专利名称：发光二极管控制电路及其方法
技术领域：
本发明一般涉及电子学，特别是涉及形成半导体设备的方法和结构。
背景技术：
过去，半导体工业利用不同的方法和结构来形成用于发光二极管(LED)的驱动电路。一些LED驱动电路设计成接收模拟控制信号并产生模拟驱动信号，其使通过LED的电流线性变化。这样的可得自于South Portland Maine的FairchildSemiconductor Corp.的控制电路的一个例子由部件号FAN5611来引用。在一些应用中，希望有控制通过LED的电流的其它方法。
因而，希望有一种LED控制器，其可相应于控制信号以多于一种的方法来变化通过LED的电流。
图1示意性地示出了具有根据本发明的LED控制器的LED系统的一部分的实施方式；图2是示出图1的根据本发明的LED系统的一信号的图；和图3示出了包括图1的根据本发明的LED控制器的半导体设备的放大的平面图。
为了图示的简单和清楚，附图中的元件不一定是按比例的，不同附图中的同样的参考数字表示相同的元件。此外，众所周知的步骤和元件的描述和细节为了说明的简单而被省略。这里使用的载流电极是指承载通过设备的电流的设备的元件，其，如MOS晶体管的源极或漏极或双极晶体管的发射极或集电极或二极管的阴极或阳极，控制电极是指控制通过设备的电流的设备的元件，如MOS晶体管的栅极或双极晶体管的基极。虽然设备在此说明为特定的N-通道或P-通道设备，本领域普通技术人员应认识到，按照本发明，互补的设备也是可以的。本领域技术人员应认识到，这里使用的词语“在...期间”、“当...的时候”、“当...”不是精确的词语，其意味着在起始动作发生时立即发生的动作，但可能会有一些小的但合理的延迟，如在由起始动作启始的反应之间的传播延迟。
具体实施例方式
图1示意性地示出了LED照明系统10的一部分的实施方式，其包括示例形式的LED控制器20。LED控制器20设置成，对于小于所述控制信号门限值的所述控制信号的值，将通过LED13的LED电流15控制到与所述控制信号成比例的值；而对于不小于所述门限值的所述控制信号的值，将所述电流15控制到与所述门限值成比例的值。系统10自输入端12和电力回路端11之间的输入电压接收电力，所述输入电压如来自电池或其它直流电压源的直流输入电压。LED电流15由控制器20控制，并流经LED13以用于LED13发光。电流15还通常流经感测电阻器(sense resistor)14以用于形成感应信号，其代表电流15的值。使用控制器20外部的电阻允许使用不同的电阻值从而为电流15提供不同的值。
控制器20包括电压输入21和电压回路22，其通常分别连接至各端子12和端子11以接收用于操纵控制器20的电力。控制器20还具有控制输入24、电流输出26、和感测输入27。在一些实施方式中，控制器20还可有启动输入23，其用于启动或停用控制器20的操作。控制器20可包括启动电路30、控制电路39、和旁路元件，如输出晶体管60。控制电路39通常包括限制电路40、放大器53、由电阻器51和52形成的分压器、缓冲电阻器41、和控制开关或晶体管56。在下文将进一步看到，限制电路40设置成检测控制信号达到控制信号的门限值，并对于比门限值大的控制信号的值，相应地阻止电流15值的增加，从而保持电流15的值基本不变。启动输入23接收启动信号，其达到高以启动控制器20的操作。来自输入23的高信号启动晶体管31，其将晶体管33和37的栅极拉低以启动晶体管33并停用晶体管37。启动晶体管33耦连偏压电路以接收电力并开始提供偏压电流至控制器20的其它元件。由偏压电路34产生的偏压电流用于提供工作偏压电流以启动控制器20的其它元件的操作，如电路39。
图2是拥有标绘图(plot)63的图，其示出了对于在输入24上接收的控制信号的值的电流15。横坐标表示控制信号值的增加，纵坐标表示电流15的值的增加。电路39设置成形成驱动信号，从而对于不大于门限值的控制信号值驱动LED13与控制信号的值成比例，如标绘图63在坐标轴交点和点Vth之间所示的，以及对于大于门限值的控制信号值将电流15保持为基本常量值，如标绘图63在点Vth的右侧所示。控制器20在控制输入24上接收控制信号。电阻器41将输入24自内部节点42分离，并在节点42上形成第一信号，其代表控制信号的值。电阻器51和52的分压器接收来自节点42的第一信号并在节点54上形成第二信号，其与控制信号的值成比例，因而代表了控制信号的值。对于不大于门限值(Vth)的控制信号的值，节点42上的第一信号的值和节点54上的第二信号的值与控制信号的变化成比例地变化。放大器53在放大器53输出上形成驱动信号，其代表在节点54上的第二信号和在输入27上接收的感测信号的差。当节点54上的第二信号的值变得比感测信号小，放大器53的输出增加，因而增加电流15的值。当节点54上的第二信号的值变得比感测信号大，放大器53的输出增加，因而增加电流15的值。
限制电路40设置成检测控制电路达到门限值(Vth)，并相应地阻止增加电流15的值，因而将电流15的值保持为相应的门限电流(Ith)的基本常量，Ith由控制信号的门限值形成。对于比控制信号的门限值(Vth)大的控制信号的值，电路40将电流15保持为基本不变。在图2中示出的限制电路40的示例性实施例包括由电阻器44和45形成的电阻分压器、放大器47、基准电压生成器或基准电压源49、和另一个旁路元件，如晶体管43。当输入24上的控制信号的值达到了门限值，节点42上的第一信号值也基本达到门限值。电阻器44和45的电阻分压器在节点46上形成第三信号，其代表第一信号的值，因而代表门限值。基准电压源49设置成在放大器47的倒相输入上产生基准信号，其与由电阻器41、44和45的电阻分压器在节点46上形成的第三信号的值大约相等，为控制信号的相应门限值减晶体管43的门限电压。当输入24上的控制信号达到门限值(Vth)，节点46上的第三信号达到基准电压源49的值，其将放大器47的输出值增加至启动晶体管43的值。当控制信号的值增加至超过门限值，放大器47的输出增加以进一步启动晶体管43并阻止第一信号的值增加，因而保持第一信号的值基本为门限值。由晶体管43的效应，电阻器41缓存输入24上的控制信号。结果，防止由放大器53接收的第二信号的值增加至比相应的门限值大的值，因而防止电流15增加。即使输入24上的控制信号的值增加到门限值之上，电路40也阻止第一和第二信号增加至超过相应于门限值的值，因而阻止电流15增加至超过电流值(Ith)，其相应于控制信号的门限值。
由于输入24的双重控制功能，控制器20可用来响应于应用在输入24上的模拟信号或响应于应用在输入24上的数字信号如PWM信号，而控制电流15。例如，在回路22的值和控制信号的门限电压之间变化的模拟信号可用来响应于控制信号的值以模拟方式控制电流15。这样，控制信号的模拟值以模拟的方式控制电流15的值和LED13的亮度。同样，在回路22的值和比控制信号的门限值大的值之间变化的数字信号可用于以数字方式控制电流15。在数字控制信号为低值时，电流15可基本为零，而在控制信号为高值时，电流15将为最大值，这样，LED13的亮度将以数字的形式在基本没有光和最大量的光之间变化。数字控制信号的占空度(duty cycle)可用于控制电流15的平均值和LED13的亮度。正如所见，脉宽调制(PWM)信号可用于数字地变化电流15和LED13的光强度。对于模拟控制信号和PWM控制信号，这样的控制功能有助于获得相似的电流15的值，进而获得相似的LED13的光强度的值。例如，近似在回路22的值和门限值之间的中间位置的值提供了近似为最大值一半的电流15的值和相应的光强度。相似的光强度可通过具有大约百分之五十的占空度的PWM控制信号来获得。
为了对控制器20实现这一功能，输入24连接至电阻器41的第一端子，所述电阻器41具有连接到节点42的第二端子。电阻器51的第一端子连接至节点42以及第二端子共同连接至放大器53的倒相输入和电阻器52的第一端子。电阻器52的第二端子连接至回路22。电阻器44的第一端子连接至节点42，而第二端子共同连接至放大器47的非倒相输入和电阻器45的第一端子。电阻器45的第二端子连接至回路22。放大器47的倒相输入连接至基准电压源49的输出。放大器47的输出连接至晶体管43的栅极，所述晶体管43具有连接到节点42的漏极和连接到回路22的源极。放大器53的非倒相输入连接至输入27和晶体管60的源极。放大器53的输出连接至晶体管56的栅极。晶体管56的漏极共同连接至晶体管60的栅极并通过电阻器36连接至偏压电路34的输出。晶体管56的源极连接至回路22。晶体管60的漏极连接至输出26。虽然显示了晶体管43耦连至自回路22的基准信号，但应认识到，晶体管43可耦连至具有比第三信号值小的值的任何基准信号，所述第三信号的值相应于控制信号的门限值。本领域技术人员应认识到，在一些实施方式中，晶体管60可以在控制器20的外部。此外，本领域技术人员应认识到，除了LED13，控制器还可用于控制任何其他电流操作的设备。
图3示意性地示出了在半导体管芯(die)66上形成的半导体设备或集成电路65的一个实施方式的一部分的放大平面图。控制器20在管芯66上形成。管芯66可包括其它电路，为简化图形其在图3中未显示。控制器20和设备或集成电路65通过半导体制造技术在管芯66上形成，这些技术为本领域技术人员公知。在一个实施方式中，控制器20在半导体衬底上形成为集成电路，其具有六个外部引线，显示为对输出26、回路22、以及输入21、23、24、和27的引线连接。
综上所述，明显地公开了新的设备和方法。在其它特征中，包括形成控制器，当控制信号增至超过门限值时，其保持输出电流为常量。
虽然以具体的优选实施方式描述了本发明的主旨，但显然，许多替换和变化对半导体领域的技术人员来说是很明显的。例如，虽然晶体管43显示为与自回路22的基准信号耦连，但应认识到，晶体管43可与具有比门限值小的值的任何基准电压耦连。另外，限制电路40可有其它的实施，只要限制电路在控制信号达到门限值之后阻止电流15增加。此外，为说明的清楚通篇使用了词语“连接(connected)”，然而，它与词语“耦连(coupled)”有相同的意思。因而，“连接(connected)”应解释为包括直接连接或间接连接。
权利要求
1.一种发光二级管控制电路，其包括输入，其设置成接收具有控制值的控制信号；和输出，其设置成形成驱动信号以响应于所述控制值来驱动发光二级管，其中，对于不大于门限值的控制值，所述驱动信号的驱动值与所述控制信号的所述控制值成比例，而对于大于所述门限值的所述控制信号的控制值，所述驱动信号的驱动值与所述门限值成比例。
2.如权利要求1所述的发光二级管控制电路，其进一步包括限制电路，所述限制电路设置成检测所述控制值达到所述门限值并响应地防止所述驱动信号的所述驱动值的增长。
3.如权利要求2所述的发光二级管控制电路，其中，所述限制电路包括放大器，所述放大器连接成比较所述控制信号与基准信号，以及对于比所述门限值大的所述控制信号的值，阻止所述控制信号的所述控制值的增长，所述放大器具有输出。
4.如权利要求3所述的发光二级管控制电路，其进一步包括电阻分压器，其连接成接收所述控制信号并形成代表所述控制信号的第一信号。
5.如权利要求3所述的发光二级管控制电路，其进一步包括晶体管，所述晶体管具有控制电极，其连接成接收所述放大器的所述输出并阻止所述控制信号超过所述门限值，所述晶体管具有第一和第二载流电极。
6.如权利要求1所述的发光二级管控制电路，其中所述发光二级管控制电路在半导体管芯上形成，其中所述输入和所述输出连接至所述半导体管芯上的端子。
7.一种形成发光二级管控制电路的方法，其包括设置所述发光二级管控制电路的输入以接收控制信号；和设置所述发光二级管控制电路以形成驱动信号，以便对于小于所述控制信号的门限值的所述控制信号的值，将通过发光二级管的电流控制到与所述控制信号成比例的值；而对于不小于所述门限值的所述控制信号的值，将所述电流控制到与所述门限值成比例的值。
8.如权利要求7所述的方法，其中，设置所述发光二级管控制电路以形成所述驱动信号包括设置限制电路，以对于不小于所述控制信号的所述门限值的控制信号值，阻止所述驱动信号的值的增加。
9.如权利要求8所述的方法，其中设置所述限制电路以阻止所述驱动信号的所述值的增加包括设置所述发光二级管控制电路以形成代表所述控制信号的第一信号，和设置所述限制电路以阻止所述第一信号增加以响应接收所述控制信号的所述门限值。
10.一种电流控制电路，其包括第一输入，其设置成接收控制信号；放大器，其具有第一输入、第二输入以及输出，所述第一输入连接成接收代表所述控制信号的第一信号，所述第二输入连接成接收第一基准信号；和晶体管，其具有第一载流电极、第二载流电极以及控制电极，所述第一载流电极连接成接收所述第一信号，所述第二载流电极连接到比所述第一基准信号小的第二基准信号，以及所述控制电极连接成接收所述放大器的所述输出。
11.如权利要求10所述的控制电路，其进一步包括设置成接收代表通过发光二级管的电流的感测信号的第二输入、和连接成接收所述第一信号的第二放大器、和连接成接收所述感测信号的第二输入、和连接成形成用于控制通过所述发光二级管的所述电流的驱动信号的输出。
全文摘要
发光二级管控制电路及其方法。在一个实施方式中，发光二级管控制电路设置成，对于小于控制信号的门限值的所述控制信号的值，控制通过发光二级管的电流以响应与所述控制信号成比例的值；而对于大于所述门限值的所述控制信号的值，将所述电流控制到与所述门限值成比例的值。
文档编号H05B33/02GK101052256SQ200710088448
公开日2007年10月10日 申请日期2007年3月27日 优先权日2006年4月7日
发明者阿兰·R·巴尔, 斯蒂芬·P·罗博 申请人:半导体元件工业有限责任公司