發(fā)明所屬領(lǐng)域

本專利申請是屬于發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動控制領(lǐng)域里的一項發(fā)明，具體地說是一種使用開關(guān)式驅(qū)動的高效率、低成本、寬電壓范圍的多路LED的驅(qū)動控制方案。

相關(guān)的領(lǐng)域描述

LED正在給照明領(lǐng)域帶來一場革命性的變化。效率高，體積小，壽命長，無污染，以及伴隨固體發(fā)光特性而來的機械可靠性，便攜性等使得它在許多領(lǐng)域成為發(fā)光器件的最佳選擇。隨著LED的光效和功率水平的不斷提高，LED的應(yīng)用也相應(yīng)地性能要求更高、發(fā)光強度更大的領(lǐng)域發(fā)展，汽車的前燈照明就是其中一個迅速發(fā)展和成長的領(lǐng)域。

汽車的前燈照明，特別是夜間行車的照明大燈需要高強度、高功率密度的照明系統(tǒng)。其技術(shù)挑戰(zhàn)性包括：

a.高效率的LED發(fā)光器件和高效率的驅(qū)動電路以保持最低的功耗。功耗的降低不僅節(jié)約了寶貴的電能，同時也降低了由功耗所產(chǎn)生的熱量。

b.高效的散熱系統(tǒng)，因為LED器件在高溫下發(fā)光效率會下降，使用高效散熱系統(tǒng)在有限的緊湊空間內(nèi)把器件的溫度維持在合理水平也是至關(guān)重要的。

c.汽車照明系統(tǒng)都是由車載電池供電，而電池的電壓變化通常都很大，以12V的電池為例，其電壓變化范圍通常在6V到14V之間，而且由于在汽車工作過程中如果因為某種原因發(fā)電機的負載突然斷開時，其輸出電壓可能過沖到非常高的水平，而汽車中所配置的安全箝位電路通常只能把這種過沖電壓箝位在40V左右，所以汽車照明系統(tǒng)的工作輸入電壓范圍是6V到40V，這種寬范圍的工作輸入電壓對于照明系統(tǒng)，特別是驅(qū)動電路提出了極大的挑戰(zhàn)性。

d.由于LED照明系統(tǒng)的成本和傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比仍然較高，如何降低系統(tǒng)成本對于汽車照明系統(tǒng)的推廣也是一個非常關(guān)鍵的因素。

汽車的LED前照燈通常較大由三個照明部分組成：主燈(Main Beam，通常也叫大燈)，為夜間行駛提供照明；日間行車燈(Signature)，通常在行車過程中一直點亮，既作為一種安全照明，也作為汽車的一種標志和裝飾；轉(zhuǎn)向燈，作為汽車的轉(zhuǎn)向指示。這三種照明設(shè)備都需要能適應(yīng)6V到40V的寬工作電壓范圍，而且在汽車行駛過程中會處于多種不同的工作組合狀態(tài)。另一方面，隨著技術(shù)的進步汽車的照明系統(tǒng)也引進了更多的智能性功能，特別是大燈部分如果把多路LED按照特定的矩陣式分布，在行車過程中就能夠在車子轉(zhuǎn)向或上下坡時根據(jù)行駛狀態(tài)和發(fā)光矩陣的空間分布狀態(tài)通過對發(fā)光矩陣的控制自動地調(diào)節(jié)光束的方向來達到最佳的照明效果，從而可以省去高端汽車前照燈所配置的照明伺服系統(tǒng)。智能性大燈的另一個功能是夜間行車時能夠根據(jù)行駛速度自動調(diào)節(jié)近光和遠光的照射距離，或者調(diào)節(jié)前照的距離和角度來避免對對方相向而來的車輛的炫目干擾等。而轉(zhuǎn)向燈的照明也由于LED的應(yīng)用而出現(xiàn)新的顯示方式，例如由間歇式閃爍變?yōu)橐慌臠ED等右左向右或右右向左的依次掃描方式等。

以上所描述的汽車照明的應(yīng)用特點和智能性功能等對LED汽車照明的驅(qū)動系統(tǒng)提出了一系列挑戰(zhàn)性的要求。一方面由于寬范圍的輸入工作電壓，驅(qū)動電路需要采用既能升壓又能降壓的電路架構(gòu)，另一方面由于需要控制多路LED器件在各種不同工作狀態(tài)組合的情況下協(xié)調(diào)工作，所以很顯然汽車照明的LED驅(qū)動電路需要具有非常靈活的控制特性，而另一方面由于LED路數(shù)的增加，驅(qū)動電路的路數(shù)和復雜性也隨著相應(yīng)增加，成本自然也隨著增加，在這種情況下如何設(shè)計出既有應(yīng)用所需要的高性能、又具有成本競爭力的照明系統(tǒng)成為LED汽車照明能否得到大力推廣的關(guān)鍵，本專利申請所公開的LED驅(qū)動原理正是為了在上述環(huán)境下提供一種創(chuàng)新性的方法來設(shè)計和生產(chǎn)出具有高性能和價格競爭力的汽車照明產(chǎn)品來推動該市場和行業(yè)的發(fā)展，并且進一步推廣到其他相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域中。

本發(fā)明的總結(jié)

綜上所述，本發(fā)明的目的是要提供一種高性能、高效率和低成本的多路LED驅(qū)動方案，而且能夠在寬工作輸入電壓的情況下實現(xiàn)靈活的控制操作。本方案突破了目前市場上所普遍采用的每路LED配置單獨的升降壓開關(guān)式變換器的設(shè)計方法，只使用一個升壓、降壓、或升降壓變換器在寬輸入電壓的情況下來實現(xiàn)對多路LED的獨立驅(qū)動控制。該方案在保持高效率、高性能操作的同時節(jié)約了大量的功率半導體和電感等大型電子器件，大大地降低了系統(tǒng)的成本，同時也大大地降低了驅(qū)動電路所占有的空間，增加了汽車照明系統(tǒng)的可靠性和設(shè)計靈活性。

本發(fā)明所公開的原理中還提供了一種對非隔離式電源變換器的軟開關(guān)操作方法，能夠進一步提高系統(tǒng)的工作效率并且降低開關(guān)工作時的噪音干擾，有利于對周圍的通訊、控制電路提供一個更為有利的工作環(huán)境。

附圖說明

圖1所示為傳統(tǒng)的多路LED汽車照明驅(qū)動方案。

附圖中的文字注釋：

IREF---電流控制參考信號

IFB---LED電流反饋信號

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號

VIN---直流輸入電壓

QA，QB，QC，QD---變換器電子開關(guān)

R---電流取樣電阻

LED---發(fā)光二極管

L---電感

圖2描述了本發(fā)明使用降壓式(Buck)變換器對多路LED進行電流控制的驅(qū)動方案的原理電路和相關(guān)的工作波形。

附圖中的文字注釋：

IREF---電流控制參考信號

IFB----LED電流反饋信號

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號

CTRL---電流控制信號

VIN---直流輸入電壓

QA，QB---變換器電子開關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開關(guān)

R---電流取樣電阻

LED1，LED2，LEDK---發(fā)光二極管

L1---電感

圖3描述了本發(fā)明所采用的升壓式(Boost)變換器對多路LED進行電流控制的驅(qū)動方案的原理電路和相關(guān)的工作波形。

附圖中的文字注釋：

IREF---電流控制參考信號

IFB----LED電流反饋信號

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號

CTRL---電流控制信號

VIN---直流輸入電壓

QC，QD---變換器電子開關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開關(guān)

R---電流取樣電阻

LED1，LED2，LEDK---發(fā)光二極管

L1---電感

圖4描述了本發(fā)明所采用的升降壓式(Buck-Boost)變換器對多路LED進行電流控制的驅(qū)動制方案的原理電路和相關(guān)的工作波形。

附圖中的文字注釋：

IREF---電流控制參考信號

IFB----LED電流反饋信號

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號

CTRL---電流控制信號

VIN---直流輸入電壓

QA，QB，QC，QD---變換器電子開關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開關(guān)

R---電流取樣電阻

LED1，LED2，LEDK---發(fā)光二極管

L1---電感

圖5描述了本發(fā)明使用一個用的升降壓式(Buck-Boost)變換器對多路LED進行電壓控制的驅(qū)動方案的原理電路和相關(guān)的工作波形。

附圖中的文字注釋：

VREF---電壓控制參考信號

VFB----LED電壓反饋信號

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號

CTRL---電流控制信號

VIN---直流輸入電壓

QA，QB，QC，QD---變換器電子開關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開關(guān)

R---電流取樣電阻

LED1，LED2，LEDK---發(fā)光二極管

L1---電感

發(fā)明的詳細描述

圖一所示為目前普遍采用的典型的三路汽車前燈LED照明驅(qū)動電路架構(gòu)。如圖一所示，由于輸入電壓范圍是6V到40V，各路LED的工作電壓一般都在十幾伏到三十多伏之間，剛好落在輸入電壓范圍之內(nèi)，在工作過程中輸入電壓低于和高于LED工作電壓的情形都可能出現(xiàn)，所以三個驅(qū)動電路都采用升降壓(Buck-Boost)電路結(jié)構(gòu)。圖一所示的升降壓電路能夠允許輸入和輸出電路共地，而且工作效率也比其他類型的升降壓電路高，所以對其他類型的升降壓電路這里不再贅述。同時由于大燈，日間行車燈，和轉(zhuǎn)向燈有多種不同的工作狀態(tài)組合，為了保證在各種工作狀態(tài)的組合下各路照明都能準確可靠地工作，三路照明采用完全獨立的驅(qū)動電路。從圖一不難看出，這樣的驅(qū)動系統(tǒng)使用了12個功率開關(guān)器件，三個電感和三個濾波電容。這些器件的成本都比較高，體積也比較大，所以相應(yīng)的系統(tǒng)成本也會比較高，占用空間也比較大。

本專利發(fā)明的核心原理是使用一個開關(guān)式電源變換器來驅(qū)動多路LED照明電路，而且各路LED能夠在寬輸入電壓范圍和各種工作狀態(tài)組合的情況下獨立地操作。為了由簡入繁的闡述整個原理，這里先從降壓式的工作原理說起。圖二所示為使用一個降壓式電路來驅(qū)動多路LED獨立工作的電路原理。如圖二所示，LED1、LED2、.....LEDK是K路需要獨立驅(qū)動的LED串，每個LED串各有一個電容C1、C2、......CK與之并聯(lián)以平滑LED串的電流，每個LED串又各有一個二極管D1、D2、.....DK與之相串聯(lián)以防止能量在各個平滑電容之間的互相流動，這樣形成的LED支路的正端并聯(lián)連接在一起，負端又各和一個控制開關(guān)Q1、Q2、.....QK相串聯(lián)以控制各串LED電流的導通路徑，各個控制開關(guān)的負端各和一個電流檢測元件R1、R2、....RK相串聯(lián)后連接到地，形成能夠獨立控制的LED工作支路；在該所述電路中各個LED串的工作電壓都低于輸入電壓的最低值，所以電源轉(zhuǎn)換用由主開關(guān)QA、輔助開關(guān)QB和L1所組成的降壓式變換電路來實現(xiàn)，圖中QA的源極和QB的漏極相連接形成開關(guān)節(jié)點SW，QA的漏極和輸入電壓端相連，QB的源極和地相連，電感L1的第一端口和開關(guān)節(jié)點SW相連，電感的第二端口連接到各個LED支路的正端并聯(lián)節(jié)點向各LED串供電。

如圖二所示各路LED，LED1、LED2、.....LEDK都有各自的獨立控制回路COTROL LOOP 1、CONTROL LOOP2、....CONTROL LOOPK來控制其電流及操作，各個控制回路從與之相應(yīng)的LED支路的電流檢測元件讀取電流反饋信號IFB1、IFB2、.....IFBK，再根據(jù)相應(yīng)的LED電流控制信號IREF1、IREF2、....IREFK經(jīng)過控制回路的處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號CTRL1、CTRL2、.....CTRLK。這些控制信號再通過從控制分配邏輯CONTROL STEERING LOGIC所分配到開關(guān)周期來控制降壓變換器和控制開關(guān)在相應(yīng)周期的開關(guān)操作來控制相應(yīng)的LED支路的電流。

電路的基本操作波形如圖二中所示，降壓變換器的各個操作周期和各路LED的控制開關(guān)同步操作，在控制分配邏輯的控制下依次根據(jù)各路LED控制回路的控制信號進行操作來滿足各路LED電流控制的需要。如圖中所示在降壓變換器的操作周期CYCLE 1控制信號VG1使得控制LED1電流通路的Q1導通，其他各路LED的控制開關(guān)Q2-QK都處于截止狀態(tài)，降壓變換器所輸出的電流流向LED1和相應(yīng)的平滑電容C1，在此期間控制分配邏輯CONTROL STEERING LOGIC也相應(yīng)地把控制回路CONTROL LOOP1所產(chǎn)生的控制信號CTRL1連接到QA和QB驅(qū)動電路來產(chǎn)生QA和QB的門極驅(qū)動信號VGA和VGB。在此操作過程中當QA導通，QB關(guān)斷時電感L1的電流IL1上升，電流從輸入端VIN通過L1流向LED1；當QA關(guān)斷，QB導通時電感L1的電流IL1通過QB進行續(xù)流，電流仍繼續(xù)流過LED1直至衰減到零。在控制回路所產(chǎn)生的控制信號的控制下LED1在此開關(guān)周期內(nèi)從電感L1取得的電流正好滿足其在整個工作過程中維持所要求的平均電流的需要。IL1的電流波形如圖二中IL1(1)所示。下一個開關(guān)操作周期在IL1衰減到零時開始，VG2使得Q2導通，降壓變換器的電流流向LED2，同時控制分配邏輯把相應(yīng)的控制環(huán)路CONTROL LOOP2所產(chǎn)生的控制信號CTRL2送到QA和QB的門極驅(qū)動電路來控制降壓變換器的操作。依此類推，控制分配邏輯依次把降壓變換器的各個開關(guān)操作周期分配給各路LED使用，由各路LED的控制回路來對分配到的開關(guān)周期進行操作控制，這樣就達到了使用一個降壓變換器來實現(xiàn)對多路LED進行獨立控制的效果。這里需要說明，在實際操作中當QA和QB交換開關(guān)狀態(tài)時有一個死區(qū)時間，也即當一個開關(guān)的關(guān)斷信號發(fā)出后，另一個開關(guān)的導通信號在經(jīng)過死區(qū)延遲時間后在發(fā)出，以避免兩個開關(guān)在交換開關(guān)狀態(tài)時出現(xiàn)短暫的同時導通的情形。為了使得波形所要描述的工作原理明確易懂，圖二以及所有附圖所示的波形中沒有顯示死區(qū)時間。

在以上所描述的電感電流波形，下一個操作周期始終是在上一個周期中的電感電流衰減到零時開始，這樣的做法比較容易使得每一個操作周期中輸送給相應(yīng)的LED串的電流能量得到精確的控制，各個周期的電流控制，也即各路LED電流的控制能夠?qū)崿F(xiàn)完全獨立，同時由于平滑電容C1、C2、....CK的存在，各路LED的電流能夠維持連續(xù)。各路LED電流的紋波也能夠通過選擇適當容量的平滑電容來得到滿足。另一方面各路LED的工作狀態(tài)在上述方法中也能夠?qū)崿F(xiàn)獨立的控制，以滿足各種不同的工作狀態(tài)組合的要求。在圖二中各個控制回路所接受的控制信號PWM1、PWM2、.....PWMK能夠把相應(yīng)的各路LED置于工作或非工作狀態(tài)。當某一路LED被置于非工作狀態(tài)時，控制分配邏輯能夠根據(jù)相應(yīng)的控制信號的狀態(tài)把該路LED從工作序列中除去，在進行操作周期分配時對于處于工作狀態(tài)的LED回路依次進行分配。例如當PWM2把LED2置于非工作狀態(tài)時，LED2的操作即會在操作序列中除去，在LED1的操作結(jié)束時，下一個操作周期將跳過LED2，分配給處于工作狀態(tài)的LED3。這樣使用一個降壓變換器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各路LED的電流獨立的控制，各路LED的工作狀態(tài)也能夠?qū)崿F(xiàn)獨立控制。這里需要說明，各路LED進行電流控制時的操作是和降壓變換器的開關(guān)操作頻率相對應(yīng)的，一般在幾十千赫到幾百千赫的范圍，而各路LED工作狀態(tài)的變化是在另外一個緩慢得多的時間和頻率范圍內(nèi)，其功能是‘ON’和’OFF’的概念，所以在以上描述中兩者在工作原理上互不影響。

本發(fā)明的實施除了以上所描述的方法外，也能夠用其他的方法來實現(xiàn)。圖二中所示的電感L1的電流操作波形IL1(2)能夠在實現(xiàn)對各路LED的電流進行獨立控制、又對各路LED的工作狀態(tài)也實現(xiàn)獨立控制的同時，實現(xiàn)降壓變換器的軟開關(guān)操作，其工作原理如下：

如圖二中IL1(2)所示，以第一個操作周期為例，當主開關(guān)QA在時刻t1B關(guān)斷，輔助開關(guān)QB導通后，電感L1的電流開始下降直至衰減到零，和電流波形IL1(1)所示操作方法不同的是，電流波形IL1(2)所示的操作方法在IL1衰減到零時QB仍然維持導通狀態(tài)，QA仍然截止，這樣在QB繼續(xù)導通的情況下IL1在衰減到零后由于各路LED的寄生電容儲能的存在而改變流動方向，開始建立從右向左流動的負方向電流，QB在IL1的負方向電流建立到接近峰值時關(guān)斷，這時IL1因為QB的關(guān)斷改變流動路徑，通過對QB的寄生電容充電和QA的寄生電容放電維持連續(xù)性，在這一過程中開關(guān)節(jié)點SW的點壓隨著QB和QA寄生電容的充放電上升，當SW的電壓上升到接近或等于輸入電壓VIN時QA導通，這時由于QA的源漏兩端電壓VDS接近或等于零，QA的開關(guān)操作實現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)操作。這樣的操作方法仍然保持了對各路LED的電流和各路LED的工作狀態(tài)的獨立控制，同時又實現(xiàn)了降壓變換器的軟開關(guān)操作。如前所述，為了使得波形所要描述的工作原理明確易懂，附圖所示的波形中沒有顯示死區(qū)時間。

在上述兩種方法中，各路LED的操作和降壓變換器的開關(guān)操作同步而且電感L1的電流在每個開關(guān)周期都下降到零。如果把降壓變換器的電感電流作為一個連續(xù)的電流源來使用，其電流值由控制分配邏輯調(diào)節(jié)在滿足整個系統(tǒng)工作所需要的電流水平，各路LED在所分配到的工作周期內(nèi)啟動工作時就能夠更快地從電感電流獲取能量，而且在和降壓變換器的開關(guān)操作同步或者不同步的情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)對各路的電流和工作狀態(tài)獨立的控制。在這種操作情況下降壓變換器通過開關(guān)操作把電感L1的電流作為電流源控制在系統(tǒng)工作所需要的電流值，而不是如[0012]到[0014]小節(jié)所描述的在每個開關(guān)周期都要使IL1衰減到零。電感電流的工作值的調(diào)節(jié)可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要按照不同的規(guī)則來設(shè)定，其中一種方法是根據(jù)各路LED的實時工作狀態(tài)把電感電流調(diào)節(jié)在等于各路處于工作狀態(tài)的LED的電流值的總和，在操作過程中各路LED根據(jù)自身電流控制的需要通過其相應(yīng)的控制回路和控制分配邏輯的控制依次從作為電流源的IL1獲取電流。這樣的操作方法和每個操作周期電感電流從零開始建立的方法相比較，各路LED的電流控制的響應(yīng)速度會比較快。在和各路LED配合工作時原則上可以允許兩路或多路LED同時導通，但是如果各路LED的工作電壓不一樣，電流只能流向工作電壓最低的LED串，對工作電壓較高的LED串即使其相應(yīng)的控制開關(guān)處于導通狀態(tài)也不會有電流流過，所以在實際工作時采用各路處于工作狀態(tài)的LED的控制開關(guān)按順序依次導通的操作方法比較好。這樣的操作方法使得控制邏輯比較簡單有序，降壓變換器的平均電流值則根據(jù)處于工作狀態(tài)的LED負載總和實時調(diào)整設(shè)定。在工作時導通的LED串仍然通過其相應(yīng)的控制回路利用脈寬調(diào)節(jié)來控制LED的電流，但是其操作頻率可以和降壓變換器的操作同步，也可以和降壓變換器的操作不同步。當系統(tǒng)從工作狀態(tài)，也即至少有一路LED工作的狀態(tài)，轉(zhuǎn)入所有的LED都不工作的狀態(tài)時，由于需要防止電感L1的電流沒有通路續(xù)流而造成的電壓過沖，最后關(guān)斷的LED回路并不隨著工作狀態(tài)控制信號的改變立即關(guān)斷，而是在電流控制環(huán)路的控制下繼續(xù)保持工作，直至電感電流IL1耗盡，這樣就有效地避免了IL1的通路被突然切斷而造成的電壓過沖現(xiàn)象。在實際應(yīng)用中電感電流能量的消耗吸收通常只需要幾毫秒或更短的的時間，所以在視覺上不會造成任何影響。

以上所述使用一個降壓變換器對多路LED進行驅(qū)動控制的方法同樣適用于用一個升壓變換器對多路LED進行各自獨立的電流控制和工作狀態(tài)控制。用一個升壓變換器對多路LED進行驅(qū)動控制的原理如圖三所示。在圖三中LED1、LED2、.....LEDK是K路需要獨立驅(qū)動的LED串，每個LED串各有一個電容C1、C2、......CK與之并聯(lián)以平滑LED串的電流，每個LED串又各有一個二極管D1、D2、.....DK與之相串聯(lián)以防止能量在各個平滑電容之間的互相流動，這樣形成的LED支路的正端并聯(lián)連接在一起，負端又各和一個控制開關(guān)Q1、Q2、.....QK相串聯(lián)以控制各串LED電流的導通路徑，各個控制開關(guān)的負端各和一個電流檢測元件R1、R2、....RK相串聯(lián)后連接到地，形成能夠獨立控制的LED工作支路；在上述電路中各個LED串的工作電壓都高于輸入電壓的最高值，所以電源轉(zhuǎn)換用由QC、QD和L1所組成的升壓式變換電路來實現(xiàn)，圖中QD的源極和QC的漏極相連接形成開關(guān)節(jié)點SW，QD的漏極作為輸出端和各個LED支路的正端并聯(lián)節(jié)點相連接向各LED串供電，QC的源極和地相連，電感L1的第一端口連接到輸入電壓VIN，第二端口和開關(guān)節(jié)點SW相連。

圖三中所示各路LED，LED1、LED2、.....LEDK都有各自的獨立控制回路COTROL LOOP 1、CONTROL LOOP2、....CONTROL LOOPK來控制其電流及操作，各個控制回路從與之相應(yīng)的LED支路的電流檢測電阻讀取電流反饋信號IFB1、IFB2、.....IFBK，再根據(jù)相應(yīng)的LED電流控制信號IREF1、IREF2、....IREFK經(jīng)過控制回路的處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號CTRL1、CTRL2、.....CTRLK。這些控制信號再通過從控制分配邏輯CONTROL STEERING LOGIC所分配到開關(guān)周期來控制降壓變換器和控制開關(guān)在相應(yīng)周期的開關(guān)操作來控制相應(yīng)的LED支路的電流。

從[0012]小節(jié)到[0015]小節(jié)所描述的圖二中使用降壓變換器驅(qū)動多路LED的工作原理同樣適用于圖三所描述的使用升壓變換器來驅(qū)動多路LED的情形。所不同的是在圖二電路中QA是主開關(guān)，QB是同步輔助開關(guān)，電感L1的電流在QA導通期間上升，QB導通期間下降；而在圖三電路中QC是主開關(guān)，QD是輔助開關(guān)，電感L1的電流在QC導通期間上升，QD導通期間下降。使用升壓變換器電路的原理工作波形也如圖三中所示。和圖二所示電路的一樣，圖三所示的升壓變換器驅(qū)動電路也能夠使用[0012]小節(jié)到[0014]小節(jié)所描述的工作原理使用一個升壓變換器來實現(xiàn)在升壓變換的情況下開關(guān)周期和LED操作同步，每個周期結(jié)束時的電感電流為零和利用電感負電流實現(xiàn)軟開關(guān)操作的情形下實現(xiàn)多路LED的電流的獨立控制，同時也實現(xiàn)各路LED的工作狀態(tài)的獨立控制。第[0015]小節(jié)所描述的原理也同樣適用于圖三所示的升壓變換器驅(qū)動電路，使用一個升壓變換器把電感電流作為連續(xù)電流源使用，在控制分配邏輯的控制下實現(xiàn)多路LED的電流和工作狀態(tài)的獨立控制，而且各路LED的電流控制在電感電流接近目標電流值的情況下啟動，取得更快的動態(tài)響應(yīng)速度。因工作原理相同而且在上述小節(jié)中已詳細描述，所以這里不再重復。

在實際應(yīng)用中，特別是汽車應(yīng)用中，往往各路LED照明裝置的工作電壓差異很大，甚至會同時出現(xiàn)有些工作電壓低于最低輸入電壓，有些工作電壓高于最高輸入電壓，而有些工作電壓介于最低輸入電壓和最高輸入電壓之間，在這種情形下就需要使用升降壓式電源變換器來驅(qū)動多路LED負載，其原理電路如圖四所示。在圖四中LED1、LED2、.....LEDK是K路需要獨立驅(qū)動的LED串，每個LED串各有一個電容C1、C2、......CK與之并聯(lián)以平滑LED串的電流，每個LED串又各有一個二極管D1、D2、.....DK與之相串聯(lián)以防止能量在各個平滑電容之間的互相流動，這樣形成的LED支路的正端并聯(lián)連接在一起，負端又各和一個控制開關(guān)Q1、Q2、.....QK相串聯(lián)以控制各串LED電流的導通路徑，各個控制開關(guān)的負端各和一個電流檢測元件R1、R2、....RK相串聯(lián)后連接到地，形成能夠獨立控制的LED工作支路；為敘述方便在上述電路中假定LED1的工作電壓高于輸入電壓，LED2的工作電壓低于輸入電壓，LED3的工作電壓低于輸入電壓，LEDK的工作電壓高于輸入電壓，在實際工作中由于輸入電壓的變化各路LED工作電壓和輸入電壓的大小關(guān)系也會隨著改變，控制電路會根據(jù)實際的電壓關(guān)系情況來實時地確定各路LED工作時的電壓變換模式。電源變換電路用由QA、QB、QC、QD和L1所組成的升降壓式變換電路來實現(xiàn)，圖四中QA和QB組成降壓橋臂，QA是主開關(guān)，QB是輔助開關(guān)，QA的源極和QB的漏極相連接形成開關(guān)節(jié)點SW1，QA的漏極接到輸入電壓端，QB的源極接到地端；QC和QD組成升壓橋臂，QC是主開關(guān)，QD是輔助開關(guān)，QD的源極和QC的漏極相連接形成開關(guān)節(jié)點SW2，QD的漏極作為輸出端和各個LED支路的正端并聯(lián)節(jié)點相連接向各LED串供電，QC的源極和地相連，電感L1的第一端口連接到開關(guān)節(jié)點SW1，第二端口接到開關(guān)節(jié)點SW2。

圖四中所示各路LED，LED1、LED2、.....LEDK都有各自的獨立控制回路COTROL LOOP 1、CONTROL LOOP2、....CONTROL LOOPK來控制其電流及操作，各個控制回路從與之相應(yīng)的LED支路的電流檢測電阻讀取電流反饋信號IFB1、IFB2、.....IFBK，再根據(jù)相應(yīng)的LED電流控制信號IREF1、IREF2、....IREFK經(jīng)過控制回路的處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號CTRL1、CTRL2、.....CTRLK。這些控制信號再通過從控制分配邏輯CONTROL STEERING LOGIC所分配到開關(guān)周期來控制升降壓變換器和控制開關(guān)在相應(yīng)周期的開關(guān)操作來控制相應(yīng)支路的電流。

圖四中的電路在輸入端由QA和QB同樣組成降壓橋臂，在輸出端由QC和QD組成升壓橋臂，當電路進行降壓變換操作時QC處于截止，QD處于導通狀態(tài)，QA和QB進行降壓變換操作，操作原理和圖二所述降壓變換電路相同；當電路進行升壓變換操作時QA處于導通，QB處于截止狀態(tài)，QC和QD進行升壓變換操作，操作原理和圖三所述升壓變換電路相同。從[0012]小節(jié)到[0015]小節(jié)所描述的使用單級變換器驅(qū)動多路LED的工作原理同樣適用于圖四所描述的使用升降壓變換器來驅(qū)動多路LED的情形。所不同的是因為圖四所描述的電路同時具有升壓和降壓變換功能，對所驅(qū)動的各路LED負載的工作電壓和輸入電壓的關(guān)系沒有任何限制。圖四中所示波形作為一個例子描述了當輸入電壓處于某個特定值時VLED1＞VIN，VLED2＜VIN，VLED3＜VIN，VLEDK＞VIN的情況下的一種操作波形。如圖四中所示，開關(guān)周期CYCLE1電路對LED1提供驅(qū)動電流，因VLED1＞VIN，電路做升壓變換操作，在整個周期QA處于導通，QB處于截止狀態(tài)，QC和QD進行升壓開關(guān)操作；在開關(guān)周期CYCLE2對LED2提供驅(qū)動電流，因VLED2＜VIN，電路做降壓變換操作，在整個周期QD處于導通，QC處于截止狀態(tài)，QA和QB進行降壓開關(guān)操作；在開關(guān)周期CYCLE3對LED3提供驅(qū)動電流，因VLED3＜VIN，電路和CYCLE2一樣，做降壓變換操作；......在關(guān)周期CYCLEK電路對LEDK提供驅(qū)動電流，因VLEDK＞VIN，電路做升壓變換操作，在整個周期QA處于導通，QB處于截止狀態(tài)，QC和QD進行升壓開關(guān)操作。在整個工作過程中控制電路根據(jù)實際的LED的工作電壓和輸入電壓的關(guān)系情況來實時地確定各路LED工作時的電壓變換模式。

圖四所示波形是圖中的原理電路使用[0012]、[0013]和[0014]小節(jié)所描述的在降壓變換的情況下以及[0018]小節(jié)所描述的在升壓變換的情況下的操作原理，變換器的開關(guān)周期和LED操作同步，每個周期結(jié)束時的電感電流為零或利用電感負電流實現(xiàn)軟開關(guān)操作，使用一個升降壓變換器來實現(xiàn)對多路LED的電流的獨立控制，同時也實現(xiàn)各路LED的工作狀態(tài)的獨立控制的情形。[0015]小節(jié)中所描述的把電感電流作為連續(xù)電流源使用，通過降壓操作，和[0018]小節(jié)中所描述的把電感電流作為連續(xù)電流源使用，通過升壓操作，實現(xiàn)對多路LED進行獨立控制的工作原理也同樣適用于圖四所示的升降壓驅(qū)動電路，使用一個升降壓變換器，把電感電流作為連續(xù)電流源使用，根據(jù)實際工作時的電壓關(guān)系情況來實時地確定各路LED工作時的電壓變換模式，在控制分配邏輯的控制下實現(xiàn)多路LED的電流和工作狀態(tài)的獨立控制，而且各路LED的電流控制在電感電流接近目標電流值的情況下啟動，取得更快的動態(tài)響應(yīng)速度。

圖四所示的升降壓驅(qū)動電路還有一個獨特的優(yōu)點。如第[0015]小節(jié)中所描述，在使用降壓變換器把電感電流作為連續(xù)電流源使用時，當系統(tǒng)從工作狀態(tài)，也即至少有一路LED工作的狀態(tài)，轉(zhuǎn)入所有的LED都不工作的狀態(tài)時，由于需要防止電感L1的電流沒有通路續(xù)流而造成的電壓過沖，最后關(guān)斷的LED回路并不隨著工作狀態(tài)控制信號的改變立即關(guān)斷，而是在電流控制環(huán)路的控制下繼續(xù)保持工作，直至電感電流IL1耗盡。在使用升壓變換器把電感電流作為連續(xù)電流源使用時也是同樣的情形，在轉(zhuǎn)入非工作狀態(tài)時需要最后一路LED保持工作直到電感電流耗盡。而在使用圖四所示的升降壓驅(qū)動電路時，當系統(tǒng)從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入非工作狀態(tài)時，只要使QA和QD關(guān)斷，QB和QC維持導通，電感L1的剩余電流就能夠通過QB和QC經(jīng)過地的回路保持流通，逐漸耗盡。這樣最后一路工作的LED在非工作狀態(tài)到來時可以立即關(guān)斷，而不需要利用它來耗盡電感的剩余儲能。

圖四中所描述的升降壓變換器驅(qū)動方案使用一個升壓橋臂和一個降壓橋臂來實現(xiàn)升降壓功能。這樣的方案的好處是LED和相應(yīng)的控制開關(guān)回路能夠和輸入電壓共地，輸出端的電壓極性和輸入端相同，電流檢測和控制信號等都比較好處理，而且功率開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力也比較小，效率比較高。在實際應(yīng)用中使用一個橋臂也能夠?qū)崿F(xiàn)升降變換的功能，因為這類電路眾所周知，這里不再贅述。單橋臂升降壓的方案好處是所用功率器件少，但是LED和相應(yīng)的控制開關(guān)回路無法和輸入電壓共地，或者雖然共地但輸出端的電壓極性和輸入端相反，電流檢測和控制信號等都不太好處理，而且功率開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力也比較大，效率相對比較低，所以對于多路LED驅(qū)動，特別是高性能驅(qū)動，沒有優(yōu)勢，但是在一些比較簡單的應(yīng)用中還是可以考慮。

以上所描述的使用一個電源變換器實現(xiàn)對多路LED或直流負載的電流進行獨立控制的原理也能夠用來實現(xiàn)對多路直流負載的電壓進行獨立的控制。具體的實施只需把圖二、圖三和圖四所描述的原理電路中的各個LED工作支路按照圖五所示原理圖做如下改動：把一個平滑電容和需要進行電壓控制的LED串相并聯(lián)，并聯(lián)后的負端和地連接，把一個隔離二極管和一個控制開關(guān)相串聯(lián)，串聯(lián)后的負端和LED串的正端相連，串聯(lián)后的正端作為LED工作支路的正輸入端，所有LED工作支路的正輸入端都連接到升降壓電源變換器的輸出端，也即升壓橋臂的上端電子開關(guān)的正端。每條LED支路都有由兩個電壓檢測電阻所組成的電壓檢測單元，檢測到的電壓反饋信號VFB代替圖二、圖三和圖四中電流反饋信號IFB，反饋給各路LED支路相應(yīng)的控制回路，控制回路根據(jù)各LED支路的電壓控制參考信號和所接受到的電壓反饋信號在控制分配邏輯的協(xié)調(diào)下對各個LED支路的電壓進行控制，控制操作的原理和本文描述的實現(xiàn)LED電流控制的操作原理完全一樣，所不同的只是在于控制的對象、控制參考信號和反饋信號都是和電壓對應(yīng)的信號，而不是和電流對應(yīng)的信號。注意圖五所示是使用升降壓變換器來對多路LED實現(xiàn)電壓驅(qū)動的原理，同樣的原理也適用于使用降壓變換器和升壓變換器來對多路LED實現(xiàn)電壓驅(qū)動，因前文中已有詳細描述，這里不再贅述，同時也需要強調(diào)上述原理除了能夠驅(qū)動LED外，同樣也能夠用來對多路其他類型的直流負載進行獨立的電壓控制。

以上的陳述公開了一種使用單個降壓、升壓或者升降壓電源變換器來對多路LED負載進行獨立的電流和工作狀態(tài)控制的原理。這里需要強調(diào)，以上陳述中所引用的電路、元器件、功能框圖等都是為了作為例子用來對本發(fā)明的原理進行描述，而不構(gòu)成對本發(fā)明實施方案的限制。本發(fā)明的工作原理，除了能夠?qū)崿F(xiàn)對LED的電流或電壓的控制外，也能夠?qū)崿F(xiàn)對其他類型的直流負載的電流或電壓的控制；在作為例子所描述的原理電路中所使用的元器件也能夠用任何其他類型的元器件來代替完成同樣的原理性功能；在實際應(yīng)用中可以采取不同的實施方案根據(jù)本發(fā)明的工作原理進行實施；在不違反本發(fā)明的工作原理的情況下，實施方案既可以采用模擬控制電路，也可以采用數(shù)字控制電路、模擬數(shù)字混合控制電路、或者微處理器控制電路、計算機控制電路等來完成本發(fā)明中所描述的各種功能。