专利名称：用于驱动led的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于使用切换模式电源配置来驱动发光二极管(LED)的设备和方法。 本发明尤其适合于LED电流控制器的设计并且将在上下文中进行描述。
背景技术：
以下对本发明背景技术的讨论旨在方便理解本发明。然而，应该意识到，该讨论并不是确认或者承认所参照的任何材料已公开、已知或者在如本申请的优先权日的任何司法判定中作为公知常识的一部分。发光二极管(LED)通常由控制器电路驱动来实现一个或者多个目标。由于LED对电流和电压波动敏感，因此LED控制器电路的最重要目标之一在于提供合适的电流以在电源电压或者负载变化的情况下驱动LED。已经研发了基于脉冲宽度调制(PWM)的控制器，用以在电源电压/负载变化的情况下向LED提供合适的电流。大多数PWM控制器是基于切换模式的控制器，其涉及使用诸如MOSFET的电子开关作为用于调节输入到LED的电流的装置。
图1示出用于隔离的AC应用的典型降压-升压(buck-boost) LED控制器。电流驱动器电路基于模拟PWM控制器，其包括电流反馈电阻器13 ；光学耦合器14 ；以及极化电容器12的使用。电流驱动器电路还包括模拟PWM控制器15。基于PWM的控制器具有以下列出的若干缺点 由于电流感测反馈电阻器13处于功率MOSFET和LED的电流路径中，其耗散了大量电能。由于反馈电阻器13消耗并不产生有用功的电能(被作为热耗散掉)，因此这是能量损失。而且，这样的反馈电阻器13通常是功率电阻器，其产生相当的热量并且在印刷电路板(PCB)上实现时通常需要更厚的铜设计。这增加了实现的总体成本。·极化电容器12的寿命通常远远短于LED的寿命。在一个或者多个极化电容器 12击穿时，它们导致短路，这会进一步导致驱动器电路的故障。这样的故障可能由于连锁 (cascading)故障效应而缩短LED的寿命。·极化电容器12还在电路中引入相位差，这降低了功率因数以及总体的有用电功
率效率。·光学耦合器14通常是昂贵的电子部件，这将增加实现LED控制器的总体成本。除了上述缺点以外，申请人认为通用PWM控制器(无论模拟还是数字的)基于固定/窄频率范围工作并且无法确保在操作频率改变时该控制器以断续模式工作。因而，本发明的目的在于克服，或者至少部分改进，前述问题中的一个或者多个。
发明内容
在整个文件中，除非做出相反表示，短语“包括”，“由……构成”等旨在被构筑为包括但不排他。根据本发明的第一方面，存在一种用于经由开关模式功率转换器向至少一个发光二极管(LED)提供电流的设备，包括至少一个集成电路(IC)，所述IC可使用硬件描述语言进行编程；可配置为具有切换时间段的电子开关；模拟至数字转换器(ADC)，所述ADC配置为获得数字化电压输入；电压比较器，所述电压比较器配置为获得每一个时间段所述开关模式功率转换器的电感元件的放电时间；其中在操作中，对所述至少一个IC编程以获得所述数字化电压输入、所述电感元件的放电时间、期望的电流、基准常数以及所述电子开关的所述切换时间段作为输入，并且之后计算每一个切换时间段所述电子开关的接通时间， 以使得所述电子开关的所述接通时间调整流入所述至少一个LED的所述电流。优选地，所述至少一个IC是专用集成电路(ASIC)。优选地，根据以下公式计算所述电子开关的所述接通时间
权利要求
1.一种设备，用于经由开关模式功率转换器向至少一个发光二极管(LED)提供电流， 所述设备包括至少一个集成电路(IC)，所述IC可使用硬件描述语言进行编程； 电子开关，可配置为具有切换时间段；模拟至数字转换器(ADC)，所述ADC配置为获得数字化电压输入； 电压比较器，所述电压比较器配置为获得每一个时间段所述开关模式功率转换器的电感元件的放电时间；其中在操作中，所述至少一个IC被编程为获得所述数字化电压输入、所述电感元件的放电时间、期望的电流、基准常数以及所述电子开关的所述切换时间段作为输入，并且此后计算每一个切换时间段所述电子开关的接通时间，以使得所述电子开关的所述接通时间调整流入所述至少一个LED的所述电流。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个IC是专用集成电路(ASIC)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中根据以下公式来计算所述电子开关的所述接通时间
4.根据权利要求3所述的设备，其中对于具有所述电感元件作为变压器的隔离的交流 (AC)反激式配置，该变压器隔离位于所述变压器的次级端的所述至少一个LED，根据以下公式来计算所述基准常数K
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述变压器是平面变压器。
6.根据权利要求3所述的设备，其中对于非隔离的直流(DC)反激式配置，根据以下公式来计算所述基准常数K:
7.根据权利要求3到6中的任一项所述的设备，其中基于值A和值B的比较，在每一个时间段更新Ton的值；A和B的公式分别为A = Vin*Tqn*Tqff ；并且 B ——K5^Iout* (T0N+T0FF+TCALC)其中Tqm是在所述电感元件的放电时间之后的时间，用以计算所述公式并且所述电子开关的所述切换时间段是T0N、Toff和T·之和；由此，在A的值大于B时，所述Ton的值降低预定数量的时钟周期；在A的值小于B时， 所述Ton的值增加预定数量的时钟周期；并且在A的值等于B时，Tw不发生改变。
8.根据权利要求7所述的设备，所述设备配置为用于通过放置于每一个LED的节点的热敏电阻器，来调整作为温度的函数的所述电流；所述设备还配置为经由更新所述预定数量的时钟周期来更新所述电流输出。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述电子开关是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且在操作中，所述MOSFET配置为以断续模式工作。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述ADC、电压比较器和振荡器集成在所述IC中。
11.一种方法，用于经由开关模式功率转换器向至少一个发光二极管(LED)提供电流， 所述方法包括步骤(i)获得以下值作为输入(a)数字化电压输入；(b)电子开关的切换时间段；(c)所述开关模式功率转换器的电感元件的放电时间；(d)所述电流的期望值；以及(e)数字基准； 以及( )计算每一个切换时间段所述电子开关的接通时间；(iii)基于所述电子开关的所述接通时间，调整每一个切换时间段流入所述至少一个 LED的所述电流；以及(iv)对于每一个切换时间段重复步骤(i)到(iii)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中根据以下公式来计算所述电子开关的接通时间
13.根据权利要求12所述的方法，其中对于具有变压器的隔离的交流(AC)源输入，所述变压器隔离所述变压器的次级端的所述至少一个LED，根据以下公式来计算所述基准常数K:
14.根据权利要求12所述的方法，其中对于非隔离的直流(DC)反激式配置，根据以下公式来计算所述基准常数K
15.根据权利要求12到14中的任一项所述的方法，其中基于值A和值B的比较，在每一个切换时段更新Ton的值；A和B的公式分别为
全文摘要
本发明公开一种用于经由开关模式功率转换器向至少一个发光二极管(LED)提供电流的设备和方法。具体地说，所述设备包括至少一个集成电路(IC)，所述IC可使用硬件描述语言进行编程；可配置为具有切换时间段的电子开关；模拟至数字转换器(ADC)，所述ADC配置为获得数字化电压输入；电压比较器，所述电压比较器配置为获得每一个时间段所述开关模式功率转换器的电感元件的放电时间；其中在操作中，所述至少一个IC配置为获得所述数字化电压输入、所述电感元件的放电时间、期望的电流、基准常数以及所述电子开关的所述切换时间段作为输入，并且在其中计算每一个切换时间段所述电子开关的所述接通时间，以使得所述电子开关的所述接通时间调整流入所述至少一个LED的所述电流。
文档编号H02M3/335GK102598866SQ201080007224
公开日2012年7月18日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者A·斯托纳, L·格罗皮, 文国荣, 王开福, 钟富荣 申请人:丰裕国际电子私人有限公司