【发明授权】N色可扩展LED驱动器_伦斯勒理工学院_201580040219.7 

申请/专利权人:伦斯勒理工学院

申请日:2015-09-04

发明/设计人:库马尔·莫得帕里;利拉·帕尔萨

公开(公告)日:2020-05-12

代理机构:北京柏杉松知识产权代理事务所(普通合伙)

公开(公告)号:CN106575495B

代理人:谢攀;王春伟

主分类号:G09G3/34(20060101)

地址:美国纽约

分类号:G09G3/34(20060101);H05B33/08(20200101)

优先权:["20140904 US 62/046,108"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.05.12#授权;2017.05.17#实质审查的生效;2017.04.19#公开

摘要:提供一种发光二极管LED驱动系统,其是可扩展的并且能够用于N色LED系统。能够从单个电源,利用针对每个串的独立可控的恒定电流源来有效地驱动具有不同颜色的N个LED串的LED系统。该驱动系统能够包括具有电感器的电源转换器。

主权项:1.一种发光二极管LED驱动系统,包括:电源转换器,其包括电感器并且配置为提供直流DC输出;控制器,其配置为接收输入信号并且向所述电源转换器提供输出控制信号;和负载,其连接到所述电源转换器并且接收来自所述电源转换器的DC输出,其中,所述负载包括:第一LED串,其用于第一颜色的第一LED;和第二LED串,其用于与所述第一颜色不同的第二颜色的第二LED,其中,所述第一LED是比所述第二LED电压更高的LED,其中,所述第二LED串包括与所述第二LED串联的第一开关,其中,由所述控制器接收的所述输入信号为照明控制信号,其中,所述照明控制信号是从环境光、至少一个颜色传感器或者其二者获得的,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于针对存在的每个LED串的期望照明水平而从所述照明控制信号导出的,并且其中,所述控制器中的照明控制是通过脉冲宽度调制PWM调光或模拟调光来执行的。

全文数据:N色可扩展LED驱动器[0001] 相关申请的交叉引用[0002] 本申请要求2014年9月4日递交的序列号为62046108的美国临时申请的权益,故通过引用的方式将该美国临时申请整体地并入本文。[0003] 政府研究经费支持[0004] 本发明在EEC-0812056号NSF合约下和C090145号NYSTAR合约下由政府支持进行。政府对本发明具有一定权利。背景技术[0005]由于不同颜色的发光二极管LED需要不同的激励来产生光输出,因而其具有不同的正向电压。因此,不同颜色的LED串无法由单一的直流DC或交流AC母线电压来驱动。此外,由于非线性1-V电流-电压特性和负温度系数,LED必须通过恒定电流源来驱动。[0006] 传统上,LED照明系统使用单串或多串磷光体转换型白色LED来递送所期望的流明水平。由于温度变化、LED的非线性特性和LED制造中的不良分装,具有多个LED串的磷光体转换型白色LED照明系统可能具有不同的正向电压。从单一电压源或电流源驱动多个LED串的LED驱动器需要用于在每个LED串中进行恒定电流调节的电流平衡机制。已使用无源和有源方式来抵消LED串中的电压失配以及提供恒定电流。[0007] 无源方式是基于使用不同配置的无源元件,比如电容器、变压器和电感器。基于电容器的电流平衡机制未充分利用LED,并且还依赖所使用的电容的容差。变压器和电感器无源方式尺寸庞大。[0008] 有源平衡方式是基于使用诸如电流镜之类的常规线性电流调节器,或者是通过使用单个电源转换器来驱动每个LED串。在使用线性电流调节器的情况下,转换器的效率随LED串之间电压失配的增加而下降。向每个LED串提供恒定电流的单个开关式调节器更加有效率,但由于其部件数量更多而并非成本有效。发明内容[0009] 本发明的实施例提供有利的发光二极管LED驱动系统及其制造方法、使用该驱动系统来驱动LED系统的方法和用于控制LED系统的控制方案方法。本发明的系统是可扩展的,并且可以用于N色LED系统其中N是整数,比如大于一的整数。能够从单个电源,利用针对每个串的独立可控的恒定电流源来有效地驱动具有N个LED串其中,这些串中的至少两个串是针对颜色彼此不同的LED的LED系统。例如,所有LED串都能够具有与所有其他LED串不同的颜色。该驱动系统能够包括电源转换器,比如AC-DC转换器或DC-DC转换器。该电源转换器能够包括至少一个电感器,并且在一个实施例中,该电源转换器能够包括正好一个电感器。本发明的系统使得能够以合理的成本设计出高效率、高功率密度的多色LED系统。[0010] 在一个实施例中,一种N色可扩展LED驱动系统能够包括:电源转换器,其包括电感器并且配置为提供DC输出;控制电路,其配置为接收输入信号并且向电源转换器提供输出控制信号;和负载,其连接到电源转换器并且接收来自电源转换器的DC输出。该负载能够包括第一LED串和第二LED串,第一LED串用于第一颜色的第一LED,第二LED串用于与第一颜色不同的第二颜色的第二LED。第一LED能够是比第二LED电压更高的LED,而第二LED串能够包括与第二LED串联的开关。附图说明[0011]图1A示出根据本发明的实施例的发光二极管LED驱动系统的框图。[0012]图1B示出根据本发明的实施例的LED驱动系统的框图。[0013]图2示出根据本发明的实施例的控制方案的图。[0014]图3示出根据本发明的实施例的控制方案的图。[0015]图4示出根据本发明的实施例的LED驱动系统的框图。[0016]图5示出根据本发明的实施例的LED驱动系统的框图。[0017]图6示出根据本发明的实施例的LED驱动系统的电路图。[0018]图7示出用于根据本发明实施例的系统的电感器电流和开关控制信号的稳态波形。[0019]图8示出用于根据本发明实施例的系统的电感器电流和控制逻辑信号的波形。[0020]图9示出用于根据本发明实施例的系统的调制器控制器电压的波形。[0021]图10示出用于根据本发明实施例的系统的二极管电流和节点电压的波形。[0022]图11示出用于根据本发明实施例的系统的LED串电压的波形。[0023]图12示出用于根据本发明实施例的系统的LED串电流的波形。[0024]图13示出用于根据本发明实施例的系统的电感器电流和控制信号的波形。具体实施方式[0025] 本发明的实施例提供有利的发光二极管LED驱动系统及其制造方法、使用该驱动系统来驱动LED系统的方法、以及用于控制LED系统的控制方案方法。本发明的系统是可扩展的,并且可以用于N色LED系统其中N是整数,比如大于I的整数。能够从单个电源,利用针对每个串的独立可控的恒定电流源来有效地驱动具有N个LED串其中至少两个串是针对颜色彼此不同的LED的LED系统。例如,所有LED串都能够具有不同于其他LED串的颜色。该驱动系统能够包括电源转换器,比如AC-DC转换器或DC-DC转换器。电源转换器能够包括至少一个电感器,并且在一个实施例中,电源转换器能够包括正好一个电感器。本发明的系统使得能够以合理的成本设计出高效率、高功率密度的多色LED系统。由于其简单性,整个控制方案适合于集成电路IC实施。[0026] 与多串磷光体转换型白色LED照明系统类似,多色LED照明系统也具有不同的正向电压,这是因为它们需要不同的激发能级来产生不同颜色的光。与多色LED系统不同,磷光体转换型白色LED系统无法被动态地控制以提供所期望的色温CT。因此,对于未来的照明应用而言,多色LED系统比磷光体转换型白色LED照明系统更优选。用于这些系统的未来LED驱动器应当能够向每种颜色的LED串提供恒定电流,并且应当具有通过调光技术比如脉冲宽度调制PWM调光和或模拟调光来独立控制每个串中的电流的能力,以实现CIE国际照明委员会色度图中的所期望的色点。此外,LED驱动器应当是通过简单控制而可扩展的和模块化的。能够提供电流平衡和独立电流控制二者的技术能够用来实现多色LED驱动器。本发明的实施例提供有源电流平衡方案,该方案能够使用简单、模块化和可扩展的控制方案来独立控制N个串的电流其中N是整数,比如大于I的整数从而实现高功率密度的多色LED系统。这能够使用单个电源转换器来实现。[0027] N色LED串其中N是整数,比如大于I的整数固有地具有不同的串电压。通常,当与单个电流源电压源并联连接时,只有具有最低电压的串会产生光输出。本发明的实施例提供一种恒定电流源,其等效于从单个源产生的由N色LED串所需的电流之和。交流-直流AC-DC或直流-直流DC-DC电源转换器能够被使用并且能够以切换频率fs来操作。[0028] N色LED串能够作为负载与AC-DC或DC-DC电源转换器并联连接,并且能够由单个电流源供电。如果不存在控制,那么只有具有最低电压的串会产生光输出。然而,LED串中的至少一个能够具有开关。在一个实施例中,除了具有最高电压的串之外,每种颜色的LED串都能够具有开关。这些开关能够分别与LED串串联。这些开关例如N-1个开关,其中N是LED串的数量能够在每个切换循环中接通断开或可能不切换,依情况而定。这能够通过使用新颖且有利的模块化反馈控制方案来完成,该控制方案能够导致提供N个恒定电流源。[0029] 在许多实施例中,一种用于控制开关的控制方案或方法可以包括对开关例如N-1个开关的各个开关电流进行测量,以及在每个切换循环Ts期间对其进行整合。切换循环能够例如是切换频率的倒数Ts=lfs。整合后的开关电流其能够等于LED串中的平均电流能够与所期望的恒定电流即,参考值进行比较。这种比较能够使用例如比较器来实现。基于该比较例如,比较器的输出,能够将开关例如N-1个开关接通断开接通或断开;或者可能不切换,依情况而定以在每个串中产生恒定电流。通过借助调光技术比如脉冲宽度调制PWM调光和或模拟调光改变参考值,能够独立地控制每个串中的电流。[0030] 在一个实施例中,该控制方案能够使得所有开关例如N-1个开关在每个切换循环Ts的开始初始地保持接通即,闭合O即便所有开关保持在接通状态,电流也只会在具有最低电压的LED串中流动,而其他串中的电流将为零或近似为零。一旦最低电压串中的整合电流达到所期望的参考值例如,预定参考值,则能够将各个LED串中的开关切换为断开即,打开。对于存在的所有开关而言例如,除具有最高电压的串之外的所有LED串,其能够是N-1个LED串,都可以遵循这种顺序。因此,能够向LED串例如,除具有最高电压的串之外的所有LED串,其能够是N-1个串提供所期望的平均电流。电源转换器能够产生等于所有串例如,N个串中所期望的电流之和的恒定电流源。由于能够如所讨论地对除了具有最高电压的串之外的其他串例如,N-1个串中的电流独立地进行调节,因此也能够将具有最高电压的串例如,第N个串的电流调节到期望的值。这个值能够例如等于电源转换器生成的恒定电流和其他LED串例如,N-1个LED串中的平均电流之间的差。因此,在开发简单、模块化和可扩展的控制方案来驱动N色LED系统时,所述控制方案能够利用具有不同串电压的N色LED串的缺点。[0031]图1A示出根据本发明的实施例的LED驱动系统的框图。该系统能够是可扩展的LED驱动系统,并且能够用于具有不同颜色的LED串S卩,其能够是N色可扩展LED驱动系统,其中N为整数,比如大于I的整数。参照图1A,控制方案能够控制电源转换器来产生恒定电流il。具有正向电压Ivi,v2…vN}的N色LED串能够充当转换器的负载。多色LED串能够布置为使得V1〈V2〈…〈W。如果这些多色串连接到单个电压源或电流源而不受任何控制,那么只有具有最低电压的LED串会产生光输出。然而,在本发明的驱动系统中,这些串受到控制方案的控制。[0032] 在一个实施例中,能够通过将开关例如,N-1个开关,其中N是LED串的总I»{Si,S2..Sn}与串例如,N-1个串分别串联连接来实现针对每种颜色的LED串的独立电流控制。该系统能够使得具有最高电压VN的串不具有串联开关。开关S^S2...Sn-1}能够放置在不同的位置,只要存在的每个开关都与LED串串联。例如,图1B示出将开关设置在与图1A中不同的位置的LED驱动系统的框图。也可以在不同的串中在彼此不同的串内的位置处具有开关例如,一些开关位于类似图1A所示的位置,而另一些开关位于类似图1B所示的位置。此外,图1A和图1B中所示的开关位置仅是为了说明的目的;开关能够位于LED串内的其他位置,只要它们分别与串串联。[0033]图2示出利用PffM调光的控制方案实施方式的图。该控制方案能够用于控制以切换频率匕进行操作的电源转换器,以实现等于N个串中期望的电流之和的恒定电流k。参照图2,能够通过使用N-1个模块化控制器来实现每个串的电流控制。照明控制信号DIM1,DIM^.DIMn}能够用作该模块化控制器的输入。自适应或动态照明系统中的照明控制信号{DIMi,DIM2--..DIMnI能够从例如环境光或颜色传感器来获得,并且能够取决于所使用的控制算法。使用照明控制信号,该控制方案能够生成针对不同调光技术的控制信号Ivc1,VC2...VCN}。控制信号{VC1,VC2...VCN}的总和能够提供所期望的参考值来控制电源转换器电流k。用于控制电流k的参考能够基于针对每种颜色的LED串的期望照明水平而从照明控制信号{DHt...DIMn-1,DIMnI得出。照明控制能够通过例如PffM调光或模拟调光来执行。图3示出用于利用模拟调光生成控制信号{VC1,VC2...vcn}的控制方案实施方式的图。[0034]图4示出根据本发明的实施例,具有AC-DC电源转换器的N色LED驱动系统的框图。这能够在输入为AC时使用。图5示出根据本发明的实施例,具有DC-DC电源转换器的N色LED驱动系统的框图。这能够在输入为DC时使用。应着重注意的是,图4和图5中所示的电源转换器拓扑仅是为了说明的目的。AC-DC转换器用于AC输入或DC-DC转换器用于DC输入可以是能够提供恒定电流的任意拓扑的转换器。[0035]图6示出用于不同颜色的三个LED串N =3的LED驱动系统的框图。该系统使用PWM调光,但是也可以用模拟调光代替。所使用的电源转换器拓扑是降压转换器,但这仅是为了说明的目的。在通过平均电流模式控制来进行控制时如图6所示,电源转换器能够产生恒定电流。电源转换器所产生的电流能够通过使用两个N-1个模块化控制器而在三个N个串之间共享。这些控制器能够监测流过开关{S^Ss}的电流{isi,is2},并且这些电流能够被整合以产生νη,νχ2。能够将这些电压心,^2与控制信号1^,^2}进行比较以生成信号G1,G2}以在两个N_l个串例如,除了具有最尚电压的串以外的串之间共孚电流iu在稳定状态下,整合后的开关电流能够等于LED串中的平均电流,因为电容器C1,C2中的平均电流=0。在每个切换周期Ts的开始,开关{S^Ss}能够保持接通。这能够例如通过利用电源转换器控制信号“G”作为用于两个N-1个模块化控制器D触发器的时钟的简单逻辑来实现。即使开关{S^Ss}在切换循环的开始保持接通,电流iS1仍将仅在具有最低电压V1的LED串中流动,而其他串中的电流is2,is3在该循环的刚开始由于V1〈V2〈V3而为零或近似为零,这使得二极管{D2,D3}反向偏置。一旦VX1达到参考值VC1,该串中的开关S1能够被断开,而电流能够开始在具有电压V2〈V3的串中流动。该过程能够继续遍及所有的串。因此,如果对两个N-1个串中的平均电流进行控制,那么第三个第N个串例如,具有最高电压的串中的平均电流也能够被调节到由VC3vcn所限定的期望值。这是因为iL取决于VC1+VC2+VC3ΣVCN。在图6所示的系统中,已经通过使用混合电路模拟+数字来实现了该控制方案。然而,这仅是为了说明的目的也能够仅使用数字控制器比如微控制器和数字控制器或仅使用模拟控制器来实现整个控制。[0036] 虽然图6示出用于驱动三个LED串的LED驱动系统,但这仅是为了说明的目的。本发明的系统和方法能够用来驱动任何数量的LED串,其中的每一个LED串能够用于不同的彩色1^0。例如4能够是任何以下值、至少任何以下值或至多任何以下值:2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19或20J优选为至少两个。[0037] 在一个实施例中,制造N色LED驱动系统的方法能够包括提供部件并对其进行组装以生产如本文所述的系统。[0038] 在另一个实施例中,驱动具有不同颜色的N个串的LED系统的方法能够包括提供如本文所述的N色LED驱动系统和使用该驱动系统用于其预期的目的。该驱动系统能够使用如本文所述的控制方案来驱动LED系统。[0039] 在另一个实施例中,控制具有不同颜色的N个串的LED系统的方法能够包括实施如本文所述的控制方案。该方法还能够包括使用如本文所述的LED驱动系统来实施该控制方案。[0040] 本发明的系统和方法使得能够以合理的成本设计出高效率、高功率密度的多色LED系统。由于本发明的控制方案的简单性,所述系统适合于IC实施。[0041] 本发明的系统和方法还能够有利地用于智能照明系统。自适应的智能照明系统实质上需要具有不同相关CT的、高质量的可调谐白光以及黑体曲线与可调谐彩色光。在一般照明中期望高质量的可调谐白光来实现像智能建筑中的日光采集这样的技术。可调谐彩色光能够用于许多应用,包括重点照明和植物生长照明。因此,自适应照明需要具有N色LED串的多色LED照明系统。如本文所讨论的,这些N色LED串根本上具有不同的正向电压,并且本发明的系统和方法能够有利地以低成本有效地驱动这些多色LED照明系统。[0042] 本发明的系统和方法还能够用于驱动液晶显示器LCD背光、有机LEDOLED、太阳能LED照明系统,以太网驱动和供电PoELED系统。此外,它们能够用于通过使用单个电源和单个电感器来为电池、燃料电池、超级电容器或具有不同电压的这些装置的组合进行充电。[0043] 本文所述的系统、方法和过程能够体现为代码和或数据。本文所述的软件代码和数据能够存储在一个或更多个计算机可读介质上,该计算机可读介质可以包括能够存储供计算机系统使用的代码和或数据的任何装置或介质。当计算机系统读取和执行存储在计算机可读介质上的代码和或数据时,计算机系统执行体现为存储在计算机可读存储介质内的数据结构和代码的方法和过程。[0044] 本领域技术人员应当领会,计算机可读介质包括能够用于存储信息的可移动和不可移动结构装置,比如计算机可读指令、数据结构、程序模块和由计算系统环境使用的其他数据。计算机可读介质包括但不限于易失性存储器,比如随机存取存储器RAM,DRAM,SRAM;非易失性存储器,比如闪存、各种只读存储器ROM,PROM,EPROM,EEPR0M、磁和铁磁铁电存储器MRAM,FeRAM以及磁和光存储装置硬盘驱动器、磁带、CD、DVD;网络装置;或者现在已知或稍后开发出的能够存储计算机可读信息数据的其他介质。计算机可读介质不应当被解释或理解为包括任何传播信号。[0045] 本发明包括但不限于以下示例性实施例。[0046] 实施例1.一种发光二极管LED驱动系统,包括:[0047]电源转换器,其包括电感器并且配置为提供直流DC输出;[0048] 控制电路,其配置为接收输入信号并且向所述电源转换器提供输出控制信号;和[0049]负载,其连接到所述电源转换器,[0050] 其中,所述负载包括:[0051] 第一LED串,其用于第一颜色的第一LED;和[0052] 第二LED串,其用于与所述第一颜色不同的第二颜色的第二LED。[0053] 实施例2.根据实施例1所述的LED驱动系统,其中,所述第一LED是比所述第二LED电压更高的LED。[0054]实施例3.根据实施例2所述的LED驱动系统,其中,所述第二LED串包括与所述第二LED串联的第一开关。[0055] 实施例4.根据实施例3所述的LED驱动系统,其中,所述负载还包括至少一个附加LED串,其中,每个附加LED串包括颜色与所有其他附加LED串的LED的颜色不同并且还与所述第一颜色和第二颜色不同的LED,[0056] 其中,每个附加LED串的LED是比所述第一LED电压更低的LED,并且[0057] 其中,每个附加LED串还包括与其各自的LED串联的开关。[0058] 实施例5.根据实施例3-4中任一个所述的LED驱动系统,其中,控制器配置为实施包括以下步骤的控制方案能够以所列出的顺序来执行这些步骤:[0059] i例如由所述控制器将所述串中的所有开关即,所述第一开关和所述至少一个附加LED串如果存在的话中的每个串中所存在的开关设置为接通即,闭合;[0060] ϋ例如由所述控制器测量所述串中的所有开关S卩,所述第一开关和所述至少一个附加LED串如果存在的话中的每个串中所存在的开关的单独的开关电流;[0061] iii例如由所述控制器整合这些开关电流;[0062] iv—旦在开关处于接通的、所有存在电流的串中具有最低电压LED的LED串中的整合电流达到针对该LED串的预定参考值,则例如由所述控制器将该LED串中的开关切换为断开即,打开;[0063] V重复步骤iv,直到所述串中的所有串联开关即,所述第一开关和与所述至少一个附加LED串如果存在的话中的每个串串联存在的开关都断开即,打开。[0064]实施例6.根据实施例5所述的LED驱动系统,其中,所述预定参考值是针对每个LED串单独设置的。[0065] 实施例7.根据实施例5-6中任一个所述的LED驱动系统,其中,通过所述控制方案将所述第一LED串S卩,全部LED串中具有最高电压LED的LED串调节到针对所述第一LED串的预定参考值。[0066] 实施例8.根据实施例7所述的LED驱动系统,其中,针对所述第一LED串的预定参考值等于所述电源转换器生成的恒定电流和所有其他LED串S卩,所述第二LED串和所有其他至少一个附加LED串如果存在的话中的平均电流的总和之间的差。[0067] 实施例9.根据实施例3-8中任一个所述的LED驱动系统,其中,所述第一LED串不包括与所述第一LED串联的开关。[0068] 实施例10.根据实施例5-9中任一个所述的LED驱动系统,其中,所述控制方案还包括:[0069] vi每个切换循环Ts重复步骤i到步骤V。[0070]实施例11.根据实施例10所述的LED驱动系统,其中,所述切换循环Ts为等于所述电源转换器的切换频率fs的倒数的时长。[0071] 实施例12.根据实施例1-11中任一个所述的LED驱动系统,其中,由所述控制器接收的输入信号为照明控制信号。[0072]实施例13.根据实施例12所述的LED驱动系统,其中,所述照明控制信号是从环境光、至少一个颜色传感器或者其二者获得的。[0073]实施例14.根据实施例12所述的LED驱动系统,其中,所述照明控制信号是从环境光获得的。[0074]实施例15.根据实施例12所述的LED驱动系统,其中,所述照明控制信号是从至少一个颜色传感器获得的。[0075]实施例16.根据实施例12所述的LED驱动系统,其中,所述照明控制信号是从环境光和至少一个颜色传感器获得的。[0076] 实施例17.根据实施例12-16中任一个所述的LED驱动系统,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于针对存在的每个LED串S卩,所述第一和第二LED串和所述至少一个附加LED串如果存在的话的期望照明水平而从所述照明控制信号导出的。[0077] 实施例18.根据实施例17所述的LED驱动系统,其中,所述控制器中的照明控制是通过脉冲宽度调制PWM调光来执行的。[0078] 实施例19.根据实施例17所述的LED驱动系统,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光来执行的。[0079] 实施例20.根据实施例17所述的LED驱动系统,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光或PWM调光来执行的。[0080] 实施例21.根据实施例17所述的LED驱动系统,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光和PWM调光来执行的。[0081] 实施例22.根据实施例1-21中任一个所述的LED驱动系统,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于来自所述控制器的所述输出控制信号的总和。[0082]实施例23.根据实施例1-22中任一个所述的LED驱动系统,其中,所述负载与所述电源转换器并联连接。[0083] 实施例24.根据实施例1-23中任一个所述的LED驱动系统,其中,所述电源转换器是配置为接收AC输入的交流-DCAC-DC电源转换器。[0084] 实施例25.根据实施例1-23中任一个所述的LED驱动系统,其中,所述电源转换器是配置为接收DC输入的DC-DC电源转换器。[0085] 实施例26.根据实施例1-23中任一个所述的LED驱动系统,其中,所述电源转换器是降压转换器。[0086] 实施例27.根据实施例1-3和12-16中任一个所述的LED驱动系统,其中,所述负载还包括至少一个附加LED串,其中,每个附加LED串包括颜色与所有其他附加LED串的颜色不同并且还与所述第一和第二颜色不同的LED。[0087] 实施例28.—种使用LED驱动系统控制多个LED的方法,其中,所述LED驱动系统为根据实施例1-27中任一个所述的系统,其中,所述方法包括以下步骤能够以所列出的顺序来执行这些步骤:[0088] i例如由所述控制器将所述串中的所有开关即,所述第一开关和所述至少一个附加LED串如果存在的话中的每个串中所存在的开关设置为接通即,闭合;[0089] ϋ例如由所述控制器测量所述串中的所有开关S卩,所述第一开关和所述至少一个附加LED串如果存在的话中的每个串中所存在的开关的单独的开关电流;[0090] iii例如由所述控制器整合这些开关电流;[0091] iv—旦在开关处于接通的、所有存在电流的串中具有最低电压LED的LED串中的整合电流达到针对该LED串的预定参考值,则例如由所述控制器将该LED串中的开关切换为断开即,打开;[0092] V重复步骤iV,直到所述串中的所有开关即,所述第一开关和与所述至少一个附加LED串如果存在的话中的每个串串联存在的开关都断开即,打开。[0093]实施例29.根据实施例28所述的方法,其中,所述预定参考值是针对每个LED串单独设置的。[0094]实施例30.根据实施例28-29中任一个所述的方法,其中,通过所述控制方案将所述第一LED串S卩,所有LES串中具有最高电压LED的LED串调节到针对所述第一LED串的预定参考值。[0095]实施例31.根据实施例30所述的方法,其中,针对所述第一LED串的预定参考值等于所述电源转换器生成的恒定电流和所有其他LED串S卩,所述第二LED串和所有其他至少一个附加LED串如果存在的话中的平均电流的总和之间的差。[0096] 实施例32.根据实施例28-31中任一个所述的方法,其中,所述第一LED串不包括与所述第一LED串联的开关。[0097] 实施例33.根据实施例28-32中任一个所述的方法,还包括:[0098] vi每个切换循环Ts重复步骤i到步骤V。[0099]实施例34.根据实施例33所述的方法,其中,所述切换循环Ts为等于所述电源转换器的切换频率fs的倒数的时长。[0100]实施例35.根据实施例28-34中任一个所述的方法,其中,由所述控制器接收的输入信号为照明控制信号。[0101]实施例36.根据实施例35所述的方法,其中,所述照明控制信号是从环境光、至少一个颜色传感器或者其二者获得的。[0102]实施例37.根据实施例35所述的方法,其中,所述照明控制信号是从环境光获得的。[0103]实施例38.根据实施例35所述的方法,其中,所述照明控制信号是从至少一个颜色传感器获得的。[0104]实施例39.根据实施例35所述的方法,其中,所述照明控制信号是从环境光和至少一个颜色传感器获得的。[0105] 实施例40.根据实施例35-39中任一个所述的方法,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于针对存在的每个LED串S卩,所述第一和第二LED串和所述至少一个附加LED串如果存在的话的期望照明水平而从所述照明控制信号导出的。[0106] 实施例41.根据实施例40所述的方法,其中,所述控制器中的照明控制是通过脉冲宽度调制PWM调光来执行的。[0107] 实施例42.根据实施例40所述的方法,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光来执行的。[0108] 实施例43.根据实施例40所述的方法,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光或PffM调光来执行的。[0109] 实施例44.根据实施例40所述的方法,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光和PffM调光来执行的。[0110] 实施例45.根据实施例28-44中任一个所述的方法,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于来自所述控制器的所述输出控制信号的总和。[0111] 实施例46.根据实施例1-27中任一个所述的LED驱动系统或根据实施例28-45中任一个所述的方法,其中,所述电源转换器包括正好一个电感器。[0112] 从以下通过举例说明的方式给出的示例中,可以更好地理解本发明及其众多的益处。以下示例说明本发明的方法、应用、实施例和变化中的一些。当然,它们不会被认为限制本发明。可以对本发明作出许多变动和修改。[0113]示例 I[0114] —种LED驱动系统被制造用于驱动不同颜色的三个N=3LED串。在图6的框图中示出所制造的系统。该系统被设置为使用PWM调光,并且所使用的电源转换器拓扑是降压转换器。电源转换器所产生的恒定电流通过使用两个N-1个模块化控制器而在三个N个串之间共享。这些控制器监测流过开关{S^Ss}的电流{isi,is2},并且这些电流被整合以产生VX1,VX2。将这些电压VX1,VX2与控制信号{vcl,vc2}比较来生成信号{G1G2}以在两个N-1f串除了具有最尚电压的串以外的串之间共孚电流iL。在稳定状态下,整合后的开关电流等于LED串中的平均电流,因为电容器C1,C2中的平均电流=0。在每个切换周期Ts的开始,开关&,S2I保持接通。这通过利用电源转换器控制信号“G”作为用于两个N-1个模块化控制器D触发器的时钟的简单逻辑来实现。即使开关{S^Ss}在切换循环的开始保持接通,电流iS1仍仅在具有最低电压V1的LED串中流动,而其他串中的电流iS2,iS3在该循环的刚开始由ΐνΐ〈ν2〈ν3而为零或近似为零,这使得二极管{D2,D3}反向偏置。一旦VX1达到参考值VQ,该串中的开关S1被断开,而电流开始在具有电压V2〈V3的串中流动。在第二个串中重复该过程。在对两个N-1个串中的平均电流进行控制后,第三个第N个串具有最高电压的串中的平均电流也被调节到由VC3VCN所限定的期望值。这是因为k取决于VC1+VC2+VC3Evcn。如图6所见,使用混合电路模拟+数字来实现控制方案。[0115] 对这种N=3的彩色LED驱动系统进行测试以确定该系统的参数。图7示出针对该系统的稳态波形。图8分别示出电感器电流k和针对S^SdPS的控制逻辑信号G1JdPG的实验波形。图9示出关于控制信号GjPG2的调制器控制器电压VX1、VX2的实验波形。图10分别示出二极管01、02、03中的节点电压^和电流^1、152、^3的实验波形。图11示出1^串电压¥1、v2、V3的实验波形。图12示出LED串电流h、i2、i3的实验波形。图13分别示出利用33%、66%和100%的PffM调光对串1、2和3的控制信号vpl、vp2、vp3的电感器电流iL的实验波形。[0116] 应当理解,本文所述的示例和实施方案仅用于说明的目的,并且根据其的各种修改和变更会被建议给本领域技术人员且会被包括在本申请的精神和范围之内。[0117] 本文所提及或引用的所有的专利、专利申请、临时申请和公开文献包括“参考文献”章节中的那些通过引用整体地并入本文,包括所有图片和表格,以致其不会与本说明书的明确教导不一致。[om]参考文献[0119] ChenHu;YuanjunZhang;XinkeWu,^State-of-the-artmultipleoutputshighbrightnessHBLEDdrivingtechnology〃,应用电力电子学会议暨展示会APEC,2014年第21届IEEE年会,卷号3284-3289页,2014年3月16-20日。[0120] XiaohuiQUjaCurrentsharingtechniquesinLEDDrivers”,工业电子协会,IEC0N2013-1EEE第39届年会,2013年ll月10-13日。[在线]网址:http:www.iecon2013.0rgfilesIEC0N2013—IF7_05_Qu.pdf。[0121] XinkeWu;ChenHu;JunmingZhang;ChenZhaoj^Series-ParallelAutoregulatedCharge-BalancingRectifierforMult1utputLight-EmittingD1deDriver〃,工业电子学IEEE会刊,61卷第3号,1262-1268页,2014年3月。[0122] JunmingZhang;JianfengWang;XinkeWu,〃ACapacitor-1solatedLEDDriverWithInherentCurrentBalanceCapability〃,工业电子学IEEE会刊,59卷第4号,1708-1716页,2012年4月。[0123] YijieYu;FanghuaZhang;JianjunNi,,,CapacitorClampedCurrent-SharingCircuitforMultistringLEDs〃,工业电子学IEEE,61卷第5号,2423-2431页2014年5月。[0124] SungjinChoi;TaeHoonKim,,,SymmetricCurrent-BalancingCircuitforLEDBacklightWithDimming〃,工业电子学IEEE会刊,59卷第4号,1698-1707页,2012年4月。[0125] Yu-LiangLin;Huang-JenChiu;Yu-KangLo;Chung-MingLeng,〃LEDBacklightDriverCircuitWithDual-ModeDimmingControlandCurrent-BalancingDesign,,,工业电子学IEEE会刊,61卷第9号,4632-4639页,2014年9月。[0126] RuihongZhang;ChungjH.S.-H.,^Transformer-1solatedResonantDriverforParallelStringsWithRobustBalancingandStabilizat1nofIndividualLEDCurrent〃,电力电子学IEEE会刊,29卷第7号,3694-3708页,2014年7月。[0127] Zhang,R.;Chung,H.S.-H.,"UseofDaisy-ChainedTransformersforCurrent-BalancingMultipleLEDStrings〃,电力电子学IEEE会刊,29卷第3号,1418-1433页,2014年3月。[0128] XinkeWu;ZhaohuiWang;JunmingZhang,"DesignConsiderat1nsforDual-OutputQuas1-ResonantFlybackLEDDriverWithCurrent-SharingTransformer〃,电力电子学IEEE会刊,28卷第10号,4820-4830页,2013年10月。[0129] YuequanHu;Jovanovic,M.M.,〃Anewcurrent-balancingmethodforparalleledLEDstrings〃,应用电力电子学会议暨展示会APEC,2011年第26届IEEE年会,卷号,.705-712页,2011年3月6-11日。[0130] Huang-JenChiu;Shih-JenCheng,〃LEDBacklightDrivingSystemforLarge-ScaleLCDPanels",工业电子学ffiEE会刊,54卷第5号,2751-2760页,2007年10月。[0131] SiNanLi;Zhong,ff.X.;ffuChen;Hui,S.S.Y.,"NovelSelf-ConfigurableCurrent-MirrorTechniquesforReducingCurrentImbalanceinParallelLight-EmittingD1deLEDStrings〃,电力电子学IEEE会刊,27卷第4号,2153-2162页,2012年4月。[0132] YuequanHu;Jovanovic,Μ.Μ.,"LEDDriverWithSelf-AdaptiveDriveVoltage〃,电力电子学IEEE会刊,23卷第6号,3116-3125页,2008年11月。[0133] Hwu,K.1.;Yau,Y.T.,^ApplyingOne-ComparatorCounter-BasedSamplingtoCurrentSharingControlofMultichannelLEDStrings〃,工业应用IEEE会干丨J,47卷第6号,2413-2421页,2011年11-12月。[0134] DietrichjS.;Strache,S.;Lohaus,L.;ffunderlich,R.;Heinen,S.,〃Acapacitor-freesingle-1nductormultiple-outputLEDdriver〃,工业电子协会IEC0N2013-1EEE第39届年会,卷号,6034-6039页,2013年11月10-13日。[0135] HaiChen;YiZhang;DongshengMa,"ASIMOParallel-StringDriverICforDimmableLEDBacklightingWithLocalBusVoltageOptimizat1nandSingleTime-SharedRegulat1nLoop〃,电力电子学IEEE会刊,27卷第I号,452-462页,2012年I月。

权利要求:1.一种发光二极管LED驱动系统,包括:电源转换器,其包括电感器并且配置为提供直流DC输出;控制电路,其配置为接收输入信号并且向所述电源转换器提供输出控制信号;和负载,其连接到所述电源转换器并且接收来自所述电源转换器的DC输出,其中,所述负载包括:第一LED串,其用于第一颜色的第一LED;和第二LED串,其用于与所述第一颜色不同的第二颜色的第二LED,其中,所述第一LED是比所述第二LED电压更高的LED,并且其中,所述第二LED串包括与所述第二LED串联的第一开关。2.根据权利要求1所述的LED驱动系统,其中,所述负载还包括至少一个附加LED串,其中,每个附加LED串包括颜色与所有其他附加LED串的LED的颜色不同并且还与所述第一颜色和第二颜色不同的LED,其中,每个附加LED串的LED是比所述第一LED电压更低的LED,并且其中,每个附加LED串还包括与其各自的LED串联的开关。3.根据权利要求1-2中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述控制器配置为实施包括以下步骤的控制方案:i将所述串中的所有开关设置为接通;ii测量所述串中的所有开关的单独的开关电流;iii整合这些开关电流;iv—旦在开关处于接通的、所有存在电流的串中具有最低电压LED的LED串中的整合电流达到针对该LED串的预定参考值,则将该LED串中的开关切换为断开;V重复步骤iv,直到所述串中所有串联开关都断开。4.根据权利要求3所述的LED驱动系统,其中,所述预定参考值是针对每个LED串单独设置的。5.根据权利要求3-4中任一项所述的LED驱动系统,其中,通过所述控制方案将所述第一LED串调节到针对所述第一LED串的预定参考值。6.根据权利要求5所述的LED驱动系统,其中,针对所述第一 LED串的预定参考值等于所述电源转换器生成的恒定电流和所有其他LED串中的平均电流的总和之间的差。7.根据权利要求1-6中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述第一LED串不包括与所述第一LED串联的开关。8.根据权利要求1-8中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述控制方案还包括:vi每个切换循环Ts重复步骤i到步骤V。9.根据权利要求8所述的LED驱动系统,其中,所述切换循环Ts为等于所述电源转换器的切换频率fs的倒数的时长。10.根据权利要求1-9中任一项所述的LED驱动系统,其中,由所述控制器接收的所述输入信号为照明控制信号。11.根据权利要求10述的LED驱动系统,其中,所述照明控制信号是从环境光、至少一个颜色传感器或者其二者获得的。12.根据权利要求10-11中任一项所述的LED驱动系统,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于针对存在的每个LED串的期望照明水平而从所述照明控制信号导出的。13.根据权利要求12述的LED驱动系统,其中,所述控制器中的照明控制是通过脉冲宽度调制PffM调光来执行的。14.根据权利要求12述的LED驱动系统,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光来执行的。15.根据权利要求1-14中任一项所述的LED驱动系统,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于来自所述控制器的所述输出控制信号的总和。16.根据权利要求1-15中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述负载与所述电源转换器并联连接。17.根据权利要求1-16中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述电源转换器是配置为接收AC输入的交流-DCAC-DC电源转换器。18.根据权利要求1-16中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述电源转换器是配置为接收DC输入的DC-DC电源转换器。19.根据权利要求1-16中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述电源转换器是降压转换器。20.根据权利要求1-19中任一项所述的LED驱动系统,其中,所述电源转换器包括正好一个电感器。21.—种使用LED驱动系统控制多个LED的方法,其中,所述LED驱动系统为根据权利要求1-20中任一项所述的系统,其中,所述方法包括以下步骤:i将所述串中的所有开关设置为接通;ii由所述控制器测量所述串中的所有开关的单独的开关电流;iii由所述控制器整合这些开关电流;iv—旦在开关处于接通的、所有存在电流的串中具有最低电压LED的LED串中的整合电流达到针对该LED串的预定参考值,则将该LED串中的开关切换为断开;V重复步骤iv,直到所述串中所有串联开关都断开。22.根据权利要求21所述的方法,其中,所述预定参考值是针对每个LED串单独设置的。23.根据权利要求21-22中任一项所述的方法,其中,通过所述控制方案将所述第一LED串调节到针对所述第一LED串的预定参考值。24.根据权利要求23所述的方法,其中,针对所述第一LED串的预定参考值等于所述电源转换器生成的恒定电流和所有其他LED串中的平均电流的总和之间的差。25.根据权利要求21-24中任一项所述的方法,其中,所述第一LED串不包括与所述第一LED串联的开关。26.根据权利要求21-25中任一项所述的方法,还包括:vi每个切换循环Ts重复步骤i到步骤V。27.根据权利要求26所述的方法,其中,所述切换循环Ts为等于所述电源转换器的切换频率fs的倒数的时长。28.根据权利要求21-27中任一项所述的方法,其中,由所述控制器接收的输入信号为照明控制信号。29.根据权利要求28所述的方法,其中,所述照明控制信号是从环境光、至少一个颜色传感器或者其二者获得的。30.根据权利要求28-29中任一项所述的方法,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于针对存在的每个LED串的期望照明水平而从所述照明控制信号导出的。31.根据权利要求30所述的方法,其中,所述控制器中的照明控制是通过脉冲宽度调制PffM调光来执行的。32.根据权利要求30所述的方法,其中,所述控制器中的照明控制是通过模拟调光来执行的。33.根据权利要求21-32中任一项所述的方法,其中,针对所述电源转换器生成的恒定电流的参考值是基于来自所述控制器的所述输出控制信号的总和。

百度查询: 伦斯勒理工学院 N色可扩展LED驱动器

vip会员权益升级
价格优惠/年费监控/专利管家/定制微网站 关闭