專利名稱：固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)和用于驅(qū)動發(fā)光半導(dǎo)體器件的驅(qū)動器集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)和用于驅(qū)動發(fā)光半導(dǎo)體器件的驅(qū)動器集成電路。
背景技術(shù)：
發(fā)光半導(dǎo)體器件在如今的發(fā)光系統(tǒng)中起著重要的作用。針對諸如發(fā)光二極管 (LED)的發(fā)光半導(dǎo)體器件的應(yīng)用包括通常的照明應(yīng)用、汽車應(yīng)用和消費(fèi)應(yīng)用。如今的技術(shù) 對于墻面插座提供了大約15% -20%的電源效率，計(jì)劃要將其增加到30%或更多。通常在 針對筆記本、監(jiān)控器或電視的液晶顯示器(LCD)背光應(yīng)用中使用的冷陰極熒光燈(CCFL)提 供大約15%的電源效率。大約30%的電源效率將發(fā)光二極管推到與針對通常的照明應(yīng)用 (如，家中、辦公室、工廠等)所使用的高頻管形燈(HF-TL)相同的級別。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于發(fā)光二極管的驅(qū)動配置的簡化框圖。電源PS在耦 合到發(fā)光二極管串LEDstr的電源線上提供電源電壓Vbus。LED驅(qū)動器LEDdr確定通過發(fā) 光二極管串LEDstr的電流ILED?？赏ㄟ^線性或開關(guān)式穩(wěn)壓驅(qū)動器來輸送電流ILED。針對 開關(guān)式穩(wěn)壓驅(qū)動器，驅(qū)動器配置可以是任意種類，例如，感性降壓型、升壓型、降壓-升壓型 以及容性上升型、下降型、上升_下降拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。也可以使用具有一個(gè)LED驅(qū)動器LEDdr 的LED串，而不是包括了 LED驅(qū)動器LEDdr的多個(gè)并聯(lián)的LED串LEDstr。圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有兩個(gè)LED串LEDstr并針對每一個(gè)串都具有驅(qū)動 器LEDdr的配置簡化框圖?？偟膩碚f，針對圖1和圖2示出的配置，通過LED串的電流是關(guān)鍵 參數(shù)，因?yàn)樵撾娏鱅LED確定了發(fā)光二極管的輝度(luminance)、顏色和亮度(brightness) 等。圖1和圖2的驅(qū)動器LEDdr可提供到電源塊的直接連接，在此為了圖的簡化起見而被 省略了。圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于驅(qū)動發(fā)光半導(dǎo)體器件的基本驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 簡化表示。圖3(a)示出了具有向LED串LEDstr提供電源電壓Vbus的電源和對通過LED 串的電流ILED進(jìn)行確定的電流源CS的線性驅(qū)動器配置。圖3(b)示出了驅(qū)動器的開關(guān)式 降壓配置的簡化示意圖?？刂崎_關(guān)SW來切換通過電感L和LED串LEDstr的電流，以使得 可以提供通過LED串LEDstr的平均電流ILED。電容C起到緩沖電容的功能，以及如果關(guān)斷 開關(guān)SW，二極管D允許電流循環(huán)通過LED串LEDstr、電感L和二極管D。圖3 (c)示出了驅(qū) 動器電路的開關(guān)式升壓配置。相應(yīng)地，開關(guān)SW提供了從電源PS通過電感L到地的電流路 徑。如果關(guān)斷開關(guān)SW，電感L的電流經(jīng)由二極管D和LED串LEDstr而繼續(xù)。圖3 (d)示出 了降壓_升壓開關(guān)式的降壓_升壓配置。相應(yīng)地，如果開啟開關(guān)，便提供了通過電感L和開 關(guān)SW的電流路徑。一旦關(guān)斷開關(guān)SW，電流便經(jīng)由二極管D和LED串LEDstr循環(huán)，并由電感 L所驅(qū)動。一般地，總是可以存在與LED串LEDstr并聯(lián)的電容來對LED電流進(jìn)行濾波。通 常，當(dāng)電流(典型地，來自線圈)不是連續(xù)地流入LED串LEDstr時(shí)，使用該電容。這取決于 所使用的驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如，升壓和降壓-升壓驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))。開關(guān)SW可以是n和 P型的。在圖3所示的配置中，使用n型開關(guān)是最方便的。
圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電子系統(tǒng)的簡化框圖。特別地，描述了固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)。 例如，可將該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為具有8個(gè)鏈，每個(gè)鏈64個(gè)LED的掃描背光系統(tǒng)。為了示意性的目 的，圖4中僅描述了三個(gè)LED鏈LEDstr。將電感L和開關(guān)T與每一個(gè)LED鏈串聯(lián)布置。將 反激二極管D與LED串LEDstr并聯(lián)耦合。典型的LED串電壓是例如從173V到237V，隨后 將其表示為173V-237V。開關(guān)T和反激二極管D的擊穿電壓至少應(yīng)該是驅(qū)動電壓Vbusl。如 果驅(qū)動電壓Vbusl = 300V，那么取決于晶體管的開關(guān)條件，電感L兩端的電壓是173V-237V 或127V-63V。應(yīng)該注意到的是，可將晶體管、電感和反激二極管表示為三端子變換器塊。在 根據(jù)圖4的布置中，所要求的晶體管T和反激二極管的擊穿電壓將是300V。換言之，用于驅(qū)動一個(gè)或更多發(fā)光二極管的典型電路架構(gòu)包括在串聯(lián)耦合的 LED串兩端施加的電源電壓，以及耦合到一側(cè)以確定流過該串的電流的電流源或電流宿 (sink)。LED串兩端的壓降和電流源兩端的壓降加起來等于總的電源電壓。相應(yīng)地，如果 LED兩端的電壓由于作為溫度、老化或產(chǎn)品推廣的結(jié)果的每一個(gè)LED的正向電壓的變化而 變化，電流源(即，驅(qū)動裝置)兩端的電壓可相應(yīng)地升高或降低。如果驅(qū)動裝置兩端的電壓 大于所需的電壓，這些功率被轉(zhuǎn)變成熱量，出現(xiàn)功率的實(shí)質(zhì)損耗。電流源或電流宿中高電壓 所帶來的第二種不想要的效應(yīng)在于需要適于經(jīng)受得住高電壓、溫度等的組件，高電壓、溫度 等是不正確地調(diào)節(jié)組件兩端的電壓所帶來的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供使用具有更低額定電壓的驅(qū)動器的固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)，這些驅(qū)動 器更便宜并且還允許使用更高的切換頻率。通過根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)發(fā)光、根據(jù)權(quán)利要求15的驅(qū)動器集成電路和根據(jù)權(quán)利 要求16的用于驅(qū)動發(fā)光器件的方法來實(shí)現(xiàn)這一目的。因此，提供了一種固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件的串， 以及用于驅(qū)動該發(fā)光半導(dǎo)體器件串的驅(qū)動裝置。此外，第一電壓源單元提供用于驅(qū)動發(fā)光 半導(dǎo)體器件串的第一電源電壓，以及第二電壓源單元提供用于驅(qū)動發(fā)光半導(dǎo)體器件串的第 二電源電壓。布置第一和第二電壓源單元，以使得可通過第一和第二電源電壓的選擇來調(diào) 節(jié)驅(qū)動裝置兩端的壓降。相應(yīng)地，這種固態(tài)系統(tǒng)用來克服典型電路架構(gòu)的缺陷，在典型電路架構(gòu)中，基于僅 僅單個(gè)電壓源來對一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光二極管或器件的串進(jìn)行驅(qū)動。兩個(gè)電源提供的電勢可 具有正或負(fù)的符號，并且系統(tǒng)中的任何電勢都可被定義為地。如果將多于單個(gè)電壓源用于 LED或串聯(lián)耦合的LED串，可以避免不想要的功率損耗。此外，如果電子組件(即，驅(qū)動器的 電路)兩端的壓降變小，可以降低對該組件的要求。因此，可以設(shè)計(jì)驅(qū)動器以在遠(yuǎn)低于LED 兩端電壓的降低的電壓處工作。由于驅(qū)動器可以驅(qū)動多于一個(gè)LED，這是有優(yōu)勢的。相應(yīng)地，通過(除第一電源電壓外)將第二電源電壓耦合到驅(qū)動器電路，降低了該 驅(qū)動器電路兩端的電壓。從而，可以以比單電源解決方案更適當(dāng)?shù)姆绞絹碚{(diào)整驅(qū)動電路和 發(fā)光器件兩端的電壓。第二電源所提供的附加自由度允許針對功率器件的更低的額定擊穿 電壓?？蓪⒌谝浑娫措妷嚎刂频阶钚?，這由具有最高正向電壓的一個(gè)或更多發(fā)光器件的串 所要求的電壓來確定。如果可能由于溫度、老化或產(chǎn)品推廣的結(jié)果，串的每一個(gè)LED的正向 電壓出現(xiàn)變化，本發(fā)明還能夠正確地調(diào)整LED兩端的電壓以補(bǔ)償不利的效應(yīng)。如果將驅(qū)動裝置兩端的電壓調(diào)整為不大于所需電壓，便可避免電子組件中熱所產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)功率損耗。更特別地，通過第一總線和第二總線的方式適當(dāng)?shù)靥峁┑谝浑娫措妷汉偷诙娫?電壓，在第一總線和第二總線之間是驅(qū)動裝置和串?dāng)U展的序列。適當(dāng)?shù)兀诳偩€之間布置多 于一個(gè)這種序列。在備選的實(shí)施方式中，將兩個(gè)總線都耦合到驅(qū)動裝置，而串存在于驅(qū)動裝 置和地之間。在另一實(shí)施方式中，不存在總線。適當(dāng)?shù)兀谝浑妷涸磫卧偷诙妷涸磫卧请娫?。它們可以是分立的電源，但?選地，將其合并到集成電路中。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一電壓源單元適當(dāng)?shù)刈鳛楣β试?，?第二電壓源單元作為功率宿(power sink)。在這種情況下，優(yōu)選地，驅(qū)動裝置包括升壓變換 器。在備選的實(shí)施方式中，進(jìn)行相反的布置，第二電壓源單元充當(dāng)功率源。從而適當(dāng)?shù)兀?qū) 動裝置包括降壓變換器。從這顯而易見的是，驅(qū)動裝置適當(dāng)?shù)匕ㄗ儞Q器，并且更特別地，包括開關(guān)式變換 器。為清楚起見，觀察到也可將該用于提供電流的驅(qū)動裝置稱為電流源。優(yōu)選地，該電流源 具有第一、第二和第三端子。第一端子耦合到串。第二端子耦合到第二電壓源單元，例如 (c.q.)對應(yīng)的總線。第三端子耦合到地。備選地，如果將串耦合到地而不是到第一電壓源 單元，第三端子將耦合到第一電壓源單元，例如(c.q.)第一總線。在一個(gè)備選的實(shí)施方式中，驅(qū)動裝置包括線性穩(wěn)壓器。如果本地地存在第二電壓 源單元，則這特別讓人感興趣。例如，第二電壓源單元是電池或太陽能電池。該實(shí)現(xiàn)使得可 以有更大的自由度來選擇第一電源電壓。在另一實(shí)施方式中，附加的電源變換器出現(xiàn)在第一電壓源單元和第二電壓源單元 之間，例如(c.q.)第一總線和第二總線之間。因此，將電源電壓彼此耦合。從而，可以降低 對串的很多驅(qū)動裝置的電壓要求。這種附加的電源變換器可以是容性變換器或感性變換 器。特別地，容性變換器用作電壓等分器/電壓倍增器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了與發(fā)光半導(dǎo)體器件串聯(lián)耦合的至少一個(gè)減光晶體
管單元。本發(fā)明還涉及包括用于驅(qū)動發(fā)光半導(dǎo)體器件的驅(qū)動裝置的驅(qū)動器集成電路。此 外，第一電壓源單元提供用于驅(qū)動發(fā)光半導(dǎo)體器件的第一電源電壓，以及第二電壓源單元 提供用于驅(qū)動發(fā)光半導(dǎo)體器件的第二電源電壓。對第一電源電壓和第二電源電壓進(jìn)行選 擇，以優(yōu)化驅(qū)動裝置兩端的壓降。本發(fā)明還涉及用于驅(qū)動至少一個(gè)發(fā)光器件的方法。驅(qū)動預(yù)定電流通過該至少一個(gè) 發(fā)光半導(dǎo)體器件。向該至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件的第一側(cè)提供第一電源電壓。向該至少一 個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件提供第二電源電壓。對第一電源電壓和第二電源電壓進(jìn)行選擇，以使得 能夠優(yōu)化驅(qū)動裝置兩端的壓降。


本發(fā)明的這些方面和其他方面將從以下闡述的實(shí)施例變得明顯，并將參照以下闡 述的實(shí)施例進(jìn)行論述。在隨后的附圖中圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于發(fā)光二極管的驅(qū)動器的簡化框圖，圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動器配置的簡化框圖，圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的線性的三開關(guān)式的驅(qū)動器配置的簡化示意圖，
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圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)的電子系統(tǒng)的簡化框圖，圖5示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的電子系統(tǒng)的簡化框圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的發(fā)光系統(tǒng)的簡化示意圖，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的發(fā)光系統(tǒng)的簡化示意圖，圖8示出了第四實(shí)施方式的電子系統(tǒng)的簡化表示，圖9示出了開關(guān)式降壓驅(qū)動器配置中，根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的簡化示意 圖，圖10示出了本發(fā)明具有反激變換器和帶有容性電壓變換器的降壓驅(qū)動器配置的 第六實(shí)施方式的電子系統(tǒng)的簡化示意圖；圖11示出了在反激變換器和帶有感性升壓變換器的降壓驅(qū)動器配置中，本發(fā)明 的第七實(shí)施方式的電子系統(tǒng)的簡化示意圖；圖12示出了開關(guān)式降壓和升壓驅(qū)動器配置中，根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方式的電 子系統(tǒng)的簡化示意圖，圖13示出了開關(guān)式升壓驅(qū)動器配置中，根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方式的電子系統(tǒng) 的簡化示意圖，以及圖14示出了具有串聯(lián)減光開關(guān)的開關(guān)式降壓驅(qū)動器配置中，根據(jù)本發(fā)明的第十 實(shí)施方式的電子系統(tǒng)的簡化示意圖。
具體實(shí)施例方式在隨后更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式。術(shù)語“電源”和“地”被用作一個(gè)選項(xiàng)。 應(yīng)該理解，電源電勢可具有正的和負(fù)的符號，并且隨后的系統(tǒng)中的任何點(diǎn)都可以處于地電 平。還可以將二極管D實(shí)現(xiàn)為能夠進(jìn)行同步整流的第二開關(guān)。若干不同的裝置確定并控制 電流ILED。例如，與LED串LEDstr串聯(lián)的檢測電阻。此外，可以使用反饋機(jī)制，該反饋機(jī) 制將該信號反饋回驅(qū)動電流源(線性驅(qū)動器)或確定控制開關(guān)SW的工作周期(開關(guān)式解 決方案)的控制電路。通過開啟和關(guān)閉(線性的或開關(guān)式的)電流源，還可以實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào) 制(PWM)減光，然而也可以通過增加與LED串LEDstr串聯(lián)或并聯(lián)放置的、額外的減光開關(guān) 或晶體管單元來實(shí)現(xiàn)。被用來產(chǎn)生電源電壓Vbus的電源PS也可以是任何類型的。應(yīng)該提 到的是，所有這些變型基本上不影響拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電子系統(tǒng)(特別是固態(tài)發(fā)光系統(tǒng))的簡 化框圖。該固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)包括用于提供第一和第二電源電壓Vbusl、Vbus2的第一和第二電源 PS1、PS2。塊LEDdr可具有涉及功率分配的、在此指示為地的第三端子，在部分時(shí)間內(nèi)，該第 三端子攜帶電流ILED。此外，發(fā)光系統(tǒng)包括發(fā)光二極管串LEDstr和用于驅(qū)動LED串的驅(qū)動 器電路LEDdr。相應(yīng)地，將第一和第二電源PS1、PS2耦合到發(fā)光二極管串LEDstr。這兩個(gè)電 源PS1、PS2提供了兩個(gè)電勢Vbusl和Vbus2，并且可以是任何類型的線性電源、感性或容 性開關(guān)式電源、電池、太陽能電池、燃料電池等，或甚至可以與LEDdr電路共享相同的部分。 如果供電，例如在發(fā)光半導(dǎo)體器件串的兩端提供兩個(gè)電源電壓Vbusl和Vbus2，并且使用普 通的晶體管電路來實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動器(即，在沒有開關(guān)式電源變換器的情況下)，該串最大只 經(jīng)受電壓差Vbusl-Vbus2。如果進(jìn)行正確的調(diào)節(jié)，這可在驅(qū)動器電路LEDdr中產(chǎn)生小的耗 散?？烧{(diào)節(jié)電壓Vbus2的大小(dimension)，以使得更少的功率被輸送到與其端子相連接的其它系統(tǒng)組件，即，如驅(qū)動器電路LEDdr。該驅(qū)動器電路可耦合在第二電源電壓Vbus2和LED串之間。還可以將驅(qū)動器電路LEDdr耦合到地節(jié)點(diǎn)，以使得地節(jié)點(diǎn)和第二電源電壓Vbus2的 輸出每一個(gè)都攜帶一部分LED電流ILED。圖6示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式的簡化示意圖。提供了用來獲得第一電源電壓 Vbusl的電源PS。將多個(gè)LED串耦合到該第一電源電壓Vbusl。與每一個(gè)LED串串聯(lián)地提 供電感L和開關(guān)T (可被實(shí)現(xiàn)為晶體管)。除第一電源電壓Vbusl外，還提供了第二電源電 壓Vbus2。在電感和第二電源電壓Vbus2之間耦合二極管D。應(yīng)該注意到的是，每一個(gè)驅(qū)動單元或每一個(gè)LED串包括相關(guān)聯(lián)的晶體管T、電感L 和反激二極管D。從而，驅(qū)動器單元構(gòu)成了三端子單元。作為示意性的示例，第一電源電壓 Vbusl的電壓對應(yīng)為300V，以及LED串兩端的電壓對應(yīng)為VLED鏈=173V-237V。因此，由于 第一和第二電源電壓之間的差Vbusl-Vbus2 < VLEDmin，第二電源電壓Vbus2必須> 127V。 換言之，如果第二電源電壓> 127V，那么第一和第二電源電壓之間的差，即施加到驅(qū)動器單 元的電壓小于最小VLED電壓。根據(jù)第二實(shí)施方式，能量流過反激二極管D朝第二電源電壓 Vbus2而去。因此，必須注意，第二電源電壓Vbus2能夠容納或吸收流向它的能量。作為示 例，如果在驅(qū)動器單元中實(shí)現(xiàn)了升壓變換器，則這可以實(shí)現(xiàn)。這種升壓變換器必須能夠攜帶 從第二電源電壓Vbus2到第一電源電壓Vbusl的過剩能量。另一方面，如果能量流在第二 電源電壓Vbus2之外，那么驅(qū)動器單元應(yīng)該在第一和第二電源電壓Vbusl、Vbus2之間包括 降壓變換器。如果例如將第二電源電壓設(shè)置為大約150V，那么可以在第一和第二電源電壓之間 提供如電壓等分器/電壓倍增器的容性變換器。使用這樣的容性變換器，可以保證在第一 或第二電源電壓的方向上運(yùn)送能量。如果將第二電源電壓設(shè)置為150V，那么所要求的晶體 管和反激二極管的擊穿電壓必須僅是150V。圖7示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的電子系統(tǒng)(特別是固態(tài)發(fā)光系統(tǒng))的示意圖。根 據(jù)第二實(shí)施方式的固態(tài)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上對應(yīng)于根據(jù)第二實(shí)施方式的固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)，在第一和第 二電源電壓VbUSl、VbUS2之間耦合了附加的電源變換器?？蓪㈦娫醋儞Q器PC實(shí)現(xiàn)為感性或 容性的變換器。通過提供第二電源電壓以及通過提供根據(jù)第三實(shí)施方式的電源變換器，可 以降低針對用于LED鏈的很多驅(qū)動器單元的電壓要求。不需要針對特定的LED屬性來優(yōu)化 第一和第二電源電壓之間耦合的變換器。取決于晶體管(開關(guān))狀況(針對Vbusl = 300V、 Vbus2 = 150V 以及 VLED 鏈=173V-237V)，電感 L 兩端的電壓是 127V-63V 或者 87V-23V。 應(yīng)該注意到，這樣電感兩端的電壓比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的小。如果電流紋波和切換頻率保持相 同，在根據(jù)第二和第三實(shí)施方式的布置中，電感值可以更低。還應(yīng)該注意到，依照特定的應(yīng) 用，根據(jù)第二和第三實(shí)施方式的配置與現(xiàn)有技術(shù)的配置之間的電壓比可以是更具優(yōu)勢的。根據(jù)第二和第三實(shí)施方式，可以提供具有三個(gè)電源端子的驅(qū)動單元，所有來自LED 的三條電流流過該驅(qū)動單元。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的、具有LED驅(qū)動器DU的發(fā)光系統(tǒng)的簡化 示意圖，該發(fā)光系統(tǒng)包括第一和第二電源電壓Vbusl和Vbus2、至少第一和第二 LED串以及 具有第一和第二電流源CS1、CS2的第一和第二驅(qū)動單元DU。雖然只描述了兩個(gè)LED串，應(yīng) 該注意到的是，可將更多串和驅(qū)動器連到Vbusl、Vbus2和地。所指示的LED串中的每一個(gè) 具有相關(guān)聯(lián)的、被分別用作針對每一個(gè)串的電流驅(qū)動器的電流源功能體CS1、CS2。將驅(qū)動單元實(shí)現(xiàn)為3端子單元(Vbusl、Vbus2、地)而不是僅在兩個(gè)端子之間連接串的二端子單元。 可將電流源或驅(qū)動單元耦合到第二電源電壓Vbus2和一個(gè)LED串。還可以將電流源或驅(qū)動 單元耦合到地節(jié)點(diǎn)，以使得通過地節(jié)點(diǎn)和第二電源PS2來傳送LED電流ILED。然而，如果適 當(dāng)?shù)剡x擇Vbusl和Vbus2之間的電壓差，可以最小化電流源兩端的壓降。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的發(fā)光系統(tǒng)的簡化示意圖。該優(yōu)選的實(shí)施 方式涉及開關(guān)式降壓驅(qū)動器配置。對于一般的功能體，參考圖3(b)。根據(jù)該實(shí)施方式，提供 電壓源Vbusl的電源PSl是功率源，而提供電壓Vbus2的電源PS2被配置為功率宿。特別 地，如果Vbus2 ^ Vbusl，顯著地獲得了針對驅(qū)動器組件的更低電壓要求。可以以各種不同 的方式提供PS2的功率宿能力。電壓Vbus2可以是系統(tǒng)中已經(jīng)要求的電壓。在這種環(huán)境下， 由于用于發(fā)光二極管的驅(qū)動器提供了功率以及功率Vbus2，降低了對針對電壓電平Vbus2 的電源PS2的要求。僅增加電阻R來示出LED鏈LEDstr的電流式控制的配置。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式，其中，將驅(qū)動單元或電源變換器配置為具有開關(guān)式降壓驅(qū)動器和容性電壓倍增器的反激變換器。本發(fā)明的該實(shí)現(xiàn)通過由孤立的反 激變換器所降低的電源電壓Vbusl和容性電壓倍增器/等分器所產(chǎn)生的電源電壓Vbus2，包 括了高效的功率宿能力。該實(shí)施方式中開關(guān)Sw和二極管D的電壓要求大約僅是根據(jù)現(xiàn)有 技術(shù)的要求的一半。如果使用了其它容性變換器，可以獲得針對Vbus2/Vbusl的其它變換 比。為了圖10中示出的配置的正確操作，將電壓選擇為VbuS2>VbuSl-VLEDS，其中，VLEDs 是LED串VLEDstr兩端的壓降。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明，具有反激變換器、開關(guān)式降壓驅(qū)動器以及感性降壓或 升壓配置的第九實(shí)施方式。相應(yīng)地，將節(jié)點(diǎn)Vbus2配置為提供功率以及接收功率(sink power)，以使得能夠容易地使用該電源提供針對其它負(fù)載的功率。總的來說，電壓Vbusl或 Vbus2、或者兩者都可以被提供或在該系統(tǒng)中已經(jīng)可用，并可針對根據(jù)本發(fā)明的目的被重新 使用。變換器或驅(qū)動LED串的驅(qū)動單元在低于Vbusl的電壓以及低于普通變換器的功率處 工作。相應(yīng)地，單個(gè)變換器更適于在IC上實(shí)現(xiàn)并以高頻率運(yùn)行，而普通的高功率變換器可 在針對其功率效率所要求的較低的頻率處運(yùn)行。如果使用線性穩(wěn)壓器來驅(qū)動通過發(fā)光二極管串LEDstr的電流，由于耗散的原因， 在更加嚴(yán)格的限制內(nèi)確定Vbus的值。假設(shè)開關(guān)穩(wěn)壓器針對Vbusl的電壓值提供大很多的 選擇自由度。這允許如上所述重新使用電源。根據(jù)本配置，可以容易地將Vbus2控制到任何電壓比Vbusl/Vbus2。相應(yīng)地，不僅 可以實(shí)現(xiàn)關(guān)于圖7示出并解釋了的固定的電壓比，還可以實(shí)現(xiàn)可靈活控制的電壓比。針對 電源電壓Vbus2，重要但不是限制性的控制標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)LED驅(qū)動器LEDdr關(guān)閉時(shí)的朝Vbus而 去的開路(off-state)泄漏電流，典型地，這在低頻PWM減光期間發(fā)生。只要沒有使用附加 的減光開關(guān)，針對圖8中示出的實(shí)施方式，該開路泄漏電流確定驅(qū)動器的可用減光比。結(jié) 果，電源電壓Vbus2不應(yīng)該具有相對于LED串的底電壓(bottomvoltage)來說太低的壓差。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中涉及第二電源的附加自由度提供了下面的優(yōu)勢。首先， 針對與開關(guān)SW和二極管D或兩個(gè)用于實(shí)現(xiàn)同步的開關(guān)有關(guān)的功率器件，有更低的額定擊 穿電壓。此外，可以關(guān)于相同的變換頻率和相同的紋波使用更小的電感L。此外，通過控制 Vbusl和Vbus2，或單獨(dú)控制其中的每一個(gè)，都可能實(shí)現(xiàn)對操作的邊界傳導(dǎo)、自激振蕩模式 的頻率控制。通過將Vbusl控制到具有最高正向電壓的串LEDstr所確定的最小值，可達(dá)到最終的最低功率器件額定電壓和最低電感值。然而，這可能需要從串LEDstr電壓回到 Vbusl控制器的額外的反饋信號。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方式，該實(shí)施方式具有帶有電源PSl和PS2的 開關(guān)式升壓/降壓驅(qū)動器。將電壓電平Vbusl和Vbus2配置為電源，當(dāng)其在系統(tǒng)中已可用 的時(shí)，可容易地進(jìn)行重新使用。電壓Vbusl必須低于發(fā)光二極管LEDstr兩端的最小要求 值。針對每一個(gè)發(fā)光二極管串LEDstr，電壓Vbus2與開關(guān)SW、二極管D和電感L形成了反 相(inverting)降壓/升壓變換器，以提供附加的電壓來獲得LED串LEDstr兩端的最大要 求電壓。圖12的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于改變。例如，可以改變功能部分的順序，即，還可將LED連接 至地，同時(shí)將反相降壓/升壓變換器連接到高壓側(cè)。如果使用了根據(jù)第二和第三實(shí)施方式的值，Vbusl必須< 173V。由于在開關(guān)導(dǎo)通 時(shí)用來增加電感電流，第二電源電壓Vbus2可具有“任意的”正值。串的最低陰極處的電壓 變成負(fù)電勢。第二電源電壓Vbus2必須輸送功率并且Vbus2可從Vbusl而來，然而直接從 提供Vbusl的電源得到Vbus2會更高效。由于串聯(lián)變換器方式的損耗累加，串聯(lián)連接功率 變換器降低了總的效率。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方式，該實(shí)施方式具有帶有兩個(gè)電源PSl和 PS2的開關(guān)式升壓驅(qū)動器。在該配置中，功率源PS2提供電壓Vbus2，功率宿PSl提供電壓 Vbusl。在該配置中，選擇Vbusl小于或大于Vbus2。變換器作為升壓變換器工作，從而電壓Vbusl在功能上是不相關(guān)的。然而，為了降 低變換器的電壓要求，Vbusl處的電壓應(yīng)該是負(fù)的。圖14示出了針對具有串聯(lián)減光開關(guān)的開關(guān)式降壓驅(qū)動器，根據(jù)本發(fā)明的第十實(shí) 施方式的簡化示意圖。與LED串串聯(lián)地提供晶體管Tl，并且如果被相應(yīng)地控制，晶體管Tl 可用于對LED減光?；诒景l(fā)明的原理，其它具有單獨(dú)的紅、綠和藍(lán)LED串的應(yīng)用，或具有很多面板的 大頂棚(ceiling)的安裝也可以是可能的。從而，每一個(gè)面板具有更低電壓的組件和更小 的電感，即，該思想提供了結(jié)構(gòu)上的低成本和針對更高性能的可能。還可以在用于驅(qū)動發(fā)光器件的驅(qū)動器IC中、在例如針對IXD應(yīng)用的背光單元中或 在閃光應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理。本發(fā)明在附圖和先前的描述中進(jìn)行了詳盡的說明和闡述，這樣的說明和闡述應(yīng)被 視為說明性或示例性的，而非限制性的；本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。
基于對附圖、公開以及所附權(quán)利要求的研究，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在實(shí)踐所主張的 發(fā)明時(shí)理解和實(shí)現(xiàn)被公開的實(shí)施例的其他變體。在權(quán)利要求中，用語“包括”并不排除列其他元件或步驟。不定冠詞“一”或“一個(gè)” 并不排除使用多個(gè)這樣的元件或步驟。單個(gè)...或其他單位可實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中提到的幾項(xiàng) 功能。一個(gè)基本的事實(shí)是在相互不同的從屬權(quán)利要求中提到的特定措施并不意味著這些措 施的組合不能用來取得有益效果。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對保護(hù)范圍的限制。
權(quán)利要求
固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)，包括包括至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件的串(LEDstr)，用于驅(qū)動預(yù)定電流通過所述串(LEDstr)的至少一個(gè)驅(qū)動裝置(LEDdr)，第一電壓源單元(PS1)，提供不等于地的第一電源電壓(Vbus1)以驅(qū)動所述串(LEDstr)，以及第二電壓源單元(PS2)，提供不等于地的第二電源電壓(Vbus2)以驅(qū)動所述串(LEDstr)，其中，所述第一電壓源單元和所述第二電壓源單元被耦合到驅(qū)動裝置，以使得能夠通過對所述第一電源電壓和所述第二電源電壓(Vbus1、Vbus2)的選擇來調(diào)節(jié)所述驅(qū)動裝置(LEDdr)兩端的壓降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中為所述串提供第一端子和與所述驅(qū)動裝置的第一端子耦合的第二端子，為所述驅(qū)動裝 置提供第二端子；所述串的所述第一端子耦合到所述第一電壓源單元，以及所述驅(qū)動裝置的所述第二端子耦合到所述第二電壓源單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述第一電壓源單元和所述第二電壓源 單元通過第一總線和第二總線耦合到所述串和所述驅(qū)動裝置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，附加的電源變換器耦合在所述 第一電壓源單元和所述第二電壓源單元之間，優(yōu)選地，在所述第一總線和所述第二總線之 間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述附加的電源變換器是容性變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，為所述驅(qū)動裝置提供第一端子、第二端子和第三端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，針對所述驅(qū)動裝置，所述第一電壓源單 元充當(dāng)電壓源，所述第二電壓源單元充當(dāng)功率宿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動裝置被實(shí)施為開關(guān)式變換器，優(yōu)選 地，處于開關(guān)式降壓驅(qū)動器配置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述第二電壓源單元還充當(dāng)另一負(fù)載的功 率源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述第二電壓源單元是本地存在的 單元，所述驅(qū)動裝置包括線性穩(wěn)壓器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中存在多個(gè)串，向所述串中的每一個(gè)提供用于驅(qū)動電流通過所述串的驅(qū)動裝置并提供耦 合到所述第一電壓源單元的端子，向所述驅(qū)動裝置中的每一個(gè)提供耦合到所述第二電壓源 單元的端子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動裝置的至少一部分被集成到單 片集成電路中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，存在控制器，用于控制所述第一電源電 壓，以使得所述第一電源電壓最多是所述串中任一個(gè)的正向電壓的150%。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，在所述串和所述第一電源電壓的控制器 之間存在反饋環(huán)路。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光系統(tǒng)，控制所述第二電源電壓(Vbus2)以 使得開路泄漏電流受到控制。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，通過控制所述第一和/或第二 電源電壓來執(zhí)行對非固定變換頻率變換器的頻率控制。用于在前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)中使用的驅(qū)動器集成電路，包括至少一個(gè)驅(qū)動裝置(LEDdr)，用于驅(qū)動預(yù)定電流通過包括至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件的 串(LEDstr)，第一電壓源單元，提供不等于地的第一電源電壓(Vbusl)以驅(qū)動所述串(LEDstr)，以及第二電壓源單元，提供不等于地的第二電源電壓(Vbus2)以驅(qū)動所述串(LEDstr)， 其中，所述第一電壓源單元和所述第二電壓源單元被耦合到驅(qū)動裝置，以使得能夠通 過對所述第一電源電壓和所述第二電源電壓(Vbusl、Vbus2)的選擇來調(diào)節(jié)所述驅(qū)動裝置 (LEDdr)兩端的壓降。用于驅(qū)動至少一個(gè)發(fā)光器件的串的方法，包括以下步驟 驅(qū)動預(yù)定電流通過所述串(LEDstr)，提供不等于地的第一電源電壓(Vbusl)以驅(qū)動所述串(LEDstr)， 提供不等于地的第二電源電壓(Vbus2)以驅(qū)動所述串(LEDstr)，以及 其中，對所述第一電源電壓和所述第二電源電壓(Vbusl、Vbus2)進(jìn)行選擇，以使得能 夠優(yōu)化所述驅(qū)動裝置兩端的壓降。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)，包括至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件(LEDstr)，至少一個(gè)用于驅(qū)動預(yù)定電流通過該至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件(LEDstr)的驅(qū)動裝置(LEDdr)。此外，發(fā)光系統(tǒng)包括耦合的第一電壓源單元(PS1)，以向該至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件的第一側(cè)提供第一電源電壓(Vbus1)，以及耦合的第二電壓源單元(PS2)，以向該至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件提供第二電源電壓(Vbus2)。選擇第一電源電壓和第二電源電壓(Vbus1、Vbus2)，以優(yōu)化該至少一個(gè)發(fā)光半導(dǎo)體器件(LEDstr)兩端的壓降。
文檔編號H02M3/155GK101803455SQ200880101941
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者吉安·霍赫扎德, 弗朗西斯克·A·C·M·朔夫斯 申請人:Nxp股份有限公司