专利名称：用于运行用于微镜片布置的多个led的电路布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行至少一个LED的电路布置，该电路布置具有带有第一和第二输入端接口的输入端，用于与直流电源电压耦合；带有第一和第二输出端接口的输出端，用于为至少一个LED提供输出电流；一个包括多个微镜片的微镜片布置；第一控制装置，其设计用于，在其输出端上为微镜片布置提供第一控制信号，其中，该第一控制信号被同步至第一脉冲频率；开关调节器，其输入端与第一和第二输入端接口耦合，而其输出端与第一和第二输出端接口耦合，其中，该开关调节器包括开关；以及第二控制装置，其设计用于，在其输出端上为开关调节器的开关提供第二控制信号。此外，其涉及一种相应的用于运行至少一个LED的方法。
背景技术：
本发明特别研究了如在视频投影仪中出现的一种问题，其将LED用作光源并将微镜器用作成像元件。微镜器是一种微型机械组件，其借助于单独活动的镜片，可以被用于针对性的光线转向。借助于矩阵状的布置，微镜器可以这样偏转强光源(当前指的是 LED)的光线，即投影一个图像。该工艺所用的名称是数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)和数字光处理(Digital Light Processing, DLP)。该微镜器通常由矩阵状布置的单个元件组成，其中，该单个微镜片由可翻折反射的、带有极小微米边棱长度的面组成。DMD芯片上的该微镜片具有例如约16μπι的边棱长度，并且因此小于人类头发宽度的五分之一。该运动由静电磁场的力的作用触发。每个微镜片都可以单独调节其角度，并且通常具有两个稳定终态，一秒钟之内，可以在其之间切换最高5000次。XGA图像分辨率为10 X 768像素的DMD芯片包含786. 432个微小镜片的布置。 其间可以得到分辨率最高为2048 X 1080像素的DMD芯片。通过镜片的二进制脉宽调制控制系统，产生单个像点的不同亮度级。为了描述例如32 ( = 25)个亮度级，需要五个状态。其通过DMD的接通持续时间相互区分，即接通多长时间。在第一状态(位元0)下，该镜片接通或者关断(1或者0)尽可能最短的时间。在下一状态(位元1)下，该时间加倍并以此类推。一个循环的总时间因此在5位元时合计为 496 μ S。为了产生有颜色的像点，对于以LED作为光源进行工作的视频投影仪，通常使用三个LED，即一个发射红色光的LED、一个发射绿色光的LED和一个发射蓝色光的LED。对于简单技术方案来说，帧频(Frame Rate)位于60Hz，并且因此，用于运行三个 LED的频率为3*60Hz，即180Hz。为了避免彩虹效应，会多重显示每个图像。现在普遍的是每帧16、18或者20半帧。由此产生960、1080或者1200Hz的LED接通/关断频率。对于每三分之一接通时间来说，脉冲长度、即每个LED的接通时间因此为约277μ s到347μ S。因为参与的图像处理算法的前提是在整个相应脉冲长度中有恒定的光线振幅，所以约10μ s 的起振过程的影响已经为负。
因为灯将电流与大约100 μ s的时间常数整合在一起，所以使用灯作为光源时，会出现少量电流波动，而使用LED作为光源时，会出现的问题是，即LED发出的光线实际上无延迟地跟随驱动电流。如果驱动电流包含AC分量、即所谓的纹波电流，则其会导致本身或者为其应同样亮度的像点实际上显示不同亮度。LED电流的交流分量被称为纹波电流，其叠加LED电流的直流分量。对于带有较大亮度的点来说，人眼的整合能力整合了 LED电流的平均值波动，并且其因此不具意义，而要显示的像点的亮度越低，则该问题越严重。通过只能短暂接通像点，人眼的这种整合能力在此没有用处。眼睛确定亮度波动。因此，相应的LED不会始终接通，反而只会在需要相应颜色用于显示相应像点时接通。因此，如上所述，该起振行为只对相应颜色有意义。对于从第一水平到第二水平的过渡，因此短暂的时间间隔符合预期，其中，由于上文提及的问题，在该时间间隔内的电流应具有尽可能低的AC分量，即必须尽快并且在无值得一提的过冲的情况下达到目标值。已知的是，将线性调节器或者未同步的开关调节器用作用于视频投影仪的LED的驱动器，其带有用作成像元件的DMD。其中，线性调节器的优点是短暂的上升时间以及可以忽略的纹波电流、即AC分量。然而，考虑到此类驱动器的输出电压为约7V，其中，LED通常具有3至5V的正向电压，因此，对于典型的约30A的LED电流来说，会在线性调节器的开关中转换成相当大的损耗功率。这一方面需要投入大的冷却措施，另一方面这导致低效率。对于未同步的开关调节器来说，电流特性曲线基本上是三角形的，其具有的优点是高效率，这是因为开关调节器的开关或者接通，或者关断，并且因此不会位于半导状态， 如在线性调节器的情况下那样。当然，在上升时间和纹波电流、即AC分量之间，始终需要折衷。短暂的上升时间意味着相对高的纹波电流，低纹波电流意味着长上升时间。由于高纹波电流而产生的缺点已经在上文详细阐述。因此，总而言之，不仅使用线性调节器，还有使用未同步的开关调节器，都还有改进空间。
发明内容
本发明的目的因此在于，这样改进这种类型的电路布置和这种类型的方法，即在高效率、实际要显示相同亮度的点有尽可能低的亮度波动的情况下以及在尽可能短的上升时间的情况下，实现至少一个LED的运行。该目的根据本发明这样实现，即第二控制信号被同步至第二脉冲频率f。12，其中下列公式有效fcl2 = n*f。n，其中 η e I (整数)，其中fell表示第一脉冲频率。通过开关调节器以与微镜片布置相同或者几倍于其的频率工作，LED电流中的纹波电流分量不再重要。在微镜片布置的一个节拍中，LED电流的平均值不取决于纹波电流， 因为纹波电流在所有条件下都被取平均值。通过该同步，一方面保留未同步开关调节器的已知的优点，另一方面，该开关调节器现在对于暗的像点来说也会提供恒定的亮度；可以优化上升时间。对于特别投入少的实现方式，选择与第一脉冲频率f。n相同的第二脉冲频率f。12。对于一种实现方式，第二脉冲频率η倍于第一脉冲频率(f。12 = n*f。n)，其中η e I 以及η > 2，其提供的优点是，电路布置的电感和电容可以设计得较小。不建议选择过高的第二脉冲频率，这是因为这样的话，开关损耗会超过低电感和电容的优点。在一个优选的实施方式中，第一脉冲频率fell在50到200kHz之间。如果输出电流包括由纹波电流叠加的额定电流，则在根据本发明的电路布置的一个优选实施例中这样设计开关调节器，即纹波电流至少是30%的额定电流，优选地至少是 40%的额定电流，以及更优选地至少是50%的额定电流。其结果为极短的上升时间并由此导致特别高的图像质量。如果开关调节器包括电感，则优选这样选择电感和第二脉冲频率，即在断开过程后，输出电流的上升具有一个小于等于10μ s的时间常数。对于由现有技术公开的未同步开关调节器来说，不可能在没有图像质量明显损失的情况下实现此类尺寸。其它有利的实施方式由从属权利要求中得出。只要是可应用的，针对根据本发明的电路布置提出的优选实施方式以及其优点就相应地适用于根据本发明的方法。
现在在下文中根据随附的附图，进一步说明根据本发明的电路布置的一个实施例。图中示出图1在示意图中示出用于实现三个不同亮度级的微镜片的控制；图2示出光通量的时间曲线走向，针对用于线性调节器的DMD节拍(l/f。n) (a)， 带有强滤波的未同步开关调节器(b)，带有弱滤波的未同步开关调节器(c)，带有强滤波的同步开关调节器(d)，以及带有弱滤波的同步开关调节器(e)；以及图3在示意图中示出根据本发明的电路布置的一个实施例。
具体实施例方式图1在示意图中示出在单个芯片布置的情况下，用于产生带有不同亮度级的像点的微镜片控制的时间曲线走向。在图1的上部图示中，为了产生带有100%亮度的像点，微镜片相应地既在红段，也在绿段和蓝段，分别在整个间隔内接通。对于60Hz的图像重复比率来说，其中，三个颜色中每一个的间隔都是5. 56ms。参见图1的中间图示，为了产生带有 50%亮度的像点，相应地只在一半的持续时间内控制每个颜色段中的微镜片，当前也就分别是2. 78ms。最暗的亮度级在8位元系统中是3. 9%。，根据图1的下部图示其这样产生， 即每个颜色段中的微镜片只接通21. 7μ s的时间。如果LED电流的振幅整合地通过DMD 节拍，在控制不同的像点时，变化至相同的低亮度级，则相应的像点实际上显示为不同的亮度-而不像期望地一样显示为相同的亮度_。图2示出所产生的用于五个不同模块的光通量，该模块位于电路布置内，用作至少一个LED的驱动器。根据图加使用线性调节器，其中产生理想的光通量。一个时间段 (DMD节拍)内的平均光通量ML与长期的平均值LM相等。图2b示出在使用带有强滤波的未同步开关调节器时的时间曲线走向。容易识别的是当前光通量AL的三角形曲线走向。一个时间段内的平均光通量ML与长期的平均值LM不相等。对于图2c的图示，使用了带有弱滤波的未同步开关调节器。在此，一个时间段内的平均光通量ML与长期平均值LM不相等， 其中，对于根据图2b的带有强滤波的未同步开关来说，该偏差更大。图2b和2c示出，对于未同步开关调节器来说，一个时间段内的平均光通量ML有波动。与理想值的偏差取决于输出电流的滤波。对于图2d和图加的图示，使用了根据本发明的开关调节器，即一种开关调节器， 其中该开关调节器的脉冲频率被同步至DMD节拍的脉冲频率。图2d首先示出强滤波时的时间曲线走向，图加示出弱滤波时的情况。其示出不取决于滤波度，一个时间段内的平均光通量ML与长期平均值LM相等。图3在示意图中示出根据本发明的电路布置的一个实施例。其在输入侧通过直流电源电压Ue供电，该电压连接在第一输入端接口 El和第二输入端接口 E2之间。为了稳定该电压设有电容器Cl。在其上连接有用10标记的开关调节器，其当前包括开关Si，优选地设计为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET) ；二极管Dl ；以及线圈Ll ；和可选地包括电容器C2。该电路布置具有带有第一输出端接口 Al和第二输出端接口 A2的输出端，在其上为耦合在输出端接口之间的至少一个LED提供输出电流IA。该输出电流Ia包括额定电流 IN，其由纹波电流Ik叠加。该电路布置还包括微镜片布置12。控制装置16在其输出端上为该微镜片布置12提供控制信号&，其中该控制信号&被同步至第一脉冲频率f。llt)此外， 该控制装置16与控制装置18耦合，其在其输出端上为开关调节器10的开关Sl提供控制信号Sb。根据本发明，该控制信号&被同步至脉冲频率f。12，其中，下列公式有效fcl2 = n*f。n，其中 η e I (整数)。
权利要求
1.一种用于运行至少一个LED的电路布置，所述电路布置具有-带有第一输入端接口(El)和第二输入端接口(E》的输入端，用于与直流电源电压 (Ug)耦合；-带有第一输出端接口(α )和第二输出端接口 m的输出端，用于为所述至少一个 LED提供输出电流(Ia)；-一个包括多个微镜片的微镜片布置(12)；-第一控制装置(16)，所述第一控制装置设计用于，在其输出端上为所述微镜片布置 (12)提供第一控制信号(Sa)，其中，所述第一控制信号(Sa)被同步至第一脉冲频率(f。n)； -开关调节器(10)，其输入端与所述第一输入端接口(El)和所述第二输入端接口(E2) 耦合，而其输出端与所述第一输出端接口(α )和所述第二输出端接口 m耦合，其中，所述开关调节器(10)包括开关(Si)；以及-第二控制装置(18)，所述第二控制装置设计用于，在其输出端上为所述开关调节器 (10)的所述开关(Si)提供第二控制信号(Sb)；其特征在于，所述第二控制信号(Sb)被同步至第二脉冲频率(f。12)，其中，下列公式有效fci2 = n*fcll，其中 η e I。
2.根据权利要求1所述的电路布置， 其特征在于，下列公式有效f = f 、12iCll0
3.根据权利要求1所述的电路布置， 其特征在于，下列公式有效fcl2 = ηΦ ^，其中 η e I 和 η 彡 2。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置， 其特征在于，所述第一脉冲频率(f。n)在50到200kHz之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置， 其特征在于，所述输出电流(Ia)包括由纹波电流(Ik)叠加的额定电流(In)，其中这样设计所述开关调节器(10)，即所述纹波电流(Ik)至少是30%的所述额定电流(In)，优选地至少是40%的所述额定电流(In)，以及更优选地至少是50%的所述额定电流(In)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置， 其特征在于，所述开关调节器(10)包括至少一个电感(Li)，其中这样选择所述电感(Li)和所述第二脉冲频率(f。12)，即在断开过程后，所述输出电流(Ia)的上升具有一个小于等于IOys的时间常数。
7.一种用于在电路布置上运行至少一个LED的方法，所述电路布置具有带有第一输入端接口(El)和第二输入端接口(E》的输入端，用于与直流电源电压(Ue)耦合；带有第一输出端接口(Al)和第二输出端接口他的输出端，用于为所述至少一个LED提供输出电流(Ia)；—个包括多个微镜片的微镜片布置(1 ；第一控制装置(16)，所述第一控制装置设计用于，在其输出端上为所述微镜片布置(1 提供第一控制信号(Sa)，其中，所述第一控制信号(Sa)被同步至第一脉冲频率(f。n)；开关调节器(10)，其输入端与所述第一输入端接口(El)和所述第二输入端接口(E》耦合，而其输出端与所述第一输出端接口(Al)和所述第二输出端接口 m耦合，其中，所述开关调节器(10)包括开关(Si)；以及第二控制装置(18)，所述第二控制装置设计用于，在其输出端上为所述开关调节器(10)的所述开关 (Si)提供第二控制信号( ； 其特征在于下列步骤将所述第二控制信号( )同步至第二脉冲频率(f。12)，其中，下列公式有效 fci2 = n*fcll，其中 η e I。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行至少一个LED的电路布置，该电路布置具有带有第一输入端接口(E1)和第二输入端接口(E2)的输入端，用于与直流电源电压(UG)耦合；带有第一输出端接口(A1)和第二输出端接口(A2)的输出端，用于为至少一个LED提供输出电流(IA)；一个包括多个微镜片的微镜片布置(12)；第一控制装置(16)，其设计用于，在其输出端上为微镜片布置(12)提供第一控制信号(Sa)，其中，第一控制信号(Sa)被同步至第一脉冲频率(fc11)；开关调节器(10)，其输入端与第一输入端接口(E1)和第二输入端接口(E2)耦合，而其输出端与第一输出端接口(A1)和第二输出端接口(A2)耦合，其中，开关调节器(10)包括开关(S1)；以及第二控制装置(18)，其设计用于，在其输出端上为开关调节器(10)的开关(S1)提供第二控制信号(Sb)；其中第二控制信号(Sb)被同步至第二脉冲频率(fc12)，其中，下列公式有效fc12＝n*fc11，其中n∈I。此外，本发明涉及一种相应的用于运行至少一个LED的方法。
文档编号H05B33/08GK102484915SQ201080036128
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月23日 优先权日2009年8月14日
发明者约瑟夫·奥斯特里德 申请人:欧司朗股份有限公司