專利名稱：驅(qū)動多個光發(fā)射器件的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及用于驅(qū)動多個諸如光發(fā)射二極管的光發(fā)射器件的電路和方法，更具體來說，涉及用于調(diào)節(jié)驅(qū)動多個光發(fā)射器件的電壓的新穎電路和方法，其中產(chǎn)生有效驅(qū)動所有光發(fā)射器件的最低電壓。
背景技術(shù)：
白光發(fā)射二極管(LED)被廣泛用于手持設(shè)備的顯示，如PDA(個人數(shù)字助理)和蜂窩電話。白LED的特性之一是它們相對高的正向電壓降，而事實上，白LED的正向電壓降相對接近于電池電壓。因此，對于例如在手持應(yīng)用中延長電池壽命來說，驅(qū)動白LED的效率是重要的因素。
用于驅(qū)動手持應(yīng)用中的白LED的現(xiàn)代技術(shù)通常采用兩種類型調(diào)節(jié)器之一電荷泵和基于電感器的升壓(boost)轉(zhuǎn)換器。兩種類型的調(diào)節(jié)器都將輸入電壓(例如，鋰離子電池)“逐步升高(step-up)”到偏置LED所需的更高電壓。在等于輸入電壓乘以“逐步升高”量的輸出電壓處，電荷泵實現(xiàn)其最高效率。在白LED應(yīng)用中，如果驅(qū)動白LED所必要的電壓小于實現(xiàn)最高效率的輸出電壓時，由電荷泵產(chǎn)生的附加電壓表示有效效率損失。由于這個原因，白LED應(yīng)用中電荷泵的有效效率具有對輸入電壓的強依賴性(其隨1/Vin變化)。多模式電荷泵以附加電路和成本為代價來改進有效效率。另一方面，已知基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器可達到比包括多模式電荷泵的電荷泵可實現(xiàn)的性能水平更高的性能水平。在基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，在輸入和輸出電壓范圍方面，降壓-升壓(buck-boost)DC-DC轉(zhuǎn)換器被認為是最魯棒的。
在實施白LED顯示的過程中，例如，多個白LED串聯(lián)或者并聯(lián)連接到調(diào)節(jié)器的輸出。盡管提供了完美的電流匹配，多個LED的串聯(lián)連接仍需要所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生高得多的輸出電壓來驅(qū)動白LED。該方案具有需要較昂貴的組件來經(jīng)受較高電壓的缺點。此外，在采用基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器的情況中，在較高輸出輸入電壓比率處的效率被降低。串聯(lián)連接還具有眾所周知的“圣誕樹燈問題”。一個組件中的故障影響整個串。另一方面，驅(qū)動并聯(lián)的多個LED消除了高電壓問題并且可獲得較高的效率，但是需要鎮(zhèn)流(ballasting)來實現(xiàn)好的電流匹配。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的主題在驅(qū)動多個并聯(lián)連接的諸如白光發(fā)射二極管(LED)的光發(fā)射器件時通過產(chǎn)生最低有效驅(qū)動電壓來使功率效率最大化。
所公開的主題還提供一種電路，其包括被配置和選擇用于當驅(qū)動多個并聯(lián)連接的光發(fā)射器件時使功率效率最大化的元件。
在本公開內(nèi)容的一個方面，驅(qū)動電路控制調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)待提供到多個光發(fā)射器件所并聯(lián)連接的供電節(jié)點的供電電壓。偏置電路與相應(yīng)的光發(fā)射器件串聯(lián)連接。所述驅(qū)動電路可包括檢測電路，其被配置用于接收來自相應(yīng)偏置電路的信號，并且作為響應(yīng)，基于該信號來檢測哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降。該驅(qū)動電路還包括控制電路，其耦合到所述檢測電路并且被配置用于產(chǎn)生控制信號以控制該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生有效驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的電壓。
在一個實施例中，所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓。在所述節(jié)點中，承載最高電壓的對應(yīng)節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降。所述檢測電路可被配置用于檢測所述最高電壓，并且可包含OR-電路，該OR-電路包括多個NPN-晶體管，其基極分別接收來自偏置電路的信號以輸出對應(yīng)于所述最高電壓的電壓。
所述控制電路可被配置用于比較由所述檢測電路檢測到的最高電壓與預(yù)定的基準電壓，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生所述控制信號。該控制電路可以是第一跨導(dǎo)放大器，其被配置用于基于所述最高電壓和基準電壓之間的差來供應(yīng)(sourcing)或者汲取(sinking)電流作為控制信號。所述基準電壓被選擇以便于控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓。
所述驅(qū)動電路可包括第二跨導(dǎo)放大器，其被配置用于當輸出節(jié)點處的輸出電壓超過預(yù)定電壓時汲取從第一跨導(dǎo)放大器供應(yīng)的預(yù)定量電流。
作為選擇，所述檢測電路可被配置用于當所述節(jié)點中承載最低電壓的對應(yīng)節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降時檢測所述最低電壓。在該情況中，所述檢測電路可包含OR-電路，該OR-電路包括多個PNP-晶體管，其基極分別接收來自偏置電路的信號以輸出對應(yīng)于所述最低電壓的電壓。
所述控制電路還可以被配置用于比較由所述檢測電路檢測到的最低電壓與預(yù)定的基準電壓，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生所述控制信號。所述基準電壓以便于控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓。
所述驅(qū)動電路可進一步包括選擇器，其連接在所述檢測電路和控制電路之間，用于比較來自所述檢測電路的最低電壓與通過在輸出節(jié)點處按比例降低所述輸出電壓而獲得的按比例降低的電壓，從而選擇最高電壓。所述控制電路可被配置用于比較由所述選擇器選擇的最高電壓與所述基準電壓。
在本公開內(nèi)容的另一個方面，提供了一種檢測器電路，其包含輸入節(jié)點和檢測電路。所述輸入節(jié)點被設(shè)置用于分別接收來自與多個光發(fā)射器件串聯(lián)連接的偏置電路的信號，其中所述光發(fā)射器件并聯(lián)連接到供電節(jié)點。所述檢測電路響應(yīng)于輸入節(jié)點上的信號以便于檢測哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降。
在本公開內(nèi)容的再一個方面，提供了一種用于驅(qū)動多個光發(fā)射器件的方法，所述光發(fā)射器件并聯(lián)連接到供電節(jié)點并且其每個串聯(lián)連接到用于偏置光發(fā)射器件的相應(yīng)偏置電路。將施加到供電節(jié)點的供電電壓被調(diào)節(jié)。來自相應(yīng)偏置電路的信號被接收，并且隨后基于該信號來檢測哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降。作為響應(yīng)，產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)步驟的控制信號以便于使供電電壓達到有效驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的最低電壓。
根據(jù)下列詳細描述，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說本發(fā)明另外的優(yōu)點將變得很明顯，其中只是簡單借助于對實現(xiàn)本發(fā)明所預(yù)期的最佳模式的說明來示出和描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。正如將會認識到的，本發(fā)明可以有其它的和不同的實施例，并且其幾個細節(jié)能夠在各種明顯的方面加以修改，所有這些都不背離本發(fā)明。因此，附圖和說明書在本質(zhì)上應(yīng)被認為是說明性的而不是限制性的。


為了舉例而不是限制，在附圖中說明了本發(fā)明，并且其中相似的參考數(shù)字指的是類似的元件，并且其中圖1是塊圖，示出了用于驅(qū)動多個LED的驅(qū)動電路的基本配置。
圖2是用于偏置每個LED的低跌落(dropout)電流源的電路圖。
圖3是圖1所示驅(qū)動電路的詳細電路圖。
圖4是詳細電路圖，示出了圖3所示的最大電壓檢測器和跨導(dǎo)放大器。
圖5是電路圖，示出了所述驅(qū)動電路的可替換實施例。
具體實施例方式
圖1示出了用于驅(qū)動多個LED，如白LED的驅(qū)動電路的基本配置。驅(qū)動電路10包括調(diào)節(jié)器12，其調(diào)節(jié)待施加到輸出節(jié)點14的輸出電壓，多個LED D1-Dn并聯(lián)連接到所述節(jié)點。LED D1-Dn中的每個可與用于控制LED D1-Dn電流的諸如電流源(ISRC1，...，ISRCn)的鎮(zhèn)流串聯(lián)連接。
由于正常的制造變化或者不等的電流偏置，LED D1-Dn的每個上的正向電壓降可能彼此不同。因此調(diào)節(jié)器12必須以維持高功率效率的盡可能低的大小來產(chǎn)生高到足以偏置所有LED D1-Dn的輸出電壓。在本公開內(nèi)容中所采用的原理是通過確定哪一個被偏置的LED D1-Dn具有最高正向電壓降來獲得最高的功率效率并基于具有最高正向電壓降的那個LED來控制所有LED D1-Dn。
在圖1中，控制器16確定被偏置的多個LED D1-Dn中的哪一個具有最高正向電壓降。然后，控制器16產(chǎn)生用于閉合這樣的特定LED上的調(diào)節(jié)環(huán)(regulation loop)的控制信號?？刂破?6控制調(diào)節(jié)器12以使有效驅(qū)動具有最高正向電壓降的LED的最低輸出電壓施加到輸出節(jié)點14。該最低輸出電壓代表盡可能低然而又高到足夠有效驅(qū)動(偏置)所有LED D1-Dn的驅(qū)動電壓的大小。
所描述的實施例實現(xiàn)與LED D1-Dn中的每一個串聯(lián)的常規(guī)的、鎮(zhèn)流的電流源，用于提供驅(qū)動電流給每個器件。舉例來說，圖2示出電流源ISRCn的實施例，其用于控制到LED D1的電流。電流源ISRCn可包括n-型MOS晶體管T1和T2以及放大器A，它們一起構(gòu)成用于偏置LED D1的電流鏡。
晶體管T1的漏連接到放大器A的非反相輸入，晶體管T2的漏連接到放大器A的反相輸入，而放大器A的輸出連接到系在一起的晶體管T1和T2的柵。電阻器RGATE為了穩(wěn)定性而被包括，并且不影響電流源ISRCn的DC工作。
基準電流Iref通過晶體管T1和T2以增益K來鏡像從而使程序電流(program current)KIref流過LED D1。放大器A伺服晶體管T1的柵電壓從而保持其偏置在基準電流Iref上，并且使晶體管T1的漏電壓匹配晶體管T2的漏電壓。這允許晶體管T2在三極管或者線性區(qū)中以低絕對漏電壓來工作，同時仍然匹配晶體管T1的漏電流。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，因子K是晶體管T1，T2幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)。
該電流源ISRCn被特別設(shè)計用于低跌落工作，因為它使晶體管T2能夠以低絕對漏電壓來工作。通過將該電流源與本公開內(nèi)容中的解決方案組合，可通過將該電流源上的電壓維持在盡可能低但是又大到足以控制其LED在額定水平發(fā)光來實現(xiàn)高效驅(qū)動電壓調(diào)節(jié)。
在本實施例中，如所描述的，使用MOS晶體管來形成特定電流鏡電路。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說明顯的是，可以例如通過采用雙極晶體管，或者使用不同的電路技術(shù)來實現(xiàn)具有不同配置的電流鏡。
圖3是圖1中所示驅(qū)動電路10的示例性實施例的較詳細圖解。參考圖3，控制電路16被配置為接收來自相應(yīng)的電流源ISRC1-ISRCn的信號，每個所述電流源具有與圖2中所示的電流源ISRCn相同的配置。如上所述，控制電路16首先確定LED D1-Dn中的哪一個具有最高正向電壓降。對于這樣的確定，由于漏和柵電壓分別為LED正向電壓降的線性和倒數(shù)函數(shù)，所以可以監(jiān)視這些晶體管的漏電壓或者柵電壓。在所描述的實施例中，控制電路16接收相應(yīng)電流源ISRC1到ISRCn中的晶體管T2的柵電壓GATE1-GATEn以檢測哪一個LED具有最高正向電壓降。由于電流源ISRC1-ISRCn中的每個都以相同的基準電流Iref來偏置，所以在柵電壓GATE1-GEATEn中，最高柵電壓對應(yīng)于任何電流源ISRC1-ISRCn中的晶體管T2的最低對應(yīng)(counterpart)漏電壓。這又辨識了哪一個LED具有最高正向電壓降。例如，典型的漏電壓為50-100mV。
將理解，被實施用來確定哪一個LED具有最高正向電壓降的檢測電路不限于上述配置。根據(jù)例如所采用的電流源的拓撲，其它配置是可能的。
為了進行最大柵電壓確定，控制器16可包括最大電壓檢測器(或選擇器)20以及跨導(dǎo)放大器22和24。最大電壓檢測器20被配置用于接收來自相應(yīng)電流源ISRC1-ISRCn的柵電壓GATE1-GATEn，并檢測柵電壓GATE1-GATEn中的最高者。最大電壓檢測器20輸出對應(yīng)于所檢測到的最高柵電壓的電壓GATEmax。來自最大電壓檢測器20的電壓GATEmax被提供到跨導(dǎo)放大器22的非反相輸入，其中反相輸入接收基準電壓Vref1?？鐚?dǎo)放大器22的輸出在節(jié)點30連接到電容器C1。連接在節(jié)點30和地之間的電容器C1是用于調(diào)節(jié)環(huán)的補償電容器并且提供控制電壓Vc到降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器12a，該轉(zhuǎn)換器進行對用于提供給LED D1-Dn的電壓VOUT的調(diào)節(jié)。
基準電壓Vref1被選擇以便于控制調(diào)節(jié)環(huán)產(chǎn)生有效驅(qū)動具有最高電壓降的LED D1-Dn之一的基本上最低的輸出電壓。在采用電流源ISRC1-ISRCn的情形中，可以基于電流源ISRC1-ISRCn的每個中的放大器A的內(nèi)部特性來確定基準電壓Vref1。如上所述，電壓GATEmax對應(yīng)于電流源ISRC1-ISRCn的任何一個中的晶體管T1和T2當中的最低漏電壓。換句話說，柵電壓越高，則漏電壓越低。因此，當電壓GATEmax等于基準電壓Vref1時，在放大器A能夠在其高增益共模范圍，即激活區(qū)內(nèi)工作的條件下，最高可能電壓可被選擇為基準電壓Vref1。否則，電流源ISRC1-ISRCn的每個不能使晶體管T2在匹配晶體管T1的漏電流的同時能夠以低絕對漏電壓來工作。理想的是設(shè)置基準電壓Vref1以使放大器A可在其輸出共模范圍內(nèi)的較高區(qū)中工作。
調(diào)節(jié)環(huán)將節(jié)點14處的輸出電壓VOUT伺服為一個電壓以使電壓GATEmax等于基準電壓Vref1。當電壓GATEmax高于基準電壓Vref1時，跨導(dǎo)放大器22向節(jié)點30供應(yīng)電流。另一方面，當電壓GATEmax低于基準電壓Vref1時，跨導(dǎo)放大器22從節(jié)點30汲取電流。因此用于降壓-升壓DC-DC電路12a的控制電壓Vc依賴于跨導(dǎo)放大器22的供應(yīng)和汲取電流而變化。
驅(qū)動電路10可進一步包括跨導(dǎo)放大器24，其作為有源鉗位(activeclamp)被提供以防止輸出電壓失控，如果LED D1-Dn中的任何一個成為開路，則可發(fā)生這種情況?？鐚?dǎo)放大器24具有耦合到電阻器R1和R2的結(jié)的反相輸入以及耦合到基準電壓Vref2的非反相輸入?？鐚?dǎo)放大器24可被設(shè)計為使得當電壓VOUT升到[Vref2(R2+R1)/R1]時，該放大器開始汲取電流，其大小相當于放大器22在一個或多個LED開路時將供應(yīng)的最大電流。[Vef2(R2+R1)/R1]的電平被適當?shù)卦O(shè)置得遠離預(yù)期的LED正向電壓以便放大器24不干擾正常的工作?；鶞孰妷篤ref2和電阻器R1和R2可被確定成與為驅(qū)動電路10而采納的條件一致。
降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器12a被供以跨導(dǎo)放大器22所控制的控制電壓Vc從而產(chǎn)生用于具有最高正向電壓降的那個特定LED的最低驅(qū)動電壓。一般來說，降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器工作于降壓模式、升壓模式或者降壓-升壓模式。在降壓模式中，轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)小于輸入電壓的輸出電壓。在升壓模式中，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)大于輸入電壓的輸出電壓。在降壓和升壓模式中，少于全部的內(nèi)部開關(guān)被切換為ON和OFF以調(diào)節(jié)輸出電壓，從而節(jié)約功率。在降壓-升壓模式中，所有開關(guān)切換為ON和OFF以將輸出電壓調(diào)節(jié)為大于、小于或者等于輸入電壓的值。降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器被詳細公開在美國專利No.6,166,527中，其在此引入作為參考。當然，其它類型的基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器以及電荷泵可取代降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器而被采納用于驅(qū)動電路10。
此外，驅(qū)動電路10可包括連接在節(jié)點14和地之間的電阻器C2，其用作保持DC輸出電壓的輸出旁路電容器。當降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器12a不遞送電流時，電容器C2遞送電流給負載，即LED D1-Dn。
圖4示出最大電壓檢測器20以及跨導(dǎo)放大器22和24的電路配置的例子，它們被提供在供電電壓Vcc和GND之間。
最大電壓檢測器20包含OR-電路，其包括多個NPN-晶體管QG1-QG12。在圖4中，在有12個電流源的假定下配置最大電壓檢測器20。晶體管QG1-QG12的所有基極分別系于潛在(potentially)不同的電壓，即來自相應(yīng)電流源ISRC1-ISRCn的柵電壓GATE1-GATEn。晶體管QG1-QG12的所有發(fā)射極系在一起。在最大電壓檢測器20中，最高的晶體管QG1-QG12中的那一個的那個基極電壓將是確定所連接的發(fā)射極處的電壓的那個電壓(圖3中所示的GATEmax)。例如，當晶體管QG1的基極具有在大小上比其它基極高100mV的電壓時，晶體管QG1將傳導(dǎo)電流I3，并且其它晶體管被基本上關(guān)斷。因此，可以獲得DC電平移位的最高柵電壓，GATEmax。
跨導(dǎo)放大器22由NPN差動對晶體管Q1和Q2來實施，并且跨導(dǎo)放大器24由具有尾電流I2的NPN差動對晶體管Q3和Q4來類似地實施。
由圖4中的最大電壓檢測器20產(chǎn)生的DC電平移位的GATEmax電壓被耦合到跨導(dǎo)放大器22的非反相輸入。在圖4中，GATEmax電壓由晶體管QG1-QG12中接收最高柵電壓的一個來進行電平移位，即GATEmax＝VIN-VBE。因此，用電流源I4偏置的晶體管QGREF將基準電壓Vref1電平移位至(Vref1-VBE)，使得GATEmax電壓和基準電壓Vref1被跨導(dǎo)放大器22適當?shù)乇容^。
晶體管對M1-M2，M3-M4和M5-M6構(gòu)成電流鏡，用于對節(jié)點30處的電流執(zhí)行適當求和，以便于產(chǎn)生降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器12a的控制電壓Vc。晶體管Q1的集電極電流由晶體管M1和M2以單位增益(unity gain)來鏡像，其表示到節(jié)點30的供應(yīng)電流。晶體管Q2的集電極電流由晶體管M3和M4以單位增益來鏡像，并且由晶體管M5和M6以單位增益再次鏡像，其表示來自節(jié)點30的汲取電流。當供應(yīng)到節(jié)點30的電流M2等于從節(jié)點30汲取的電流M6時獲得平衡點。在這樣的情形中，晶體管Q1和Q2的集電極電流相等，因此GATEmax電壓和基準電壓Vref1相等。在該條件下，驅(qū)動LED D1-Dn的最低電壓由降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器12a施加到輸出節(jié)點14。
如上所述，驅(qū)動電路10基于具有最高正向電壓降的那個特定LED來驅(qū)動LED D1-Dn。驅(qū)動電路10將輸出電壓控制為有效驅(qū)動具有最高正向電壓降的這樣的特定LED的最低電壓。盡管該電壓對于那個特定LED來說是最低電壓，但是該電壓高到足以驅(qū)動所有并聯(lián)連接的LED。因此，用于驅(qū)動多個LED的功率效率提高，這是因為驅(qū)動所有LED的最低有效驅(qū)動電壓被施加到輸出節(jié)點14。另外，通過采用降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器和圖2中所示的低跌落電流源，功率效率可被最大化。
可替換實施例圖5示出了驅(qū)動電路10的可替換實施例，為了同樣的目的，其利用電流源ISRCn-ISRCn內(nèi)的晶體管T1和T2的漏電壓而不是柵電壓。如所說明的，電流源ISRC1-ISRCn中的最低漏電壓辨識哪一個被偏置的LED D1-Dn具有最高正向電壓降。
參看圖5，驅(qū)動電路40包括最小電壓檢測器(或選擇器)42，以檢測圖2中電流源ISRCn的相應(yīng)晶體管T1和T2中的漏電壓DRAIN1-DRAINn的最低者。因此，從最小電壓檢測器42輸出對應(yīng)于最低漏電壓的電壓DRAINmin?？赏ㄟ^使用包括多個PNP-晶體管的OR-電路來實現(xiàn)最小電壓檢測器42，其與圖4中所示的最大電壓檢測器20的配置是互補的配置。
驅(qū)動電路40進一步包括最大電壓檢測器44，其接收來自最小電壓檢測器42的電壓DRAINmin以及通過在形成分壓器的電阻器R3和R4處劃分輸出電壓VOUT而獲得的按比例降低的電壓。最大電壓檢測器44檢測或者選擇電壓DRAINmin和該按比例降低的電壓中的較高者。如下面更詳細說明的，該最大電壓檢測器44充當有源鉗位。最大電壓檢測器44的輸出被提供給跨導(dǎo)放大器46的反相輸入，該放大器的非反相輸入耦合到基準電壓Vref3。類似于圖3和圖4中的放大器22，跨導(dǎo)放大器46根據(jù)基準電壓Vref3和來自最大電壓檢測器44的輸出之間的差來提供電流給節(jié)點30，以控制降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器12a。
基準電壓Vref3被選擇以便于控制調(diào)節(jié)環(huán)產(chǎn)生有效驅(qū)動具有最高正向電壓降的那個LED的基本上最低的輸出電壓。在采用電流源ISRC1-ISRCn的情形中，可基于電流源ISRC1-ISRCn的每個中的放大器A的內(nèi)部特性來確定基準電壓Vref3。漏電壓越低，則驅(qū)動具有最高正向電壓降的LED所必要的驅(qū)動電壓越低。因此，當來自最大電壓檢測器44的輸出電壓(電壓DRAINmin或者所述按比例下降的電壓)變得等于基準電壓Vref3時，在放大器A能夠在其高增益共模范圍，即激活區(qū)內(nèi)工作的條件下，最低可能電壓可被選擇為基準電壓Vref3。否則，電流源ISRC1-ISRCn不能使晶體管T2在匹配晶體管T1的漏電流的同時以低絕對漏電壓來工作。理想的是設(shè)置基準電壓Vref3以使放大器A可在其輸入共模范圍內(nèi)的較低范圍中工作。
最大電壓檢測器44防止過量的電壓施加到輸出節(jié)點14。當LEDD1-Dn之一是開路時，漏電壓DRAIN1-DRAINn中對應(yīng)的一個下跌(collapse)到地，并且作為響應(yīng)，來自最小電壓檢測器42的電壓DRAINmin將處于地電壓。如果地電壓被輸入到跨導(dǎo)放大器46，則該放大器供應(yīng)較多的電流給節(jié)點30。這導(dǎo)致來自降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器12a的輸出增加。然而，即使電壓DRAIN1-DRAINn之一下跌到地，最大電壓檢測器44也選擇所述按比例降低的電壓而不是具有地電壓的電壓DRAINmin。因此，所述按比例降低的電壓被輸入到跨導(dǎo)放大器46，使得調(diào)節(jié)環(huán)被適當?shù)鼐S持。
如上所述，驅(qū)動電路40使用兩個不同的調(diào)節(jié)環(huán)?；趤碜宰钚‰妷簷z測器42的電壓DRAINmin來控制第一調(diào)節(jié)環(huán)。基于輸入到最大電壓檢測器44的所述按比例降低的電壓來控制第二調(diào)節(jié)環(huán)。
將理解，為了適當?shù)卣{(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)環(huán)，可根據(jù)基準電壓Vref3來選擇形成分壓器的電阻器R3和R4。
此外，在上述實施例中，所述驅(qū)動電路是在驅(qū)動多個LED，如白LED的情況下描述的。然而，所公開的主題不限于白LED，而是可被應(yīng)用于驅(qū)動任何種類的光發(fā)射器件，包括但不限于紅和藍LED。
在本公開內(nèi)容中僅示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其通用性的幾個例子。應(yīng)理解本發(fā)明能夠在各種其它組合和環(huán)境中使用并且能夠在本文中所表達的發(fā)明概念的范圍內(nèi)進行改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種電路，用于驅(qū)動連接到輸出節(jié)點的多個并聯(lián)耦合的光發(fā)射器件，其中每個光發(fā)射器件由相應(yīng)的偏置電路來偏置，所述電路包括調(diào)節(jié)器，其被配置用于調(diào)節(jié)將施加到所述輸出節(jié)點的輸出電壓；檢測電路，其被配置用于接收來自所述相應(yīng)偏置電路的信號，并且作為響應(yīng)，檢測哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降；以及控制電路，其耦合到所述檢測電路并且被配置用于產(chǎn)生控制信號以控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生有效驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1的電路，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最高電壓的節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測電路被配置用于檢測所述最高電壓。
3.如權(quán)利要求2的電路，其中所述檢測電路包含OR-電路，該OR-電路包括多個NPN-晶體管，其基極分別接收來自所述偏置電路的信號，從而輸出對應(yīng)于所述最高電壓的電壓。
4.如權(quán)利要求2的電路，其中所述控制電路被配置用于比較由所述檢測電路檢測到的最高電壓與預(yù)定的基準電壓，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生所述控制信號，并且所述基準電壓被選擇以便于控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓。
5如權(quán)利要求4的電路，其中所述控制電路包含第一跨導(dǎo)放大器，其被配置用于根據(jù)所述最高電壓和基準電壓之間的差來供應(yīng)或汲取電流作為所述控制信號。
6.如權(quán)利要求5的電路，進一步包含第二跨導(dǎo)放大器，被配置用于當所述輸出節(jié)點處的輸出電壓超過預(yù)定電壓時汲取預(yù)定量的從第一跨導(dǎo)放大器供應(yīng)的電流。
7.如權(quán)利要求4的電路，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述輸出節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，并且所述基準電壓被設(shè)置成使每個偏置電路中的放大器能夠在其高增益共模范圍內(nèi)工作的最高可能電壓。
8.如權(quán)利要求7的電路，其中所述對應(yīng)節(jié)點被耦合以便于獲得所述晶體管的柵電壓。
9.如權(quán)利要求1的電路，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最低電壓的節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測電路被配置用于檢測所述最低電壓。
10.如權(quán)利要求9的電路，其中所述檢測電路包含OR-電路，該OR-電路包括多個PNP-晶體管，其基極分別接收來自所述偏置電路的信號，以輸出對應(yīng)于所述最低電壓的電壓。
11.如權(quán)利要求9的電路，其中所述控制電路被配置用于比較由所述檢測電路檢測到的最低電壓與預(yù)定的基準電壓，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生所述控制信號，并且所述基準電壓被選擇以便于控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓。
12.如權(quán)利要求11的電路，進一步包含選擇器，其連接在所述檢測電路和所述控制電路之間，用于比較來自所述檢測電路的最低電壓與在所述輸出節(jié)點處通過按比例降低所述輸出電壓而獲得的按比例降低的電壓，從而選擇最高電壓，其中所述控制電路被配置用于比較由所述選擇器選擇的最高電壓與所述基準電壓。
13.如權(quán)利要求11的電路，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述輸出節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，并且所述基準電壓被設(shè)置成使每個偏置電路中的放大器能夠在其高增益共模范圍內(nèi)工作的最低可能電壓。
14.如權(quán)利要求13的電路，其中所述對應(yīng)節(jié)點被耦合以便于獲得所述晶體管的漏電壓。
15.如權(quán)利要求1的電路，其中所述光發(fā)射器件是光發(fā)射二極管。
16.如權(quán)利要求15的電路，其中所述光發(fā)射二極管是白光發(fā)射二極管。
17.如權(quán)利要求1的電路，其中所述調(diào)節(jié)器是基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
18.如權(quán)利要求17的電路，其中所述基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器是降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。
19.如權(quán)利要求1的電路，進一步包含鉗位電路，其用于防止過量的電壓施加到所述輸出節(jié)點。
20.一種用于控制調(diào)節(jié)器的電路，該調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)待提供到多個光發(fā)射器件所并聯(lián)連接的輸出節(jié)點的輸出電壓，其中每個光發(fā)射器件由相應(yīng)的偏置電路來偏置，所述電路包含檢測電路，其被配置用于接收來自相應(yīng)偏置電路的信號，并且作為響應(yīng)，基于該信號來檢測哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降；以及控制電路，其耦合到所述檢測電路并且被配置用于產(chǎn)生控制信號以控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生有效驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的電壓。
21.如權(quán)利要求20的電路，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最高電壓的節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測電路被配置用于檢測所述最高電壓。
22.如權(quán)利要求21的電路，其中所述檢測電路包含OR-電路，該OR-電路包括多個NPN-晶體管，其基極分別接收來自所述偏置電路的信號，從而輸出對應(yīng)于所述最高電壓的電壓。
23.如權(quán)利要求21的電路，其中所述控制電路被配置用于比較由所述檢測電路檢測的最高電壓與預(yù)定的基準電壓，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生所述控制信號，并且所述基準電壓被選擇以便于控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓。
24.如權(quán)利要求23的電路，其中所述控制電路包含第一跨導(dǎo)放大器，其被配置用于根據(jù)所述最高電壓和所述基準電壓之間的差來供應(yīng)或汲取電流作為控制信號。
25.如權(quán)利要求24的電路，進一步包含第二跨導(dǎo)放大器，其被配置用于當所述輸出節(jié)點處的輸出電壓超過預(yù)定電壓時汲取預(yù)定量的從第一跨導(dǎo)放大器供應(yīng)的電流。
26.如權(quán)利要求23的電路，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述輸出節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，并且所述基準電壓被設(shè)置成使每個偏置電路中的放大器能夠在其高增益共模范圍內(nèi)工作的最高可能電壓。
27.如權(quán)利要求26的電路，其中所述對應(yīng)節(jié)點被耦合以便于獲得所述晶體管的柵電壓。
28.如權(quán)利要求20的電路，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最低電壓的節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測電路被配置用于檢測所述最低電壓。
29.如權(quán)利要求28的電路，其中所述檢測電路包含OR-電路，該OR-電路包括多個PNP-晶體管，其基極分別接收來自所述偏置電路的信號，以輸出對應(yīng)于所述最低電壓的電壓。
30.如權(quán)利要求28的電路，其中所述控制電路被配置用于比較由所述檢測電路檢測的最低電壓與預(yù)定的基準電壓，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生所述控制信號，并且所述基準電壓被選擇以便于控制所述調(diào)節(jié)器產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓。
31.如權(quán)利要求30的電路，進一步包含選擇器，其連接在所述檢測電路和控制電路之間，用于比較來自所述檢測電路的最低電壓與在所述輸出節(jié)點處通過按比例降低所述輸出電壓而獲得的按比例降低的電壓，從而選擇最高電壓，其中所述控制電路被配置用于比較由所述選擇器選擇的最高電壓與所述基準電壓。
32.如權(quán)利要求30的電路，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述輸出節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，并且所述基準電壓被設(shè)置成使每個偏置電路中的放大器能夠在其高增益共模范圍內(nèi)工作的最低可能電壓。
33.如權(quán)利要求32的電路，其中所述對應(yīng)節(jié)點被耦合以便于獲得所述晶體管的漏電壓。
34.如權(quán)利要求20的電路，其中所述光發(fā)射器件是光發(fā)射二極管。
35.如權(quán)利要求34的電路，其中所述光發(fā)射二極管是白光發(fā)射二極管。
36.如權(quán)利要求20的電路，其中所述調(diào)節(jié)器是基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
37.如權(quán)利要求36的電路，其中所述基于電感器的DC-DC轉(zhuǎn)換器是降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。
38.如權(quán)利要求20的電路，進一步包括鉗位電路，其用于防止過量的電壓施加到所述輸出節(jié)點。
39.一種電路，包含輸入節(jié)點，用于分別接收來自與多個光發(fā)射器件串聯(lián)連接的偏置電路的信號，所述光發(fā)射器件并聯(lián)連接到供電節(jié)點；以及檢測電路，其響應(yīng)于所述輸入節(jié)點上的信號，用于檢測哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降。
40.如權(quán)利要求39的電路，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最高電壓的節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測電路被配置用于檢測所述最高電壓。
41.如權(quán)利要求40的電路，其中所述檢測電路包含OR-電路，該OR-電路包括多個NPN-晶體管，其基極分別接收來自所述輸入節(jié)點的信號，從而輸出對應(yīng)于所述最高電壓的電壓。
42.如權(quán)利要求40的電路，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述供電節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，并且所述對應(yīng)節(jié)點被耦合以便于獲得所述晶體管的柵電壓。
43.如權(quán)利要求39的電路，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最低電壓的節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測電路被配置用于檢測所述最低電壓。
44.如權(quán)利要求43的電路，其中所述檢測電路包含OR-電路，該OR-電路包括多個PNP-晶體管，其基極分別接收來自所述輸入節(jié)點的信號，以輸出對應(yīng)于所述最低電壓的電壓。
45.如權(quán)利要求43的電路，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述供電節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，并且所述對應(yīng)節(jié)點被耦合以便于獲得所述晶體管的漏電壓。
46.如權(quán)利要求39的電路，其中所述光發(fā)射器件是光發(fā)射二極管。
47.如權(quán)利要求46的電路，其中所述光發(fā)射二極管是白光發(fā)射二極管。
48.一種用于驅(qū)動多個光發(fā)射器件的方法，所述光發(fā)射器件并聯(lián)連接到輸出節(jié)點并且其每個串聯(lián)連接到用于偏置所述光發(fā)射器件的相應(yīng)偏置電路，該方法包括如下步驟調(diào)節(jié)施加到所述輸出節(jié)點的輸出電壓；接收來自所述相應(yīng)偏置電路的信號，基于所述信號來檢測哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降；以及產(chǎn)生控制信號來控制所述調(diào)節(jié)步驟，以便于使所述輸出電壓達到驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的最低電壓。
49.如權(quán)利要求48的方法，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最高電壓的節(jié)點指示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測步驟檢測所述最高電壓。
50.如權(quán)利要求49的方法，進一步包含下列步驟比較在所述檢測步驟中檢測到的最高電壓與預(yù)定的基準電壓，該基準電壓被選擇以便于產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓，其中所述產(chǎn)生步驟基于所述最高電壓與基準電壓之間的差來產(chǎn)生所述控制信號。
51.如權(quán)利要求50的方法，其中所述產(chǎn)生步驟包括基于所述最高電壓和基準電壓之間的差來供應(yīng)或汲取電流作為控制信號。
52.如權(quán)利要求51的方法，進一步包含下列步驟確定所述輸出節(jié)點處的輸出電壓是否超過預(yù)定電壓，并且當所述輸出電壓超過預(yù)定電壓時汲取預(yù)定量的由所述產(chǎn)生步驟供應(yīng)的電流。
53.如權(quán)利要求50的方法，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述輸出節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，該方法進一步包含下列步驟將使每個偏置電路中的放大器能夠在其高增益共模范圍內(nèi)工作的最高可能電壓設(shè)置為基準電壓。
54.如權(quán)利要求53的方法，其中所述接收步驟從每個所述偏置電路獲得所述晶體管的柵電壓。
55.如權(quán)利要求48的方法，其中所述信號的每個指示每個偏置電路中的對應(yīng)節(jié)點處的電壓，并且在所述對應(yīng)節(jié)點中，承載最低電壓的節(jié)點表示哪一個被偏置的光發(fā)射器件具有最高正向電壓降，并且所述檢測步驟檢測所述最低電壓。
56.如權(quán)利要求55的方法，進一步包含下列步驟比較所述檢測步驟中檢測到的最低電壓與基準電壓，該基準電壓被選擇以便于產(chǎn)生驅(qū)動具有最高正向電壓降的那一個光發(fā)射器件的基本上最低的輸出電壓，其中所述產(chǎn)生步驟基于所述基準電壓和所述最低電壓之間的差來產(chǎn)生所述控制信號。
57.如權(quán)利要求56的方法，進一步包含下列步驟在所述輸出節(jié)點處按比例降低輸出電壓以獲得按比例降低的電壓；以及比較在所述檢測步驟中檢測到的最低電壓與所述按比例降低的電壓從而選擇較高的一個，其中所述控制步驟通過比較所述較高的一個與基準電壓來產(chǎn)生所述控制信號。
58.如權(quán)利要求56的方法，其中所述偏置電路的每個包括用于構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管和放大器，其中基準電流通過所述晶體管以K的增益來鏡像從而使電流流過連接到所述輸出節(jié)點的光發(fā)射器件，所述晶體管的漏連接到所述放大器的相應(yīng)輸入，所述放大器的輸出連接到所述晶體管的柵，并且所述放大器維持所述晶體管之一的漏和柵電壓等于另一個的漏和柵電壓，并且該方法進一步包含下列步驟將使每個偏置電路中的放大器能夠在其高增益共模范圍內(nèi)工作的最低可能電壓設(shè)置為基準電壓。
59.如權(quán)利要求58的方法，其中所述接收步驟從每個所述偏置電路獲得所述晶體管的漏電壓。
全文摘要
一種用于一組并聯(lián)連接的光發(fā)射器件的高效驅(qū)動電路，其中每個器件由相應(yīng)的偏置電流源來串聯(lián)驅(qū)動。確定經(jīng)偏置的光發(fā)射器件組中的最大電壓降，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生以該LED組的最低有效電壓來驅(qū)動所有光發(fā)射器件的控制電壓。
文檔編號G09G3/04GK1731496SQ200510089179
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者馬克·R·維圖尼克, 史蒂文·L·馬丁 申請人:凌特公司