作为控制LS开关装置脉冲宽度的替代的或附加的方案。本领域技术人员应理解和意识到，根据本发明的一个方面，基于此处的原理，可以实现各种模式的电流控制和PWM控制。通过实施这样的关于LS开关装置(和/或HS开关装置)的电流控制，即使在VBAT变化时，也可以通过每个Q4-Q11提供期望的基本上调节平均的电流。
0050寄存器68还可以用于存储状态信息，其可以通过总线74的输出线78提供给微控制器。作为例子，状态寄存器68可被设置成识别过压事件或欠压事件、指示电压VBAT以及指示热关停事件。
0051结合图3的时序图，能够更好地理解图2的系统50的操作。在图3中，用与各自的HS开关装置Q1-Q3相关联的每个输出H1-H3来说明开关顺序。还汇集了与LS开关装置Q4-Q11相关联的每个输入L1-L8的开关波形。在图3的例子中，假设同时操作每个低侧开关装置Q4-Q11(图2中)，以便根据被实施的多路复用开关方案点亮最大数量的LED D1-D24。本领域技术人员应理解和意识到的是，通过在HS开关装置Q1-Q3的相应操作期间，控制选定的低侧开关装置Q4-Q11，可选择性地点亮任何一个LED D1-D24。选择性的控制，例如，可以通过上面所描述的配置寄存器进行编程来控制。
0052如在图3的例子中所描述的，每次循环内，每个HS输出H1-H3按预定顺序被加电(通过将Q1-Q3分别激活到ON状态)一段标示为ton的时间段。在距H1激活的一预定延迟时间tdelay后，通过操作图2的开关装置Q4-Q11，在该循环的第一阶段(标示为110)低侧输入L1-L8被激活。当H1和L1-L8在阶段110内被同时激活时，相应的LED D1、D2、D3、D10、D11、D12、D19和D20(图2)被驱动以提供它们所期望的照明。例如，源自H1的约为120mA的峰值电流可以用于在激活阶段110驱动各自的LED D1、D2、D3、D10、D11、D12、D19和D20。与L1-L8相关的激活阶段110提供了期望的RMS电流(例如，120mA的峰值对应于约40mA的RMS)，其足以用于维持人眼所需的LED照明。在将H1无效或去激活为OFF状态后，L1-L8可保持在ON状态以允许剩余电流放电。
0053L1-L8转换为OFF(在激活阶段110的最后)后，随着Q2被激活到ON状态，H2被加电。H2被加电一个时间段ton。在H2被加电tdelay时间后，L1-L8在该循环的第二个激活阶段112被再次激活到ON状态。回到图2，第二个激活阶段112对应于驱动LED组56中的LED，相应地包括D4、D5、D6、D13、D14、D15、D21和D22。在该循环的后期，H2被撤销加电，但L1-L8保持为ON状态，以将来自D4、D5、D6、D13、D14、D15、D21和D22的剩余电流导向两个电气地。
0054在第二个激活阶段112后无效L1-L8时，通过将Q3激活为ON状态进入序列的下一部分来加电H3。与H1和H2一样，H3可被加电一段ton时间。当实施适当的消隐时间延迟tdelay后，，L1-L8在该循环的第三个激活阶段114被再次激活，用于接收来自相应的LED组58的电流，其包括LED D7、D8、D9、D16、D17、D18、D23和D24。对应于通过H3提供给LED D7、D8、D9、D16、D17、D18、D23和D24的平均RMS电流，可按期望强度点亮LED D7、D8、D9、D16、D17、D18、D23和D24。L1-L8的激活阶段114在H3被撤销加电后仍然保持，以导走或接收(sink)被激活的LED的剩余电流。
0055每次循环可以在低的开关频率(例如，在约50Hz到300Hz的范围内)重复上文的多路复用顺序，从而按顺序点亮各自的LED组。这样，LED看起来是以期望强度保持照明，而不会有人眼可察觉的亮度降低。当然，如此处所描述的，可使任一个LED的亮度降低，例如为提供由微控制器确定的事件或条件的指示。举例而言，可对LS开关装置Q4-Q11进行脉宽调制(如116处所指示的)，以在激活阶段110、112和114的一个或多个期间降低提供给LED的平均RMS电流。这样PWM控制可以通过LS控制系统62实施，例如基于图2的微控制72提供的配置信息。附加地或替代性地，通过控制用于操作图2中各自LS(MOSFET)装置Q4-Q11的三极管区域的栅极电压来实施电流控制。
0056本领域技术人员应进一步意识到，可在LS装置Q4-Q11，HS装置Q1-Q3或同时在LS和HS装置上实施各种PWM和/或电流控制的组合。例如，尽管图3的波形描述了每个L1-L8在每个激活阶段被同时激活，但替代性地，L1-L8中的一个或多个可以以某种顺序被独立地激活，例如每次循环在各自的激活阶段的不同选定部分期间。这样的方法使得可以向关联的负载装置(如LED)提供更大的峰值电流。另外，采用这种方法，可能需要相应增加开关频率，以提供每次循环内通过装置的足够的平均RMS电流，以维持LED的期望照度。
0057图4描述了图3所描述的波形的选定部分的放大的视图。具体地，图4图解说明了给定的LS开关装置的开关顺序，其被耦合到一个标识为LX的输入，相对地开关对应于不同HS开关装置的两个HS输出H1和H2。如上文所描述的，每个LED通道都是独立可控的，因此根据后续阶段中是否激活了该输入，LS开关输入的具体操作可能与图4所示的不同。在图4的例子中，假设LX在一次循环内的两个相邻的激活阶段被激活，在前一激活阶段驱动与H1耦合的LED，而在下一激活阶段驱动与H2耦合的不同的LED。
0058在图4的例子中示出，当H1被从ON状态无效到OFF状态，大约10μs后LX被无效到OFF状态。LX转变为OFF大约6ms后，H2被激活到ON状态，从而为关联的一组LED加电。通过实施消隐时间间隔tdelay(例如tdelay＝42μs)来延迟将LX转为ON状态，在该ON状态，电流可流经耦合到H2和LX的相应的LED。消隐时间tdelay被并入到通过低侧开关装置的控制中，例如根据LS和HS开关装置的同步(例如由内部振荡器提供)。通过应用消隐时间间隔，可以减轻系统内的其它LED的二极管电容放电。这进一步降低了可能由LED组55，56，58(图2)的叠加引起的不希望的干扰，如果拉动太多电流其重叠可能会导致亮度降低。本领域技术人员应理解和意识到，图4中所示和所描述的时间段的例子仅是为了解释清楚而提供的，根据此处的思想，可以应用任何适当的时序关系。
0059图5描述了故障监测系统150的例子，其可以被实施以提供与驱动器系统相关联的诊断功能。可以理解，根据本发明的一个方面，系统150可以被耦合(内部或外部)以监测由驱动器系统控制的任意数量的一个或多个的输出通道的故障状况。
0060故障监测系统150包括诊断输入节点152，其相应于图2的输入92-96。节点152被耦合到一个或多个关联的LED 158的一个输出，用于监测短路接地的故障情况。LED 158被耦合到HS输出159和诊断输入152之间。当使能高侧开关装置154和相应的低侧开关装置156以驱动耦合到使能的高侧和低侧开关装置之间的一个或多个LED 158时，故障监测系统150可操作地监测故障情况。诊断输入节点152因此监测LED 158和关联的限流电阻RLIMIT之间的节点的电压。输入152处的电压信号被提供到比较器160的同相输入。比较器比较节点152处监测到的输入电压和对比电压VCOMP。例如，对比电压VCOMP可能等于VBAT和阈值电压之差(VCOMP＝VBAT-阈值)。比较器160提供相应的输出到故障滤波延迟模块162。
0061诊断节点152可以被监测，例如，监控至少为1V的电压以保证负载(即LED 158)被正确地连接到限流电阻RLIMIT。正常操作期间，节点152等于约VBAT-5V。另外，如果负载158发生短路，诊断输入节点152处的电压为约VBAT，这样，比较器160的输出将改变状态。作为对比较器输出改变状态的响应，故障滤波延迟元件162提供相应的短路负载输出(SL)。SL输出可以被用来设置关联的驱动器系统的SL寄存器的值。如此处所描述的，SL寄存器的值可以作为相应的微控制器的故障输出状态来提供。
0062故障监测系统150还可操作地为一个或多个通道监测开路情况。为此，低侧开关装置156(例如，Q4-Q6)的栅极被耦合到相应的开路检测电路164。开路检测电路164包括开关装置(例如MOSFET)166，其与相应的低侧开关装置156并联耦合。开关装置156和166的栅极被耦合到一起，且装置166与位于低侧输入端167和地之间的电阻(ROPEN)串联耦合。
0063对应于ROPEN上的电压的相应电压VOPEN，被提供为比较器168的输入。比较器168将VOPEN与参考电压Vref比较，以确定在负载电流中是否存在干扰，例如由于关联到LED 158的开路情况引起的干扰。因此，如果VOPEN降到低于Vref的阈值，比较器168的输出将改变状态。比较器168提供相应的输出信号给故障滤波延迟元件162，以表明比较器是否检测到关联到LED 158的开路情况。故障滤波延迟元件162提供相应的开路负载输出信号(OL)以设置关联的驱动器系统的相应的OL寄存器的值。如此处所描述的，OL寄存器的值可以被提供作为输入到相应微控制器的故障输出状态。
0064故障滤波延迟元件162可以滤波来自比较器160和168的各个信号，以减少错误报告，例如那些由延长的开关时间和快速瞬变现象引起的错误报告。因此，基于高侧使能(Hx En)和低侧使能(Ly En)信号170和172，激活故障滤波延迟元件162以实施相应的诊断功能，所述使能信号被提供给故障滤波延迟元件162用于正被监测的各自的通道。假设被监测的具体通道(一个或多个)的适当的高侧和低侧开关被激活，监测系统150可以报告故障状况。本领域技术人员应理解的是，可以连同根据本发明一个方面实现的驱动器系统来实现各种其它的故障监测诊断。状态寄存器的值可以用于向相应的微控制器或其它用于实施适当的故障保护措施的电路提供诊断状态信息。
0065图6描述了驱动器系统200的一部分的电路图的例子，根据本发明的一个方面，其可操作地提供反向电池保护。系统200包括HS开关装置202，其被配置成提供反向电池保护(例如，在电源电压VBAT的极性被倒置时保护系统)。开关装置202包括一对MOSFET装置204和206，它们的栅极连接在一起接收HS控制信号。如此处所描述的，HS控制信号可以从HS栅极控制(例如，驱动器)中提供。MOSFET器件204和206被并联排列，其各自的源极耦合在一起。MOSFET 204的漏极被连接到VBAT而MOSFET 206的漏极耦合到一个或多个负载208。根据LS系统210的激活情况，一个或多个负载208可以选择性地被加电通电流。根据一个或多个LS控制信号(例如来自LS驱动器或控制系统)来控制LS系统210，所述LS控制信号确定经过包括负载208的一个或多个(P)通道中每个通道的电流。例如此处所期望的，可通过PWM和/或电流控制LS系统210，以提供穿过每个P通道的期望电流。
0066每个MOSFET 204和206还包括一个寄生二极管，它们分别被清楚地示于212和214处。MOSFET 204和206被配置成，如果控制信号激活MOSFET且VBAT为正，则HS装置202可以将电流通过MOSFET输送到负载。如果VBAT的极性被弄反，例如在不正确地连接汽车的电池或其它VBAT的源的导线时会发生这种情况，那么电流将无法传导经过HS装置202。当VBAT为负时，无论HS控制是否被激活为高，由于MOSFET 206及其关联的二极管未被偏置成导通状态，HS装置202均为非导通状态。本领域技术人员应理解和意识到，其它配置和保护方案也可以用于在驱动器系统200中提供适当的反向电池保护，它们均落入所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于控制多个负载装置的系统，包括高侧系统，其可操作地提供与至少两个相关联的输出有关的电流；低侧系统，其可操作地导走与多个相关联的输入有关的电流；以及控制系统，其根据多路复用方案控制所述高侧系统和所述低侧开关，以可操作地向连接在所述相关联的输出和所述相关联的输入之间的所述多个负载装置中选定的负载装置提供电流；
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述高侧系统进一步包括至少两个开关装置，所述控制系统执行所述多路复用方案，以按顺序操作所述高侧系统的所述至少两个开关装置，从而在每次循环期间，向所述选定的负载装置提供基本上已调节的平均电流。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制系统根据每次循环内被操作的所述高侧系统的开关装置的数量来执行所述多路复用方案。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述低侧系统进一步包括多个低侧开关装置，所述控制系统操作所述低侧系统的选定的低侧开关装置，以在每次循环中多个激活阶段的每一个中，对应于所述高侧开关系统的所述开关装置中的一个给定开关装置的相应操作，控制基本上已调节的平均电流在所述选定的低侧开关装置的相关联的输入处被导走。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制系统使用至少一个可变脉宽和可变电流控制来操作所述低侧系统的选定的低侧开关装置，以便控制所述选定的低侧开关装置的操作，以在每次循环期间，导走与关联到所述选定低侧开关装置的输入有关的基本上已调节的平均电流。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述高侧系统进一步包括至少两个高侧开关装置；且所述低侧系统进一步包括多个低侧开关装置，所述控制系统根据所述多路复用方案，控制用于操作所述高侧开关装置和低侧开关装置的占空比和顺序，从而在每次循环期间，向所述多个负载中的每一个提供基本上已调节的平均电流。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述占空比具有与每次循环所述控制系统操作的所述高侧开关装置的数量呈函数关系。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述高侧开关装置包括M个开关装置，其中M是表示高侧开关装置数量的大于或等于2的正整数，而所述低侧开关装置包括N个开关装置，其中N是表示低侧开关装置的数量大于或等于1的正整数，且N不同于M。
9.根据权利要求8所述的系统，其中M*N定义了所述系统能够独立驱动的多个负载装置的最大数量。
10.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括故障监测系统，其可操作地检测有关所述低侧系统、所述高侧系统以及至少一些所述多个负载装置中至少一个的保护情况。
11.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括保护装置，其响应所述故障监测系统检测到的保护情况，对所述高侧系统、所述低侧系统以及至少一些所述多个负载中的至少一个实施保护。
12.一种集成电路，其包括权利要求1所述的系统。
13.权利要求1所述的系统与包括多个负载装置的负载形成的组合，所述负载装置被耦合到所述相关联的输出和所述相关联的输入之间，其中所述高侧系统进一步包括多个高侧开关装置；且所述低侧装置进一步包括多个低侧开关装置；所述外部负载包括多个发光二极管LED，所述多个LED被布置成至少两组LED，所述至少两组LED中的每一组被耦合到所述相关联的输出中的一个，以被所述多个高侧开关装置中各自的一个所驱动，所述至少两组LED中每一组中的LED被耦合到所述低侧系统的多个低侧开关装置中相关联的一个以导走电流；以及根据所述多路复用方案，所述控制系统控制所述高侧开关装置和所述低侧开关装置，以提供基本上已调节的平均电流，用于选择性地操作所述多个LED。
14.根据权利要求13所述的组合，其中所述控制系统控制所述高侧和低侧开关装置的占空比和顺序，从而以低于约500Hz的开关频率选择性地操作所述多个LED。
15.根据权利要求13所述的组合，其进一步包括限流电阻，其被耦合到每个所述低侧开关装置和至少一些所述至少两组二极管中的LED之间。
16.根据权利要求13所述的组合，其中每个所述高侧开关装置和所述低侧开关装置包括至少一个晶体管。
17.一种发光二极管系统，包括驱动器系统，其包括一组高侧开关装置；一组低侧开关装置；控制系统，其根据多路复用方案在每次循环内控制所述高侧开关装置组和所述低侧开关装置组中的选定开关装置的操作；和多个发光二极管LED，其被布置成至少两组LED，至少两个所述高侧开关装置中的每一个被耦合，以驱动所述至少两组LED中相关联的一组中的LED，所述低侧开关装置被耦合成，导走来自所述至少两组LED中的LED的电流，基于所述控制系统对选定的开关装置的操作，至少一些所述LED中的选定子集被选择性地按开关频率操作点亮。
18.根据权利要求17所述的系统，进一步包括一个限流电阻，其被耦合到每个所述低侧开关装置和至少一些所述至少两组LED中的相应LED之间。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制系统控制所述高侧开关装置和所述低侧开关装置以低于约500Hz的开关频率选择性地操作所述LED中被选定的子集，使得每次循环内向所述LED的被选定的子集提供基本上已调节的平均电流。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述多路复用方案根据每次循环内所述控制系统操作的所述高侧开关装置的数量变化。
21.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制系统在每次循环多个激活阶段的每个激活阶段中，相对于所述高侧开关装置中一个给定的高侧开关装置的操作，控制被选定的低侧开关装置，以提供通过所述LED的基本上已调节的平均电流。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制系统在每次循环多个激活阶段的每个激活阶段期间，以可变脉宽和消隐间隔操作所述被选定的低侧开关装置，以基本上调节每次循环通过所述LED的平均电流。
23.根据权利要求21所述的系统，其中每个所述高侧开关装置和每个所述低侧开关装置包括至少一个晶体管，所述控制系统可操作地向至少一个被选定的低侧晶体管提供偏置控制信号，其用于基本上调节通过所述至少一个选定的低侧晶体管的平均电流。
24.根据权利要求17所述的系统，其中所述高侧开关装置包括M个开关装置，其中M是表示高侧开关装置数量的大于或等于2的正整数，所述低侧开关装置组包括N个开关装置，其中N是表示低侧开关装置数量的大于或等于1的正整数，且N大于M。
25.根据权利要求24所述的系统，其中M和N的和(M+N)小于LED的数量，且M*N定义了所述系统内的LED的最大数量。
26.根据权利要求17所述的系统，其进一步包括一个故障检测系统，其可操作地检测关于至少一些LED的保护情况。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述控制系统响应所述故障检测系统检测到的保护情况，可操作地执行对所述高侧开关装置、所述低侧开关装置以及所述LED中至少一个的保护。
28.一种用于驱动多个发光二极管LED的系统，包括用于向所述多个LED中的至少一些提供电流的装置；用于根据占空比对所述提供电流的装置进行控制的装置；用于导走来自所述多个LED中相关联的一个LED的电流的装置；以及相对于所述提供电流的装置的操作来控制所述导走电流的装置的装置，其以相应的开关频率操作至少一些所述多个LED的选定子集，在每次循环内提供通过所述选定的LED子集的LED的基本已调节的平均电流，以此为所述选定的LED子集的LED提供期望的照度。
29.根据权利要求28所述的系统，进一步包括检测与所述系统的至少一部分相关的故障情况的装置。
30.根据权利要求29所述的系统，进一步包括响应检测到的故障情况，对所述系统的至少一些元件进行保护的装置。
31.根据权利要求28所述的系统，进一步包括提供消隐时间间隔的装置，以在每次循环的每个激活阶段内相对于所述用于提供电流的装置的操作，延迟所述导走电流的装置的操作。
32.根据权利要求28所述的系统，进一步包括用于限制每次循环内经过所述LED的电流的电阻性装置。
33.根据权利要求28所述的系统，进一步包括用于对所述系统的操作参数进行编程的装置。
全文摘要
一种用于控制多个负载装置的系统，其包括一个高侧系统，所述高侧系统可操作地提供与至少两个相关联的输出有关的电流。一个低侧系统可操作地导走与多个相关联的输入有关的电流。一个控制系统根据多路复用方案来控制高侧系统和低侧系统，所述多路复用方案可操作地向连接在相关联的输出和相关联的输入之间的多个负载装置中选定的负载装置提供电流。所述系统可被实施为用于驱动多个负载的集成电路，所述多个负载可包括LED。
文档编号G05F1/00GK1961266SQ200580017131
公开日2007年5月9日 申请日期2005年3月28日 优先权日2004年3月26日
发明者S·M·帕特尔, Z·J·拉塔, R·泰格加兹 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司