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CN103563484B - Led发光的亮度控制 - Google Patents

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CN103563484B CN201280014571.XA CN201280014571A CN103563484B CN 103563484 B CN103563484 B CN 103563484B CN 201280014571 A CN201280014571 A CN 201280014571A CN 103563484 B CN103563484 B CN 103563484B
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Abstract

一种基于发光二极管(LED)的照明的驱动装置，包括：比较电路，配置成将至少一个基于LED的光源在目标发光时间上的目标电流的积分与至少一个基于LED的光源在发光时间上的发光电流的积分进行比较，该比较电路被配置成输出比较信号；以及控制电路，其与比较电路通信并被配置成交替地：响应比较信号的第一状态使电流流过至少一个基于LED的光源；并响应比较信号的第二状态防止电流流过至少一个基于LED的光源，该第二状态不同于第一状态。

Description

LED发光的亮度控制
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年3月24日提交的题为“Brightness Control for LED Lighting(LED发光的亮度控制)”的美国临时专利申请S/N61/466,969的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
发明领域
本发明涉及固态发光的领域，尤其涉及一种配置，其中响应于表示要求的导通时间和亮度级两者的有效亮度信号与表示流过LED串的实际电流和电流流过LED串的实际时间量两者的信号的比较，控制LED串的导通时间。
发明背景
发光二极管(LED)，尤其是高强度和中等强度的LED串正迅速地广泛用于发光应用。具有总体高辉度的LED在许多应用下是有益的，包括基于液晶显示器(LCD)的监视器和电视机(在下文中统称为矩阵显示器)的背光以及一般发光应用。
在大型LCD矩阵显示器中和在大型固态发光应用(例如街道照明和信号灯)下，通常LED被提供在多个串联LED串中，至少部分地使得在一个串出故障的情况下仍然输出至少一些灯。每个LED串的构成LED共享共同的电流。
提供高辉度的LED表现出以Vf表示的前向电压降范围，且其辉度主要因变于电流。例如，适用于便携式计算机(例如笔记本计算机)的背光应用的一个LED制造者指出特别高辉度的白光LED的Vf在20mA和25℃的LED结温度下从2.95伏至3.65伏，由此表现出大于±10%的Vf变化。此外，LED的辉度因变于结温度和使用年限，通常因增加的温度和增加的使用年限因变于电流表现出降低的辉度。为了给具有沿对角线测得的至少25cm的LCD矩阵显示器的便携式计算机提供背光照明，至少需要20个LED，并通常需要超过40个LED。为了提供街道照明，在某些应用下需要超过100个LED。
为了提供平衡的总辉度，控制各LED串的电流使之大致相等是重要的。在一个实施例中，对每个LED串提供电源，并在闭环中控制电源的电压以确保电源的电压输出与LED串的电压降一致，然而每个LED串的电源需求是相当昂贵的。
在另一实施例中，如2007年8月23日出版的Korcharz等人的题为“VoltageControlled Backlight Driver(受电压控制的背光驱动器)”美国专利申请公开US2007/0195025(其全部内容通过引用结合于此)中描述的那样，这是通过与每个LED串串联设置的受控制耗能元件来达成的。在另一实施例中，需要被分级，其中LED基于其电气和光学特性被归类或分级。因此，根据现有技术，为了在共同电流下从单个电源操作多个LED串，需要落在Vf的预定范围内的LED分级，或者平衡元件（例如前述专利申请中的耗能元件）被提供以使降低由不同Vf值造成的串之间的电压差，由此产生流过LED串中的每一个的相等电流。这些方案中的任一个都会增加成本和/或浪费能源。
LED串的调光经常是响应于经脉宽调制或以其它方式调制的调光信号执行的。为了节能，当传入的调光信号处于截止或无效状态时，可切断对各LED串供电的电源。遗憾的是，对于低占空比，启动电源所需的时间量可能比实际调光信号的有效部分的长度更长，由此需要复杂的控制电路，这同样增加了成本。
发明内容
因此，本发明的主要目的是克服现有技术的至少一些缺陷。这在某些实施例中通过一种装置来提供，在该装置中，响应于表示要求的导通时间和亮度级两者的有效亮度信号与表示流过LED串的实际电流和电流流过LED串的实际时间量的信号的比较，控制LED串的导通时间。
在一示例性实施例中，提供了基于LED的照明的驱动装置，该驱动装置包括：比较电路，被配置成将至少一个基于LED的光源在目标照明时间上的目标电流的积分与至少一个基于LED的光源在照明时间上的照明电流的积分进行比较，该比较电路被配置成输出比较信号；以及控制电路，其与比较电路通信并被配置成交替地：响应于比较信号的第一状态允许电流流过至少一个基于LED的光源；并响应于比较信号的第二状态防止电流流过至少一个基于LED的光源，该第二状态不同于第一状态。
在又一实施例中，驱动装置进一步包括平衡网络，其中至少一个基于LED的光源包括多个基于LED的光源，它们经由平衡网络连接以从公共电源并行地接收功率。在又一实施例中，共同的电源响应于控制电路的输出，其中响应于比较信号的第一状态允许电流流过至少一个基于LED的光源包括响应于比较信号的第一状态激活公共电源，而响应于比较信号的第二状态防止电流流过至少一个基于LED的光源包括响应于比较信号的第二状态去激活公共电源。
在又一实施例中，至少一个基于LED的光源包括多个基于LED的光源，它们连接以从公共电源并行地接收功率，该公共电源响应于控制电路的输出，其中响应于比较信号的第一状态允许电流流过至少一个基于LED的光源包括响应于比较信号的第一状态激活公共电源，而响应于比较信号的第二状态防止电流流过至少一个基于LED的光源包括响应于比较信号的第二状态去激活公共电源。
在又一实施例中，驱动装置包括与至少一个基于LED的光源中的每一个串联的特定受电气控制的开关，每个特定受电气控制的开关响应于控制电路的输出，其中响应于比较信号的第一状态允许电流流过至少一个基于LED的光源包括响应于控制电路输出的第一状态闭合与基于LED的光源串联的特定受电气控制的开关，而响应于比较信号的第二状态防止电流流过至少一个基于LED的光源包括与基于LED的光源串联的特定受电气控制的开关响应于比较信号的第二状态的断开状态。在又一实施例中，控制电路包括具有周期性输出的驱动信号发生器，其中允许电流流过至少一个基于LED的光源响应于比较信号的第一状态以及周期性输出。
在又一实施例中，比较电路包括：第一电流源，其被配置成提供表示目标电流的电流；第一电容器，其被配置成通过第一电流源充电；第二电流源，其被配置成提供表示照明电流的电流；第二电容器，其被配置成通过第二电流源充电；以及比较器，其被配置成将跨第一电容器的电压降与跨第二电容器的电压降进行比较，比较信号是比较器的输出的函数。在另一实施例中，比较电路包括：第一电流源，其被配置成提供表示目标电流的电流；第二源，其被配置成提供表示照明电流的电流；电容器，其被配置成通过第一电流源和第二电流源中的第一个充电并通过第一电流源和第二电流源中的第二个放电；以及比较器，其被配置成将跨电容器的电压降与基准电压比较，比较信号是比较器的输出的函数。在又一实施例中，比较电路与特定基于LED的光源相关联。
在一实施例中，启用一种照明方法，该方法包括：将至少一个光源在目标照明时间上的目标电流的积分与至少一个光源在照明时间上的照明电流的积分进行比较；交替地，响应于比较的第一状态允许电流流过至少一个光源，并响应于比较的第二状态防止电流流过至少一个光源，第二状态不同于第一状态。
在又一实施例中，至少一个光源包括多个光源，该方法还包括：平衡流过至少一个光源中的每一个的电流。在另一实施例中，响应于比较的第一状态允许电流流过至少一个光源包括激活公共电源，而响应于比较的第二状态防止电流流过至少一个光源包括去激活该公共电源。在另一实施例中，允许电流流过至少一个光源包括闭合与光源串联设置的受电气控制的开关，而防止电流流过至少一个光源包括断开与至少一个光源串联的特定受电气控制的开关。
在又一实施例中，该方法包括提供具有周期性输出的驱动信号发生器，其中允许电流流过至少一个光源响应于比较的第一状态以及周期性输出。在又一实施例中，该方法包括提供被配置成执行比较的比较电路，该比较电路被配置成输出比较信号，该比较电路包括：第一电流源，其被配置成提供表示目标电流的电流；第一电容器，其被配置成通过第一电流源充电；第二电流源，其被配置成提供表示照明电流的电流；第二电容器，其被配置成通过第二电流源充电；以及比较器，其被配置成将跨第一电容器的电压降与跨第二电容器的电压降进行比较，比较信号是比较器的输出的函数。在又一实施例中，该方法包括：提供被配置成执行比较的比较电路，该比较电路被配置成输出比较信号，该比较电路包括：第一电流源，其被配置成提供表示目标电流的电流；第二电流源，其被配置成提供表示照明电流的电流；电容器，其被配置成通过第一电流源和第二电流源中的第一个充电并通过第一电流源和第二电流源中的第二个放电；以及比较器，其被配置成将跨电容器的电压降与基准电压比较，比较信号是比较器的输出的函数。
在一个实施例中，用于照明的驱动装置被启用，该驱动装置包括：将至少光源在目标照明时间上的目标电流的积分与至少一个光源在照明时间上的照明电流的积分进行比较的装置，该用于比较的装置被配置成输出比较信号；响应于比较信号的第一状态允许电流流过至少一个光源的装置，以及响应于比较信号的第二状态防止电流流过至少一个光源的装置，第二状态不同于第一状态。
在又一实施例中，驱动装置进一步包括用于平衡的装置，其中至少一个光源包括多个光源，这些光源被配置成经由用于平衡的装置从共同的供电装置并行地接收功率。在又一实施例中，用于允许和防止的装置包括对共同的供电装置的控制输入，其中响应于比较信号的第一状态允许电流流过至少一个光源包括响应于比较信号的第一状态激活共同的供电装置，而响应于比较信号的第二状态防止电流流过至少光源包括响应于比较信号的第二状态去激活共同的供电装置。
在又一实施例中，至少一个光源包括多个光源，这些光源被配置成从共同的供电装置并行地接收功率，其中允许和防止的装置包括对共同的供电装置的控制输入，其中响应于比较信号的第一状态允许电流流过至少一个光源包括响应于比较信号的第一状态激活共同的供电装置，而响应于比较信号的第二状态防止电流流过至少光源包括响应于比较信号的第二状态去激活共同的供电装置。
根据以下附图和描述，本发明的附加特征和优点将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出如何实现本发明，现在将纯粹作为示例地参考在全文中类似的附图标记指示相应的元件或部分的附图。
现在详细地具体参考附图，要强调的是所示的细节只是作为示例并出于本发明的优选实施例的说明性讨论的目的，并且在提供被认为是对本发明原理和概念方面的最有用和容易理解的描述的过程中得以呈现。在这点上，并未试图详细地示出基本理解本发明所需以外的本发明的结构细节，结合附图的描述使得本发明的若干形式如何可在实践中具体化对本领域技术人员而言是显而易见的。在附图中：
图1A示出多个并联连接的LED串的驱动装置的实施例的高级示意图，该驱动装置包括由多个积分电容器构成的比较电路，其中电源响应于来自比较电路的输出信号交替地导通和断开。
图1B示出图1A的驱动装置的PWM控制信号、LED电流和功率控制信号的曲线图，其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度；
图2A示出多个并联连接的LED串的驱动装置的实施例的高级示意图，该驱动装置包括由单个积分电容器构成的比较电路，其中电源响应于来自比较电路的输出信号交替地导通和断开。
图2B示出图2A的驱动装置的PWM控制信号、LED电流和功率控制信号的曲线图，其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度。
图3示出多个并联连接的LED串的驱动装置的实施例的高级示意图，该驱动装置包括由一对低通滤波器构成的比较电路，其中电源响应于来自比较电路的输出信号交替地导通和断开。
图4A示出多个并联连接的LED串的驱动装置的实施例的高级示意图，该驱动装置包括对于每个LED串由单个积分电容器构成的比较电路，其中与各LED串串联的受电气控制的开关响应于来自相应比较电路的输出信号而切换，这些比较电路中的每一个接收各自的PWM输入控制信号；
图4B示出对于图4A的驱动装置中的LED串中的一个的PWM输入控制信号、单个积分电容器上的电压、时钟信号和受电气控制的开关切换信号的曲线图，其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度。
图5A示出多个并联连接的LED串的驱动装置的实施例的高级示意图，该驱动装置包括对于每个LED串由单个积分电容器构成的比较电路，其中与各LED串串联的受电气控制的开关响应于来自相应比较电路的输出信号而切换，这些比较电路接收共同的PWM输入控制信号；以及
图5B示出对于图5A的驱动装置中的LED串中的一个的PWM输入控制信号、单个积分电容器上的电压、时钟信号和受电气控制的开关切换信号的曲线图，其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度。
具体实施方式
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解本发明在其申请中不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的组件的构造细节、以及配置。本发明适用于其他实施例，或者以各种方式实践或执行。同样，应当理解本文中所采用的用语和术语是出于描述的目的，而不应当被视为是限制性的。
图1A示出多个并联连接的LED串20的驱动装置10的实施例的高级示意图，该驱动装置10包括：比较电路30；电源40；平衡网络50；控制电路60；差动放大器70；以及感测电阻器80。比较电路30包括：受电气控制的开关90；单触发电路（one shot circuitry）100；目标电流电路110；照明电流电路120；第一充电电流源130；第二充电电流源140；受电气控制的开关150；受电气控制的开关155；第一电容器160；第二电容器170以及比较器差动放大器180。目标电流电路110和照明电流电路120中的每一个包括：电流镜基准臂190；差动放大器200；受电气控制的开关210以及感测电阻器220。在一非限定实施例中，差动放大器70和差动放大器200中的每一个包括运算放大器。在一非限定实施例中，受电气控制的开关150、155和210中的每一个包括n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)。差动放大器70和差动放大器180各自优选地实现为比较器。
受电气控制的开关90的第一端连接至由IREF表示的基准电压，而受电气控制的开关90的控制输入连接至由PWM表示的经脉宽调制的信号。受电气控制的开关90的第二端连接至目标电流电路110的差动放大器200的非反相输入并连接至差动放大器70的非反相输入。每个差动放大器200的反相输入连接至相应受电气控制的开关210的源极以及相应感测电阻器220的第一端，而每个感测电阻器220的第二端连接至公共点。每个差动放大器200的输出连接至相应受电气控制的开关210的栅极，并且每个受电气控制的开关210的漏极连接至相应电流镜基准臂190的输出。每个电流镜基准臂190的输入连接至由VDD表示的供电电压。
第一充电电流源130和第二充电电流源140中的每一个的第一输入连接至供电电压VDD，而第一充电电流源130和第二充电电流源140中的每一个的控制输入连接至相应的电流镜基准臂190以形成相应的电流镜，从而使由第一充电电流源130和第二充电电流源140中的每一个输出的电流大致等于流过相应电流镜基准臂190的电流。
第一充电电流源130的输出连接至受电气控制的开关150的漏极，连接至第一电容器160的第一端以及比较器180的非反相输入。受电气控制的开关150的源极连接至第一电容器160的第二端并连接至公共点。第二充电电流源130的输出连接至受电气控制的开关155的漏极，连接至第二电容器170的第一端以及比较器180的反相输入。受电气控制的开关155的源极连接至第二电容器170的第二端并连接至公共点。受电气控制的开关150、155的栅极共同地连接至单触发电路100的输出。比较器180的输出构成控制电路60并连接至电源40的控制输入以及单触发电路100的输入，并被标示为信号ON/OFF（开/关）。电源40的输出连接至平衡网络50的输入，并且平衡网络50的多个输出中的每一个连接至特定LED串20的阳极端。多个LED串20的阴极端共同连接至感测电阻器80的第一端，连接至照明电流电路120的差动放大器200的非反相输入以及差动放大器70的反相输入。差动放大器70的输出连接至电源40的第二输入，而感测电阻器80的第二端连接至公共点。
图1B示出驱动装置10的某些信号的曲线图，具体地说：信号PWM；由ISNS表示的流过多个LED20的电流，如跨感测电阻器80的电压降表示的那样；以及信号ON/OFF（开/关），其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度。为清楚起见，下面结合图1B的曲线图对图1A的驱动装置10的操作进行描述。为了便于理解，在描述信号PWM时其有效状态是高状态而其无效状态是低状态，然而这无论如何不旨在构成限制。
在操作中，信号PWM表现出反映目标辉度的占空比。在信号PWM的高状态下，受电气控制的开关90闭合，由此将基准电压IREF连接至目标电流电路110的差动放大器200的非反相输入和连接至差动放大器70。目标电流电路110的差动放大器200配合相应的受电气控制的开关210，被配置成电流源，该电流源使某一值的电流(由I1表示)经过，以使跨相应感测电阻器80由电流I1形成的电压降等于目标电流电路110的差动放大器200的非反相输入处的电压。因此，当受电气控制的开关90闭合时，流过目标电流电路110的电流镜基准臂190的电流I1被设定为与值IREF成比例。从第一充电电流源130输出的电流与流过相应电流镜基准臂190的电流形成镜像，并被表示为电流I2。电流I2开始对第一电容器160充电并且跨第一电容器160的电压在比较器180的非反相输入处被接收。如下面进一步描述的那样，在比较器180的反相输入处的电位接近公共电位，并因此比较器180将控制电路60的输出信号ON/OFF设为正值以激活电源40。由此信号ON/OFF响应于信号PWM的正值被设为正值，并基本与之同期发生。在电源40的启动时间之后，电流开始流过经由平衡网络50与电源40的输出连接的多个LED串20，并如信号ISNS所示那样随时间增加。平衡网络50被配置成在多个LED串20的每一个中维持大致相等的电流。在一个实施例中，平衡网络50不被提供并且多个LED20直接连接于电源40的输出，这不会超出范围。在另一实施例中，平衡网络50由多个平衡变压器组成，每个平衡变压器的初级绕组与相应的LED串20串联，而其次级绕组连接于闭合的串联环路中。在又一实施例中，平衡网络50由多个阻抗构成，这些阻抗显著大于各LED串20之间的阻抗差。
ISNS在照明电流电路120的差动放大器200的非反相输入处被接收。照明电流电路120的差动放大器200配合相应受电气控制的开关210，被配置成电流源，该电流源使某一值的电流(由I3表示)经过，以使跨相应感测电阻器80由电流I3形成的电压降等于信号ISNS的值。从第二充电电流源140输出的电流与流过相应电流镜基准臂190的电流形成镜像，并被表示为电流I4。电流I4开始对第二电容器170充电并且跨第二电容器170的电压在比较器180的反相输入处被接收。
当信号PWM改变至低状态时，受电气控制的开关90断开，由此停止电流I1和I2的流动。跨第一电容器160的电压降因此反映了在目标照明时间(由信号PWM的工作循环表示)上目标电流(由信号IREF表示)的积分。电源40响应于控制电路的输出而有效，ISNS随时间上升，直到到达目标电流为止，即电压表示ISNS等于基准电压IREF为止，并通过电源40和差动放大器70的闭环操作保持相等。由于ISNS朝向目标电流IREF的逐渐逼近以及因此导致电流I4朝向电流I2的逐渐逼近，第二电容器170最初以比第一电容器160更慢的节奏被充电。因此，当受电气控制的开关90响应于信号PWM不再被断言而被断开时，跨第二电容器170的电压小于跨第一电容器160的电压，并且控制电路60将电源40维持在有效状态。
第二电容器170继续充电，直到跨第二电容器170的电压等于跨第一电容器160的电压为止。当跨第二电容器170的电压超出跨第一电容器160的电压时，比较器180对信号ON/OFF解除断言，并因此控制电路60使电源40去激活。跨第二电容器170的电压反映照明电流在照明时间上的积分，并由于跨第二电容器170的电压在对信号ON/OFF解除断言时等于跨第一电容器160的电压，因此实际照明电流ISNS在实际照明时间上的积分等于由IREF表示的目标电流在由信号PWM的有效部分表示的目标照明时间上的积分。因此，多个LED20取得由信号PWM的占空比反映的目标总辉度输出。
在通过对信号ON/OFF解除断言使电源40去激活的同时，控制电路60被配置成控制单触发电路100以闭合受电气控制的开关150、155达预定时间段，由此对第一电容器160和第二电容器170放电。当电源40被去激活时，由信号ISNS表示的流过LED串20的电流开始随时间减小，并且第二电容器170在单触发电路100的预定时间段之后再次充电，直到信号ISNS到达零为止。跨第二电容器170的电压代表辉度过剩，即大于总目标辉度的有效辉度，这将在信号PWM的下一周期内被补偿，该辉度过剩是因为跨第二电容器170的电压花费较少的时间到达跨第一电容器160的电压值。
控制电路在本文中被描述为直接通过比较器180的输出和电源40的控制输入之间的连接，并因此可以通过直接连接来实现，然而这无论如何不旨在构成限制。
图2A示出多个并联连接的LED串20的驱动装置300的实施例的高级示意图，包括：比较电路310；电源40；平衡网络50；控制电路60；差动放大器70；以及感测电阻器80。比较电路310包括：受电气控制的开关90；目标电流电路110；照明电流电路120；第一充电电流源130；第二充电电流源140；电容器320以及比较器180。目标电流电路110和照明电流电路120中的每一个包括：电流镜基准臂190；差动放大器200；受电气控制的开关210以及感测电阻器220。
受电气控制的开关90的第一端连接至由IREF表示的基准电压，而受电气控制的开关90的控制输入连接至由PWM表示的经脉宽调制的信号。受电气控制的开关90的第二端连接至目标电流电路110的差动放大器200的非反相输入并连接至差动放大器70的非反相输入。每个差动放大器200的反相输入连接至相应受电气控制的开关210的源极以及相应感测电阻器220的第一端，而每个感测电阻器220的第二端连接至公共点。每个差动放大器200的输出连接至相应受电气控制的开关210的栅极，并且每个受电气控制的开关210的漏极连接至相应电流镜基准臂190的输出。每个电流镜基准臂190的输入连接至由VDD表示的供电电压。
第一充电电流源130的第一输入连接至供电电压VDD。第一充电电流源130的输出连接至第二充电电流源140的第一输入，连接至电容器320的第一端以及比较器180的非反相输入。第二充电电流源140的输出以及电容器320的第二端连接至公共点。第一充电电流源130和第二充电电流源140中的每一个的控制输入连接至相应的电流镜基准臂190以形成电流镜，从而使由第一充电电流源130和第二充电电流源140中的每一个输出的电流大致等于流过相应电流镜基准臂190的电流。比较器180的反相输入连接至由电压VOFF表示的偏移电压。
比较器180的输出构成控制电路60并连接至电源40的第一输入，并标示为信号ON/OFF。电源40的输出连接至平衡网络50的输入，并且平衡网络50的多个输出中的每一个连接至特定LED串20的阳极端。多个LED串20的阴极端共同连接至感测电阻器80的第一端，连接至照明电流电路120的差动放大器200的非反相输入以及差动放大器70的反相输入。差动放大器70的输出连接至电源40的第二输入，而感测电阻器80的第二端连接至公共点。在一个实施例中，平衡网络50不被提供并且多个LED串20直接连接于电源40，这不会超出范围。在另一实施例中，平衡网络50由多个平衡变压器组成，每个平衡变压器的初级绕组与相应的LED串20串联，而其次级绕组连接于闭合的串联环路中。在又一实施例中，平衡网络50由多个阻抗构成，这些阻抗显著大于各LED串20之间的阻抗差。
图2B示出驱动装置300的某些信号的曲线图，具体地说：信号PWM；由ISNS表示的流过多个LED20的电流，如跨感测电阻器80的电压降表示的那样；以及信号ON/OFF，其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度。为清楚起见，下面结合图2B的曲线图对图2A的驱动装置300的操作进行描述。为了便于理解，在描述信号PWM时其有效状态是高状态而其无效状态是低状态，然而这无论如何不旨在构成限制。
驱动装置300的操作在所有方面类似于图1A的驱动装置10的操作，除了第一充电电流源130对电容器320充电而第二充电电流源140对电容器320放电外。响应于信号PWM的断言，电流I2将电容器320充电至高于电压VOFF的值，由此响应于比较器180的操作对信号ON/OFF作出断言，这启用了电源40。ISNS响应于电源40的启用而上升，由此使第二电流源140具有与信号ISNS成为镜像的值。第二电流源140从电容器130与第一电流源130的输出的结点汲取电流I4，由此降低电容器320的电荷增加速率。当受电气控制的开关90响应于信号PWM的解除断言而断开由此中止如前所述电流I2的流动时，跨电容器320的电压代表在电流I2乘以信号PWM被断言的时间量（即目标电流在目标照明时间上的积分）与电流I4响应于电源40的输出在时间上的积分（即实际照明电流在该照明时间上的积分）之间的差的总充电。
响应于信号ISNS，第二充电电流源140开始对电容器320放电。当跨电容器320的电压落在电压VOFF之下时，响应于比较器180，控制电路60对信号ON/OFF解除断言，由此去激活电源40。如前所述，信号ISNS随时间下落，由此电容器320继续放电并且跨电容器320的电压落到电压VOFF之下表示辉度过剩，这将在信号PWM的下一周期内被补偿。具体地说，在信号PWM的下一周期内，辉度过剩使跨电容器320的电压从低于电压VOFF的值开始，并因此对信号ON/OFF的断言将相对于信号PWM的断言被延迟，由此导致降低的实际照明。有利地，电容器320不需要在每个周期放电。
图3示出多个并联连接的LED串20的驱动装置400的高级示意图，包括：比较电路410；电源40；控制电路420，在一个非限定实施例中该控制电路420包括SR触发器；差动放大器70；以及感测电阻器80。比较电路410包括：受电气控制的开关90；单触发电路100；目标低通滤波器430；照明低通滤波器440；差动放大器180，其优选地被配置成比较器；以及受电气控制的开关470。目标低通滤波器430和照明低通滤波器440中的每一个包括：电阻器450；和电容器460。在一非限定实施例中，选择电阻器450和电容器460以使照明低通滤波器440的时间常数小于目标低通滤波器450的时间常数。在一实施例中，受电气控制的开关470包括NMOSFET。在一实施例中，差动放大器70被配置成比较器。
受电气控制的开关90的第一端连接至由IREF表示的基准电压，并连接至差动放大器70的非反相输入。受电气控制的开关90的控制输入连接至由信号PWM表示的经脉宽调制的信号或其它时间调制的信号。受电气控制的开关90的第二端连接至目标低通滤波器430的电阻器450的第一端，而目标低通滤波器430的电阻器450的第二端连接至目标低通滤波器430的电容器460的第一端，连接至受电气控制的开关470的漏极以及比较器180的反相输入。目标低通滤波器430的电容器460的第二端以及受电气控制的开关470的源极连接至公共点。比较器180的输出端连接至控制电路420的重置输入。控制电路420的置位输入连接至信号PWM而控制电路420的非反相输出连接至电源40的控制输入并连接至单触发电路100的输入。单触发电路100的输出连接至受电气控制的开关470的栅极。
多个LED串20的阳极端共同地连接至电源40的输出。多个LED串20的阴极端共同地连接至感测电阻器80的第一端，连接至照明低通滤波器440的电阻器450的第一端以及差动放大器70的反相输入。感测电阻器80的第二端连接至公共点。照明低通滤波器440的电阻器450的第二端连接至照明低通滤波器440的电容器460的第一端以及比较器180的非反相输入。照明低通滤波器440的电容器460的第二端连接至共同点，并且差动放大器70的输出连接至电源40的第二输入。在一个实施例中(未示出)，多个LED串20的阳极端共同地连接至如前面结合图1A、图2A描述的平衡网络，以确保相等的电流流过多个LED串20中的每一个。
在操作中，响应于信号PWM的有效状态，控制电路420被置位，由此启用电源40。电流因此开始流过多个LED20并且照明低通滤波器440的电容器460开始响应于跨感测电阻器80的电压降开始充电，由信号ISNS表示。另外，受电气控制的开关90闭合并且目标低通滤波器440的电容器460响应于基准电压IREF开始充电。如前面结合图1A的第一电容器160描述的那样，跨目标低通滤波器430的电容器460的电压代表目标电流在目标照明时间上的积分，由基准电压IREF表示，该目标照明时间由信号PWM的工作循环表示。具体地说，跨目标低通滤波器430的电容器460的电压等于基准电压IREF在信号PWM的工作循环上的平均。如前面结合图1A的第二电容器170描述的那样，跨照明低通滤波器440的电容器460的电压表示流过多个LED串20的实际电流在实际照明时间上的积分，如由信号ISNS表示的那样。具体地的说，跨照明低通滤波器440的电容器460的电压等于信号ISNS在时间上的积分。
当信号PWM被解除断言时，受电气控制的开关90断开，且目标低通滤波器430的电容器460停止充电。照明低通滤波器440的电容器460响应于信号ISNS继续充电，直到跨照明低通滤波器440的电容器460的电压大于跨目标低通滤波器430的电容器460的电压为止，由此使比较器180重置控制电路420，进而去激活电源40。另外，控制电路420激活单触发电路100，该单触发电路100闭合受电气控制的开关470，由此对目标低通滤波器430的电容器460放电。当信号ISNS降至低于跨照明低通滤波器440的电容器460的电荷值时，照明低通滤波器440的电容器460通过感测电阻器80向公共点放电。如前所述，差动放大器70被配置成响应于基准电压IREF将由电源40输出的电流控制在要求的电平。
图4A示出多个并联连接的LED串20的驱动架构500的实施例的高级示意图，其包括：电源40；多个比较电路510；多个受电气控制的开关520；多个感测电阻器530；以及多个控制电路540。每个比较电路510在所有方面类似于图2A的比较电路310，除了电容器320的第一端、第一充电电流源130的输出以及第二充电电流源140的输入连接至比较器180的反相输入，而比较器180的非反相输入连接至偏移电压VOFF。每个控制电路540包括时钟发生器550和SR触发器560。多个LED串20中的每一个关联于特定的比较电路510、特定的控制电路540、特定的受电气控制的开关520以及特定的感测电阻器530。在一实施例中，每个受电气控制的开关520包括NMOSFET。
每个受电气控制的开关90的控制输入连接至相应的PWM信号(被表示为PWM1……PWMK)，而每个受电气控制的开关90的第一端连接至相应的基准电压(被表示为IREF1……IREFK)。每个时钟发生器550的输出连接至相应SR触发器560的置位输入并被表示为CLK1……CLKK，为清楚起见仅示出CLK1。每个SR触发器560的重置输入连接至相应比较器180的输出。每个SR触发器560的非反相输出连接至相应受电气控制的开关520的栅极并被表示为DRIVE1……DRIVEK。每个受电气控制的开关520的漏极连接至各关联的LED串20的阴极端。每个受电气控制的开关520的源极连接至相应感测电阻器530的第一端以及相应比较电路510的照明电流电路120的差动放大器200的非反相输入，并且分别由信号ISNS1……ISNSK表示。每个感测电阻器530的第二端连接至公共点，并且多个LED串20的阳极端共同地连接至电源40的输出。
图4B示出与多个LED串20中的第一个关联的驱动架构500的各个信号的曲线图，具体包括：由VC1表示的跨电容器320的电压；信号DRIVE1；时钟信号CLK1以及信号PWM1，其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度。为了清楚起见，将参照图4B的曲线图对图4A的驱动装置500的操作进行描述，并进一步关联于多个LED串20中的第一个予以描述。为了便于理解，在描述时钟信号CLK1和信号PWM1时，每个信号的有效状态是高状态而其无效状态是低状态，然而这无论如何不旨在构成限制。
在操作中，电源40将电流提供给多个LED串20中的每一个。如前面结合图2A-2B描述的，电容器320响应于信号PWM的高状态被充电。在电容器320的充电期间，跨电容器320的电压增加至大于偏置电压VOFF，而比较器180的输出响应于此被设为低并且SR触发器560被重置。SR触发器560的置位输入受时钟发生器550控制。时钟信号CLK1的频率被配置成大于信号PWM1的频率，优选为信号PWM1频率的至少10倍。在时钟信号CLK1的有效状态下，SR触发器560被置位，由此经由信号DRIVE1闭合受电气控制的开关520并使电流流过受电气控制的开关520。如前所述，电流响应于表示流过感测电阻器530的电流的信号ISNS1由第二充电电流源140汲取，电压VC1表示特定LED串20的总目标辉度(具体地说是来自第一电流源130的电流(由IREF表示)在时间上的积分)与特定LED串20的总实际辉度(它表示信号ISNS在时间上的积分)之间的差。一旦电压VC1降至电压VOFF之下，即达到总目标辉度，SR触发器560被重置并且受电气控制的开关520由信号DRIVE1断开，由此停止电流从中流过，并将ISNS设为零。
每个LED串20具有横跨它的不同电压降，并且电源40被配置成对表现出最大的电压降的LED串20提供充分的电压供电。结果，具有较低电压降的LED串20，例如与信号DRIVE1关联的LED串20，可接收比由相应目标值IREF1表示地更高的电流，并且电压V1随后将在信号PWM1改变为解除断言状态并断开受电气控制的开关90之前降至电压VOFF之下。然而，增加的电流与辉度增加相关，因此电压VC1表示总辉度。具体地说，在这种情况下，电流流过与PWM1相关的LED串20将在信号PWM1被解除断言前停止，并且信号PWM1的继续断言导致电压VC1的增加。在时钟信号CLK1的下一个高状态，特别是响应于CLK1的上升沿，受电气控制的开关520闭合，由此更新从中流过的电流，直到电压VC1响应于信号ISNS降至电压VOFF为止。因此，每个受电气控制的开关520通过相应时钟发生器550被周期地导通从而允许电流流过，直到各电压VC1……VCK等于电压VOFF为止。在信号PWM的有效部分结束时电容器320上的任何残留差维持，直到下一个PWM有效部分为止，并在下一个PWM有效部分开始时作出补偿。
有利地，各LED串20由此以非浪费方式由受电气控制的开关520的操作的控制。
图5A示出多个并联连接的LED串20的驱动架构600的实施例的高级示意图。图5B示出驱动架构600的与多个LED串20中的第一个关联的各个信号的曲线图，具体包括：由VC1表示的跨电容器320的电压；信号DRIVE1；时钟信号CLK1以及信号PWM，其中x轴代表时间而y轴代表以任意单位表示的幅度。驱动架构600的配置和操作以及驱动架构600的信号的描述在所有方面类似于图4A的驱动结构500的配置和操作，除了为多个补偿电路510提供被表示为PWM的公用PWM信号以及被表示为IREF的公用基准电压以外。
应当理解，为了清楚起见，在单独实施例上下文中所述的本发明的特定特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见在单个实施例的上下文中所述的本发明的各个特征也可分别提供、或者以任何合适的子组合提供。
除非另外定义，否则在本文中所使用的技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解相同的含义。虽然类似于或等效于本文中所述的那些方法的方法可用于本发明的实践或测试中，但是在本文中描述了合适的方法。
本文中所提及的所有出版物、专利申请、专利、以及其他参考文献都通过引用其全文结合于此。在冲突的情况下，包括定义的专利说明书将占优。此外，材料、方法、以及示例只是说明性的，而不旨在进行限制。
本领域技术人员应当理解，本发明不限于在上文中已具体示出并描述的内容。相反，本发明的范围由所附权利要求书限定，并且包括在上文中所述的各个特征的组合和子组合两者、以及本领域技术人员在阅读上述描述之后可理解的且不在现有技术中的其变体和修改。

Claims (15)

1.一种用于基于发光二极管(LED)的照明的驱动装置，所述驱动装置包括：
比较电路，配置成将多个基于LED的光源在目标照明时间上的目标电流的积分与所述多个基于LED的光源在照明时间上的照明电流的积分进行比较，所述比较电路被配置成输出比较信号，所述多个基于LED的光源被配置成从公共电源并行地接收功率；以及
与所述比较电路通信的控制电路，所述公共电源响应于所述控制电路的输出，所述控制电路被配置成交替地：
响应于所述比较信号的第一状态允许电流流过所述多个基于LED的光源，其中所述允许包括激活所述公共电源；以及
响应于所述比较信号的第二状态防止电流流过所述多个基于LED的光源，所述第二状态不同于所述第一状态，其中所述防止包括去激活所述公共电源。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括平衡网络，其中所述多个基于LED的光源被连接以经由所述平衡网络从所述公共电源并行地接收功率。
3.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括与所述多个基于LED的光源中的每一个串联的受电气控制的开关，每个受电气控制的开关响应于所述控制电路的输出，其中所述响应于所述比较信号的第一状态允许电流流过所述多个基于LED的光源进一步包括响应于所述控制电路的所述输出的所述第一状态闭合与每个基于LED的光源串联的受电气控制的开关，而所述响应于所述比较信号的第二状态防止电流流过所述多个基于LED的光源进一步包括与每个基于LED的光源串联的受电气控制的开关响应于所述比较信号的所述第二状态的断开状态。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述控制电路包括具有周期性输出的驱动信号发生器，其中所述允许电流流过所述多个基于LED的光源响应于所述比较信号的所述第一状态以及所述周期性输出。
5.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述比较电路包括：
第一电流源，被配置成提供表示所述目标电流的电流；
第一电容器，被配置成由所述第一电流源充电；
第二电流源，被配置成提供表示所述照明电流的电流；
第二电容器，被配置成由所述第二电流源充电；
比较器，被配置成将跨所述第一电容器的电压降与跨所述第二电容器的电压降进行比较，所述比较信号是所述比较器的输出的函数。
6.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述比较电路包括：
第一电流源，被配置成提供表示所述目标电流的电流；
第二电流源，被配置成提供表示所述照明电流的电流；
电容器，被配置成由所述第一电流源和所述第二电流源中的第一个充电并由所述第一电流源和所述第二电流源中的第二个放电；以及
比较器，被配置成将跨所述电容器的电压降与基准电压进行比较，所述比较信号是所述比较器的输出的函数。
7.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述比较电路关联于所述多个基于LED的光源中的基于LED的光源。
8.一种照明方法，所述方法包括：
将多个光源中的至少一个光源的目标电流在目标照明时间上的积分与所述至少一个光源的照明电流在照明时间上的积分进行比较；
在响应于所述比较的第一状态允许电流流过所述多个光源以及响应于所述比较的第二状态防止电流流过所述多个光源之间交替地切换，所述第二状态不同于所述第一状态，
所述允许电流流过包括激活公共电源，所述公共电源被配置成对所述多个光源并行地提供功率，
所述防止电流流过包括去激活所述公共电源。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
平衡流过所述多个光源中的每一个的电流。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述允许电流流过所述多个光源进一步包括闭合与所述多个光源中的每一个串联设置的受电气控制的开关，而所述防止电流流过所述多个光源进一步包括断开与所述多个光源串联的每个受电气控制的开关。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括提供具有周期性输出的驱动信号发生器，其中所述允许电流流过所述至少一个光源响应于所述比较的所述第一状态以及所述周期性输出。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括提供被配置成执行所述比较的比较电路，所述比较电路被配置成输出比较信号，所述比较电路包括：
第一电流源，被配置成提供表示所述目标电流的电流；
第一电容器，被配置成由所述第一电流源充电；
第二电流源，被配置成提供表示所述照明电流的电流；
第二电容器，被配置成由所述第二电流源充电；以及
比较器，被配置成将跨所述第一电容器的电压降与跨所述第二电容器的电压降进行比较，所述比较信号是所述比较器的输出的函数。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
提供被配置成执行所述比较的比较电路，所述比较电路被配置成输出比较信号，所述比较电路包括：
第一电流源，被配置成提供表示所述目标电流的电流；
第二电流源，被配置成提供表示所述照明电流的电流；
电容器，被配置成由所述第一电流源和所述第二电流源中的第一个充电并由所述第一电流源和所述第二电流源中的第二个放电；以及
比较器，被配置成将跨所述电容器的电压降与基准电压进行比较，所述比较信号是所述比较器的输出的函数。
14.一种用于照明的驱动装置，所述驱动装置包括：
用于将至少一个光源在目标照明时间上的目标电流的积分与所述至少一个光源在照明时间上的照明电流的积分进行比较的装置，所述用于比较的装置被配置成输出比较信号；
用于响应于所述比较信号的第一状态允许电流流过所述至少一个光源的装置；
用于响应于所述比较信号的第二状态防止电流流过所述至少一个光源的装置，所述第二状态不同于所述第一状态；以及
用于平衡的装置，其中所述至少一个光源包括被配置成经由所述用于平衡的装置从公共供电装置并行地接收功率的多个光源。
15.如权利要求14所述的驱动装置，其特征在于，用于允许和防止的装置包括对所述公共供电装置的控制输入，其中所述响应于所述比较信号的第一状态允许电流流过所述至少一个光源包括响应于所述比较信号的所述第一状态激活所述公共供电装置，而所述响应于所述比较信号的第二状态防止电流流过所述至少一个光源包括响应于所述比较信号的所述第二状态去激活所述公共供电装置。
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