DE112010002532T5

DE112010002532T5 - Schaltkreistopologie zum Betreiben von hintereinander geschaltenen Hochspannungs-LED-Reihen

Info

Publication number: DE112010002532T5
Application number: DE112010002532T
Authority: DE
Inventors: James LoCascio
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Locascio James Mountain View Us; Locascio James Us; Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2012-10-18
Also published as: JP2012530358A; JP2016028396A; KR20120053986A; CN101925228B; JP6254989B2; CN201748245U; DE202010009118U1; US20100315572A1; WO2010147735A1; CN101925228A; US9860946B2

Abstract

Ein System zur Hintergrundbeleuchtung eines Displays verwendet einen offenen oder geschlossenen Regelkreis und kleine Komponenten, die sich für Hochfrequenzanwendungen gut eignen. Das System umfasst mehrere LED-Reihen, eine Hochspannungsquelle und einen Niederspannungsregler, der eine Polarität aufweist, die zu der der Hochspannungsquelle entgegengesetzt ist. Die Hochspannungsquelle und der Niederspannungsregler liefern unterschiedliche Spannungen über die LED-Reihen, um diese zu beleuchten. In einer Ausführungsform ist die Hochspannungsquelle etwa 200 VDC, und der Niederspannungsregler erzeugt Spannungen zwischen –2 VDC und –30 VDC. Zahlreiche Arten von Displays, etwa solche, wie sie bei LCD-Fernsehgeräten und LCD-Personalcomputern verwendet werden, können entsprechend der Erfindung mit Hintergrundbeleuchtung versehen werden.

Description

In Bezug genommene Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U. S. C. § 119(e) der gleichzeitig anhängigen provisorischen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 61/187,100, eingereicht am 15. Juni 2009 mit dem Titel „Circuit Topology for Driving High-Voltage LED Series Connected Strings” (Schaltkreistopologie zum Betreiben von hintereinander geschalteten Hochspannungs-LED-Reihen), die hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen ist.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Schaltkreise. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Hintergrundbeleuchtungen für Fernsehgeräte, Computer und andere Anzeigen.
Hintergrund der Erfindung
Die Hintergrundbeleuchtung eines Fernsehgeräts, Computers oder einer sonstigen Anzeige ermöglicht es einem Benutzer, die Anzeige in einer schwach beleuchteten Umgebung zu sehen. Bei manchen aktuellen Konfigurationen von Hintergrundbeleuchtungen werden Reihen von lichtemittierenden Dioden verwendet. 1 und 2 zeigen solche Konfigurationen nach dem Stand der Technik.
1 zeigt eine Hintergrundbeleuchtungsanordnung 100, die zwei LED-Reihen 101A und 101B umfasst, die über einen Transformator 150 mit Strom versorgt werden. Der Rest der Schaltung, die nachfolgend beschrieben wird, wird dazu verwendet, die LED-Reihen 101A und 101B ein- und auszuschalten, wodurch die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung kontrolliert wird. Im Allgemeinen umfasst eine Anzeige mehr als zwei LED-Reihen. 1 und 2 zeigen nur zwei LED-Reihen, lediglich zur Vereinfachung der Zeichnungen.
Im Betrieb wird die LED-Reihe 101A durch einen Strom beleuchtet, der durch sie hindurchfließt. Dieser Strom wird durch eine Spannungsdifferenz ΔV zwischen seinem Eingang und Ausgang festgelegt. Ein Transistor 105 wird dazu verwendet, die LED-Reihe 101A ein- und auszuschalten, und wenn der Transistor 105 eingeschaltet ist, ist die Spannung am unteren Ende der LED-Reihe 101A näherungsweise gleich groß wie die Spannung am oberen Ende des Widerstands 110. LED-Reihen haben die gleiche Helligkeit, wenn sie den gleichen Strom haben, wobei sich allerdings die Spannung über den Reihen von Reihe zu Reihe verändert. Der Regelkreis 120A regelt den Strom in der Reihe 101A, indem die Spannung am Erfassungswiderstand 110A überwacht wird und dann die Spannung am oberen Ende der Reihe 101A angepasst wird, bis sie sich auf dem korrekten Wert befindet, so dass sich die Reihe 101A an dem korrekten Strom befindet. In dem Beispiel nach 1 weist die Reihe 101A ein ΔV = (220 – V_A) VDC auf, während die Reihe 101B ein ΔV = (210 – V_B) VDC aufweist, wobei aber die Reihenströme gleich groß sind. Der Wert des Widerstands 110A bestimmt den Strom durch die und somit die volle Helligkeit der LED-Reihe 110A. Während eines einzelnen Zyklus gilt, dass je länger der Transistor 105A eingeschaltet ist, wobei ein Stromfluss durch die LED-Reihe 101A ermöglicht wird, desto heller die effektive Beleuchtung der LED-Reihe 101A ist. Als Beispiel führt ein Lastzyklus von 25% dazu, dass die LED-Reihe 101A zu 25% ihrer wahrgenommenen vollen Helligkeit beleuchtet ist. Ein Signaleingang mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) an den Transistor 105A steuert die Dauer des Stromflusses durch die LED-Reihe 101A und stellt dadurch ihre wahrgenommene Helligkeit ein.
Der Steuerschaltkreis 120A ist Teil einer Rückkopplungsschleife für einen Verstärkungsregler, der zur Steuerung der Beleuchtung der LED-Reihe 101A verwendet wird. Der Steuerschaltkreis 120A überwacht den Spannungsabfall am Erfassungswiderstand 110A und damit den Strom durch die LED-Reihe 101A. Der Steuerschaltkreis 120A ist Teil eines Verstärkungsreglers, der die erste Spannung durch Einstellen eines PWM-Lastzyklus am Gate des Transistors 125A regelt. Diese PWM-Frequenz am Transistor 125A ist unabhängig vorn PWM-Signal am Transistor 105A und weist typischerweise eine 1000 mal höhere Frequenz auf.
Um eine ausreichende Spannung sicherzustellen, ist die LED-Reihe 101A mit einem „Verstärkungsschaltkreis” gekoppelt, der einen Induktor 135A, einen Transistor 125A und eine Diode 130A umfasst, die gemeinsam die Spannung 115 VDC von der oberen Schiene einer Transformator-Sekundärseite verstärken, um 220 VDC zu erzeugen. Der Spannungsteiler 132A wird dazu verwendet, um den Ausgang des Verstärkungskonverters für den Fall eines Fehlerzustands wie etwa einer offenen LED-Reihe zu überwachen, die zu einem Überspannungszustand führen würde.
1 zeigt noch andere Komponenten auf einer nicht isolierten Seite des Transformators, der die Hintergrundbeleuchtungsanordnung 100 mit Strom versorgt, nämlich Komponenten wie etwa ein Brücken- und Leistungsfaktor-Korrekturelement 161, eine Steuerung 165 und einen Optokoppler 169. Da diese Komponenten untergeordnete Elemente für die Erfindung darstellen, werden sie hier nicht weiter erläutert.
2 zeigt eine Hintergrundbeleuchtungsanordnung 200, die sich geringfügig von der Anordnung 100 unterscheidet. Während bei der Anordnung 100 eine Anzahl von Verstärkungsschaltkreisen verwendet werden (beispielsweise die Elemente 125A, 130A und 135A, sowie die Elemente 125B, 130B und 135B), die jeweils eine getrennte LED-Reihe versorgen, wird bei der Konfiguration 200 ein einzelner Verstärkungsschaltkreis (Elemente 125, 130 und 135) verwendet, um sämtliche LED-Reihen mit Strom zu versorgen. Bei der Anordnung 200 wird die Spannung am unteren Ende der LED-Reihe 101A durch Einstellen der Spannung am Gate des Transistors 105A gesteuert.
Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist klar, dass typischerweise eine Anzahl von LED-Reihen verwendet werden, um eine Anzeige von hinten zu beleuchten. Als Beispiel kann eine LED-Reihe an jedem Rand der Anzeige angeordnet werden. Alternativ können zwei LED-Reihen entlang eines Rands einer Anzeige angeordnet werden, beispielsweise bei einer Anzeige mit breitem Bildschirm.
Die Anordnungen 100 und 200 weisen zahlreiche gleiche Komponenten auf. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf das gleiche Element. Die Figuren sind auch vereinfacht. Als Beispiel sind in 2 Punkte dargestellt, um darzustellen, dass manche Elemente wie beispielsweise zusätzliche LED-Reihen und eine Steuerung ähnlich dem Verstärker 115A nicht dargestellt sind.
Bei den Steuerungen 100 und 200 sind jeweils mehrere Nachteile vorhanden. Bei beiden werden Hochspannungs-Verstärkungsschaltkreise, Niederfrequenz-Induktoren und lineare Regler verwendet, Komponenten, die viel Wärme erzeugen, relativ kostenaufwendig sind und einen großen Teil einer gedruckten Leiterplatte einnehmen. Jegliche Fehlanpassungen zwischen den Dioden in den LED-Reihen führen zu Spannungsunterschieden über jede Stromquelle, was zur Erzeugung von noch mehr Wärme führt. Da hohe Spannungen verwendet werden, ist die Reglerbandbreite relativ begrenzt.
Da die Reglerschaltung zum Steuern des Stroms durch jede LED-Reihe mit dem Hochspannungseingang gekoppelt ist, besteht darüber hinaus bei den Komponenten die Notwendigkeit, dass sie widerstandsfähig gegen Hochspannungszustände sind. Herkömmliche Steuerungen für Schaltkreise zur Hintergrundbeleuchtung sind daher groß und teuer.
Zusammenfassung der Erfindung
In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Hintergrundbeleuchtungssystem eine Hochspannungsquelle mit einer Polarität am oberen Ende der LED-Reihen und einen Niederspannungsregler mit einer entgegengesetzten Polarität am unteren Ende der LED-Reihen. Die neuartige Verwendung eines Niederspannungsreglers ermöglicht die Verwendung von kleineren und weniger kostenaufwendigen Komponenten zur Steuerung des Stroms durch die und damit der Beleuchtung oder Helligkeit der LED-Reihen.
In einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Hintergrundbeleuchtung eine oder mehrere LED-Reihen, eine Hochspannungsquelle und einen Niederspannungsregler. Die Hochspannungsquelle und der Niederspannungsregler weisen entgegengesetzte Polaritäten auf und stellen Spannungsdifferenzen über die LED-Reihen hinweg bereit, um diese zu beleuchten.
In einer Ausführungsform umfasst das System zur Hintergrundbeleuchtung eine oder mehrere LED-Reihen, eine Hochspannungsquelle und eine Niederspannungssenke. Die Hochspannungsquelle und die Niederspannungssenke stellen Spannungsdifferenzen über die LED-Reihen hinweg bereit, um diese zu beleuchten. Die Niederspannungssenke weist eine positive Spannung auf und gibt Leistung zurück an das System ab, mit einer Niederspannungs-Verstärkertopologie, bei der das untere Ende der LED-Reihe als Eingang zum Verstärker und eine der Versorgungsspannungen des Systems wie etwa 12 V, als Ausgang verwendet werden.
In einer Ausführungsform sind die Hochspannungsquelle und der Niederspannungsregler an Eingänge und Ausgänge der LED-Reihen gekoppelt. Bevorzugt beträgt eine Spannung der Hochspannungsquelle das –5- bis –20-Fache einer Spannung der Niederspannungsquelle.
Das System beinhaltet auch eine oder mehrere Steuerungen und entsprechende Sample-and-Hold-Schaltkreise. Jede der Steuerungen steuert einen Strom durch eine der LED-Reihen.
Jeder der Sample-and-Hold-Schaltkreise koppelt die Stromerfassungsspannung von einer der LED-Reihen mit einer der Steuerungen.
Die LED-Reihen, die Hochspannungsquelle und die Niederspannungsregler bilden ein System mit offener Schleife. Vorzugsweise enthält das System auch einen Steuerblock, der gemeinsam mit der Niederspannungsquelle und der Hochspannungsquelle einen Teil einer adaptiven Regelschleife bildet, die die Hochspannungsquelle auf eine Höhe regelt, die alle Niederspannungsregler auf die niedrigst mögliche Spannung regelt.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein elektronisches Gerät eine Anzeige, die von einem System zur Hintergrundbeleuchtung von hinten beleuchtet ist. Das elektronische Gerät ist ein Fernsehgerät mit einer Flüssigkristallanzeige (LCD), ein Personalcomputer mit LCD, oder irgendein anderes Gerät, bei dem eine Anzeige mit Hintergrundbeleuchtung eingesetzt wird, Das System zur Hintergrundbeleuchtung umfasst eine oder mehrere LED-Reihen, eine Hochspannungsquelle und einen Niederspannungsregler. Die Hochspannungsquelle und der Niederspannungsregler weisen entgegengesetzte Polaritäten auf und stellen Spannungsdifferenzen über die LED-Reihen hinweg bereit, wodurch diese beleuchtet werden. Der Niederspannungsregler umfasst mehrere Steuerelemente, die jeweils den Ausgang von einer der LED-Reihen an eine niedrige Spannung koppeln.
In einer Ausführungsform beträgt ein absoluter Wert einer Spannung der Hochspannungsquelle zumindest 200 VDC, und ein absoluter Wert einer Spannung auf dem Niederspannungsregler liegt zwischen 10 VDC und 30 VDC.
In einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern der Helligkeit von mehreren LED-Reihen das Erfassen von Strömen durch die LED-Reihen, die durch Spannungsquellen mit entgegengesetzten Polaritäten erzeugt werden. Die Ströme werden eingestellt, um eine Helligkeit der LED-Reihen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten. Vorzugsweise wird die Helligkeit durch Einstellen der Lastzyklen der LED-Reihen eingestellt, während der Strom in den LED-Reihen konstant gehalten wird, wenn sie sich im Ein-Zustand eines PWM-Signals befinden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Konfiguration zur Hintergrundbeleuchtung nach dem Stand der Technik.
2 zeigt eine weitere Konfiguration zur Hintergrundbeleuchtung nach dem Stand der Technik.
3 zeigt eine Konfiguration zur Hintergrundbeleuchtung nach einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine Konfiguration zur Hintergrundbeleuchtung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine Konfiguration zur Hintergrundbeleuchtung nach noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei ein adaptiver Regelkreis verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung wird bei einer Konfiguration zur Hintergrundbeleuchtung eine Kombination einer Hochspannungsquelle mit einem Niederspannungsregler verwendet, um LED-Reihen richtig zu beleuchten. Die Ausführungsformen eignen sich am besten für LEDs, wie sie zur Beleuchtung von Computerdisplays, Displays von Fernsehgeräten mit Flüssigkristallanzeige und sonstigen Anzeigen bzw. Displays verwendet werden.
3 zeigt eine Konfiguration 300 zur Hintergrundbeleuchtung gemäß einer Ausführungsform. Die Konfiguration 300 umfasst LED-Reihen 301A und 301B, die eine nicht dargestellte Anzeige von hinten beleuchten. Die LED-Reihen 301A und 301B sind jeweils mit einer oberen Spannungsschiene 345 bei +200 VDC und einem mehrfachen Niederspannungsregler 350 bei einer variablen Spannung gekoppelt, wie nachfolgend erörtert wird. Der Niederspannungsregler 350 steuert die Beleuchtung der LED-Reihen 301A und 301B, wobei bevorzugt niedrige Spannungen verwendet werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass bei dem Regler 350 Niederspannungskomponenten verwendet werden.
Die Verwendung eines Niederspannungsreglers 350 führt zu mehreren Vorteilen. Zunächst einmal kann ein Niederspannungsregler bei höheren Frequenzen arbeiten, da Niederspannungsübergänge (low-voltage swings) kleiner sind als Hochspannungsübergänge (high-voltage swings). Dadurch werden die Schaltverluste eines Systems und die EMI, die es emittiert, begrenzt. Bei Systemen, die schnellere Schaltgeschwindigkeiten aufweisen, werden auch Transformatoren und Induktoren mit kleineren Kernen verwendet, Komponenten, die kostengünstiger und kleiner sind und die weniger Wärme erzeugen.
Obwohl die Anordnung 300 lediglich zwei LED-Reihen 301A und 301B zeigt, sei darauf verwiesen, dass bei Anzeigen im Allgemeinen mehr als zwei LED-Reihen vorhanden sind. Bei manchen Anzeigen werden sechs LED-Reihen verwendet, jeweils zwei an der Ober- und Unterseite der Anzeige, und eine an jeder Seite. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von LED-Reihen zur Hintergrundbeleuchtung eines Displays verwendet werden, die in einer beliebigen Anzahl von Weisen angeordnet sein können.
Der Niederspannungsregler 350 enthält mehrere Niederspannungselemente, die jeweils eine getrennte LED-Reihe steuern. Unter Bezugnahme auf 3 umfasst ein Niederspannungselement, das zur Steuerung der LED-Reihe 301A verwendet wird, einen Steuerschaltkreis 355A, zwei Transistoren 360A und 361A, einen Level-Shifter (Schaltung zur Levelumschaltung) 363A, einen Sample-and-Hold-Schaltkreis (Abtast- und Halteschaltkreis) 365A und einen Widerstand 367A. Um die nachfolgende Diskussion zu vereinfachen, wird lediglich das Niederspannungselement, das die LED-Reihe 301A steuert, diskutiert. Andere Niederspannungselemente arbeiten ähnlich. Weiterhin findet man viele der Komponenten, die in 3 dargestellt sind, in der Anordnung 100 zur Hintergrundbeleuchtung nach 1, wobei sie ähnlich bezeichnet sind. Diese gemeinsamen Komponenten werden hier nicht diskutiert.
Im Betrieb schaltet die Steuerung 355A den Transistor 360A ein, um den Induktor 362A zu aktivieren. Die Steuerung 355A schaltet dann den Transistor 360A aus, was dann ermöglicht, dass die Spannung des Induktors 362A negativ wird, wodurch der Transistor (Synchronisationsdiode) 361A eingeschaltet wird und der Kondensator 369A geladen wird. Die Gleichspannung am Kondensator 369A wird dann über den Transistor (Schalter) 370A und den Stromerfassungswiderstand 367A an die LED-Reihe 301A angelegt. Die Spannung am Widerstand 367A wird von der Steuerung 355A dazu verwendet, den Lastzyklus des Transistors 360A einzustellen und auf diese Weise die Spannung am Kondensator 369A zu variieren. Der Kondensator 369A erzeugt in einem Beispiel eine Spannung irgendwo zwischen –5 VDC und –30 VDC, je nachdem, welche Spannung benötigt wird, um die LED-Reihe 301A bei dem korrekten Strom effektiv zu beleuchten.
Die Steuerung 355A überwacht den Strom durch die LED-Reihe 301A, um diese auf dem korrekten Beleuchtungswert zu halten, indem der Spannungsabfall über dem Erfassungswiderstand 367A an der Basis der LED-Reihe 301A gemessen wird. Da die Spannung in bevorzugter Weise gepulst ist, um die wahrgenommene Helligkeit einzustellen, ist die Steuerung 355A mit dem Widerstand 367A gekoppelt, wobei ein Sample-and-Hold-Schaltkreis 365A verwendet wird, so dass er lediglich den Strom durch die LED-Reihe 301A erfasst, während die Schaltung 370A aktiv ist. Die Schaltung 370A, die die Basis der LED-Reihe 301A mit dem Widerstand 367A koppelt, ist mit einem Pulsweiten-Modulationssignal (PWM1) über eine Schaltung 363A zur Levelumschaltung gekoppelt. Da der Transistor 370A nicht auf dem gleichen Level wie seine logischen Eingangsschaltungen liegt, wird der Levelumschalter 363A dazu verwendet, die Spannung auf eine geeignete Höhe zu verschieben. Die Steuerung 355A überwacht den Strom in dem Widerstand 367A unter Verwendung einer Rückkopplungsschleife, um sicherzustellen, dass die Ströme in den LED-Reihen (beispielsweise 301A und 301B) gleich groß sind.
Die beispielhafte Steuerung 355A ist so programmiert, dass sie die vorstehend erläuterten Schritte ausführt, einschließlich der Überwachung des Stroms durch die LED-Reihe 301A und Synchronisierung des Beleuchtungslevels der LED-Reihe 301A mit den Beleuchtungsleveln der anderen LED-Reihen, beispielsweise 301B. In anderen Ausführungsformen wird die Steuerung 355A unter Verwendung eines von einem Prozessor lesbaren Mediums, das ausführbare Anweisungen enthält, programmiert, unter Verwendung von anwendungsspezifischer Schaltkreistechnik, unter Verwendung von Firmware, unter Verwendung einer beliebigen Kombination davon oder unter Verwendung von anderen Mitteln, die einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt sind.
Die Anordnung 300 hat mehrere Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik. Der Niederspannungsregler 350 verwendet keinerlei Hochspannungstransistoren. Beim Stand der Technik werden 400 V Verstärkungstransistoren und 400 V Dioden benötigt, bei der Anordnung 300 nicht.
Während 3 eine einzelne große positive (+200 VDC) Versorgungsspannung und mehrere kleine negative (–20 VDC) Spannungen in dem Niederspannungsregler 350 zeigt, sei darauf verwiesen, dass eine einzige große negative Versorgungsspannung mit mehreren kleinen positiven Spannungen in dem Niederspannungsregler 350 verwendet werden kann. In manchen Ausführungsformen ist die Versorgungsspannung ein Faktor von –5 bis –20 der Spannung am Niederspannungsregler 350.
Während 3 eine einzige große positive (+200 VDC) Versorgungsspannung und mehrere kleine negative (–20 VDC) Spannungen in dem Niederspannungsregler 350 zeigt, sei darauf verwiesen, dass eine einzige große positive Versorgungsspannung mit mehreren kleinen positiven Spannungssenken in dem Niederspannungsregler 350 verwendet werden kann. In manchen Ausführungsformen beträgt die hohe Versorgungsspannung einen Faktor von –5 bis –20 der Spannung am Niederspannungsregler 350. Die Niederspannungssenke kann einen Verstärkungsregler mit vertauschtem Eingang und Ausgang enthalten.
Bei manchen Ausführungsformen wird eine einzelne Hochspannungsversorgung und mehrere Niederspannungs-Buck-/invertierende Regler verwendet, um die Gesamtspannung der stromgeregelten Hochspannungs-LED-Reihen zu steuern. Die Ausführungsformen vermeiden die Notwendigkeit, den Hochspannungsbus mit geschlossenem Regelkreis zu regeln, und vermeiden die Notwendigkeit einer linearen Stromregelschleife. Da kleinere Induktoren und Ausgangskondensatoren verwendet werden, sind die bei Hochfrequenz und niedrigerer Spannung arbeitenden DC/DC-Wandler kleiner und kostengünstiger.
In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen ist eine Konfiguration zur Hintergrundbeleuchtung in der Lage, sich an eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Versorgungsspannungen anzupassen. 4 zeigt ein High-Level-Diagramm einer Anordnung 400 zur Hintergrundbeleuchtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform, wobei ein adaptives System verwendet wird. Die Konfiguration 400 enthält eine obere Schiene 405 einer Spannungsversorgung, die mit mehreren LED-Reihen 101A, 101B und 101F gekoppelt ist, und einen Hochspannungswandler 401, die alle mit einem Niederspannungsregler 450 gekoppelt sind, wie etwa dem Niederspannungsregler 350 nach 3. Jede der LED-Reihen 101A, 101B und 101F ist mit einem entsprechenden Niederspannungselement 451A, 451B und 451F gekoppelt.
Die obere Schiene 405, der Niederspannungsregler 450 und der Hochspannungswandler 401 bilden eine „adaptive Schleife”. Die Niederspannungselemente 451A, 451B und 451F sind durch Drähte in Kaskadenanordnung in Reihe geschaltet. Jedes der Niederspannungselemente 451A, 451B und 451F überträgt seine Spannung auf die Drähte in Kaskadenanordnung, so dass die kleinste Spannung an den Hochspannungswandler 401 übertragen wird. Der Hochspannungswandler 401 verwendet diese kleinste Spannung dazu, um die Spannung an der oberen Schiene 405 zu bestimmen. Als Beispiel bestimmt der Hochspannungswandler 401 die Quellenspannung, die eine ausreichende Beleuchtung an sämtlichen LED-Reihen 101A, 101B und 101F gewährleistet. Auf diese Weise sind die LED-Reihen 101A, 101B und 101F mit der richtigen Helligkeit beleuchtet, unabhängig von der Spannung aus der ursprünglichen Spannungsquelle.
5 zeigt eine Anordnung 500 zur Hintergrundbeleuchtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform, wobei eine adaptive Schleife verwendet wird, wie sie vorstehend in Zusammenhang mit 4 diskutiert worden ist. Die Konfiguration 500 hat zahlreiche gleiche Komponenten wie die Anordnung 300, wobei sich gleiche Bezugszeichen wie in allen Figuren auf gleiche Komponenten beziehen.
In der Konfiguration 500 sind die Steuerungen 355A und 355B über die Leitung 510 miteinander, mit der Optosteuerung 169 und mit etwaigen anderen ähnlich arbeitenden Steuerungen (nicht dargestellt) in Kaskaden-Reihenschaltung gekoppelt. Die kleinste Spannung (Vx) an den Steuerungen (355A, 355B usw.) wird an die Optosteuerung 169 übertragen, die diese Spannung dazu verwendet, die Spannung an der oberen Schiene 345 auszuwählen, so dass dadurch die richtige Beleuchtung der LED-Reihen 301A und 301B gewährleistet ist.
In dieser Ausführungsform enthält die Konfiguration 500 mehrere Spannungsquellen, die nicht dargestellt sind, mit unterschiedlichen Spannungen zur wahlweisen Kopplung mit der oberen Schiene 345. In der Anordnung 500 ist eine 200 VDC Quelle selektiv mit der oberen Schiene 345 gekoppelt worden. In anderen Ausführungsformen, wenn eine unterschiedliche kleinste Spannung an die Optosteuerung 169 übertragen wird (beispielsweise Vy > Vx), wird eine andere der mehreren Spannungen selektiv mit der oberen Schiene 345 gekoppelt, um die LED-Reihen 301A und 301B mit der richtigen Helligkeit zu beleuchten.
Ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet wird andere Möglichkeiten erkennen, um eine adaptive Schleife in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung auszubilden.
Im Betrieb werden LED-Reihen zur Hintergrundbeleuchtung durch die Erzeugung von Spannungsdifferenzen über diese hinweg beleuchtet. Die Differenzen werden durch eine hohe Spannung über ihre Eingänge und geregelte niedrige Spannungen über ihre Ausgänge erzeugt. Die hohe Spannung und die niedrigen Spannungen weisen entgegengesetzte Polaritäten auf. In vorteilhafter Weise beinhalten die Schaltkreise für die Hintergrundbeleuchtung kleine Komponenten, die relativ kostengünstig sind und bei hohen Frequenzen arbeiten können.
Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist klar, dass andere Modifikationen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen, die in den angefügten Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

System zur Hintergrundbeleuchtung, umfassend: eine oder mehrere LED-Reihen; eine Hochspannungsquelle; und einen oder mehrere Niederspannungsregler, die eine entgegengesetzte Polarität zu der der Hochspannungsquelle aufweisen, wobei die Hochspannungsquelle und der mindestens eine Niederspannungsregler Spannungsdifferenzen über die eine oder mehreren LED-Reihen hinweg bereitstellen, um die eine oder mehreren LED-Reihen dadurch zu beleuchten.
System zu Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Niederspannungsregler programmiert ist, um periodisch Ausgänge der einen oder mehreren LED-Reihen mit niedrigen Spannungen zu koppeln.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung der Hochspannungsquelle einen Faktor von –5 bis –20 einer Spannung der niedrigen Spannungen beträgt.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine oder mehrere Steuerungen, die jeweils einen Strom durch eine der einen oder mehreren LED-Reihen steuert.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 4, weiter umfassend einen oder mehrere Sample-and-Hold-Schaltkreise (Abtast- und Halteschaltkreise), die jeweils einen Ausgang von einer der einen oder mehreren LED-Reihen mit einer der mindestens einen Steuerung koppeln.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren LED-Reihen, die Hochspannungsquelle und der eine oder die mehreren Niederspannungsregler ein System mit offenem Regelkreis bilden.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Verstärkungswandler, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungswandler, der eine oder die mehreren Niederspannungsregler und die Hochspannungsquelle einen adaptiven Regelkreis bilden.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Niederspannungsregler und die Hochspannungsquelle einen adaptiven Regelkreis bilden, um die Spannung an dem einen oder den mehreren Niederspannungsreglern zu minimieren.
Elektronisches Gerät, umfassend: eine Anzeige; und ein System zur Hintergrundbeleuchtung, das angeordnet ist, um die Anzeige von hinten zu beleuchten, wobei das System zur Hintergrundbeleuchtung eine oder mehrere LED-Reihen umfasst, eine Hochspannungsquelle sowie einen Niederspannungsregler, der eine Polarität aufweist, die der der Hochspannungsquelle entgegengesetzt ist, wobei die Hochspannungsquelle und der Niederspannungsregler Spannungsdifferenzen über die eine oder mehreren LED-Reihen hinweg bereitstellen, um dadurch die eine oder mehren LED-Reihen zu beleuchten.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein absoluter Wert einer Spannung der Hochspannungsquelle zumindest 100 VDC beträgt und ein absoluter Wert einer Spannung an dem Niederspannungsregler zwischen 2 VDC und 30 VDC liegt.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren LED-Reihen, die Hochspannungsquelle und der Niederspannungsregler ein System mit offenem Regelkreis bilden.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Gerät ein Fernsehgerät mit Flüssigkristallanzeige (LCD) oder ein Personalcomputer mit LCD ist.
Verfahren zum Steuern der Helligkeit von mehreren LED-Reihen, umfassend: Erfassen von Strömen durch die LED-Reihen, die durch Spannungsquellen mit entgegengesetzten Polaritäten erzeugt werden; und Einstellen der Ströme, um eine Helligkeit der LED-Reihen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen der Ströme das Einstellen der Lastzyklen der Ströme umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein absoluter Wert von einer der Spannungsquellen zumindest 100 VDC beträgt, und ein absoluter Wert einer anderen der Spannungsquellen zwischen 2 VDC und 30 VDC beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren LED-Reihen zur Hintergrundbeleuchtung einer Anzeige eines elektronischen Geräts verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Gerät ein Fernsehgerät mit Flüssigkristallanzeige (LCD) oder ein Personalcomputer mit LCD ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren LED-Reihen und die Spannungsquellen einen offenen Regelkreis bilden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Spannungsquellen auf der Basis einer Spannung an einer anderen der Spannungsquellen angepasst wird, um die Helligkeit der mehreren LED's einzustellen.
System zur Hintergrundbeleuchtung, umfassend: einen oder mehrere Niederspannungsregler, die eine Polarität aufweisen, die entgegengesetzt zu der einer Hochspannungsquelle zur Stromversorgung von einer oder mehreren LED-Reihen ist, wobei der eine oder die mehreren Niederspannungsregler zum Steuern einer Niederspannungsquelle dienen, um Spannungsdifferenzen über die eine oder mehreren LED-Reihen hinweg bereitzustellen, um dadurch die eine oder mehreren LED-Reihen zu beleuchten.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Niederspannungsregler programmiert sind, um periodisch Ausgänge der einen oder mehreren LED-Reihen mit einer oder mehreren niedrigen Spannungen zu koppeln.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 20, weiter umfassend eine oder mehrere Steuerungen jeweils zum Aufrechterhalten eines Stroms durch eine der einen oder mehreren LED-Reihen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 22, weiter umfassend einen oder mehrere Sample-and-Hold-Schaltkreise (Abtast- und Halteschaltkreise), die jeweils einen Ausgang von einer der einen oder mehreren LED-Reihen mit einer der mindestens einen Steuerung koppeln.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung der Hochspannungsquelle ein Faktor von –5 bis –20 einer Spannung der Niederspannungsquelle ist.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren LED-Reihen und der eine oder die mehreren Niederspannungsregler zum Bilden eines Systems mit offenem Regelkreis mit der Hochspannungsquelle dienen.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 20, weiter umfassend einen Verstärkungswandler, wobei der Verstärkungswandler und der eine oder die mehreren Niederspannungsregler zum Bilden eines adaptiven Regelkreises mit der Hochspannungsquelle dienen.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Niederspannungsregler zum Bilden eines adaptiven Regelkreises mit der Hochspannungsquelle dienen, um Spannungen an dem einen oder den mehreren Niederspannungsreglern zu minimieren.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren LED-Reihen zur Hintergrundbeleuchtung einer Anzeige eines elektronischen Geräts dienen.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Gerät ein Fernsehgerät mit Flüssigkristallanzeige (LCD) oder ein Personalcomputer mit LCD ist.
System zur Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass jede der einen oder mehreren Steuerungen auch programmiert ist, um einen Kondensator über einen Induktor zu laden, um Spannungen an dem einen oder den mehreren Niederspannungsreglern zu erzeugen.
Stromregler, umfassend: einen Niederspannungsregler, der konfiguriert ist, um eine erste Spannung an oberen Segmenten von einer oder mehreren LED-Reihen zu überwachen und um eine zweite Spannung an untere Segmente der einen oder mehreren LED-Reihen abzugeben, wobei die ersten und zweiten Spannungen entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.
Stromregler nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsregler eine oder mehrere Regeleinheiten umfasst, die jeweils mit einer entsprechenden der einen oder mehreren LED-Reihen gekoppelt ist oder sind, wobei jede Steuereinheit programmiert ist, um einen Strom durch eine der einen oder mehreren LED-Reihen zu steuern.
Stromregler nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren Steuereinheiten ein Kondensator- und Induktorpaar aufweist und programmiert ist, um den Kondensator über den Induktor auf eine negative Spannung entsprechend einem vorbestimmten Lastzyklus zu laden.
Stromregler nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren Steuereinheiten weiterhin einen Erfassungswiderstand und eine Sample-and-Hold-Schaltung (Abtast- und Halteschaltung) zum Abtasten einer Spannung über dem Erfassungswiderstand umfasst, wobei der Erfassungswiderstand mit einem unteren Ende von einer der einen oder mehreren LED-Reihen gekoppelt ist.
System zur Hintergrundbeleuchtung für eine Anzeige, wobei das System eine Hochspannungsquelle aufweist, die mit einem ersten Ende von einer oder mehreren LED-Reihen gekoppelt ist, wobei das System umfasst: einen oder mehrere Niederspannungsregler, die eine Polarität aufweisen, die entgegengesetzt zu der der Hochspannungsquelle ist und mit einem zweiten Ende der einen oder mehreren LED-Reihen gekoppelt ist, wobei der eine oder die mehreren Niederspannungsregler gekoppelt sind, um eine Niederspannungsquelle zu steuern, um Spannungsdifferenzen über die eine oder mehreren LED-Reihen bereitzustellen.