發(fā)明所屬領(lǐng)域

本專(zhuān)利申請(qǐng)是屬于發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域里的一項(xiàng)發(fā)明，具體地說(shuō)是一種使用開(kāi)關(guān)式驅(qū)動(dòng)的高效率、低成本、寬電壓范圍的多路LED的驅(qū)動(dòng)控制方案。

相關(guān)的領(lǐng)域描述

LED正在給照明領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命性的變化。效率高，體積小，壽命長(zhǎng)，無(wú)污染，以及伴隨固體發(fā)光特性而來(lái)的機(jī)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(qiáng)度更大的領(lǐng)域發(fā)展，汽車(chē)的前燈照明就是其中一個(gè)迅速發(fā)展和成長(zhǎng)的領(lǐng)域。

汽車(chē)的前燈照明，特別是夜間行車(chē)的照明大燈需要高強(qiáng)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(dòng)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(shí)也降低了由功耗所產(chǎn)生的熱量。

b.高效的散熱系統(tǒng)，因?yàn)長(zhǎng)ED器件在高溫下發(fā)光效率會(huì)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(chē)照明系統(tǒng)都是由車(chē)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(chē)工作過(guò)程中如果因?yàn)槟撤N原因發(fā)電機(jī)的負(fù)載突然斷開(kāi)時(shí)，其輸出電壓可能過(guò)沖到非常高的水平，而汽車(chē)中所配置的安全箝位電路通常只能把這種過(guò)沖電壓箝位在40V左右，所以汽車(chē)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(duì)于照明系統(tǒng)，特別是驅(qū)動(dòng)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(duì)于汽車(chē)照明系統(tǒng)的推廣也是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。

汽車(chē)的LED前照燈通常較大由三個(gè)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(chē)燈(Signature)，通常在行車(chē)過(guò)程中一直點(diǎn)亮，既作為一種安全照明，也作為汽車(chē)的一種標(biāo)志和裝飾；轉(zhuǎn)向燈，作為汽車(chē)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(chē)行駛過(guò)程中會(huì)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(jìn)步汽車(chē)的照明系統(tǒng)也引進(jìn)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(chē)過(guò)程中就能夠在車(chē)子轉(zhuǎn)向或上下坡時(shí)根據(jù)行駛狀態(tài)和發(fā)光矩陣的空間分布狀態(tài)通過(guò)對(duì)發(fā)光矩陣的控制自動(dòng)地調(diào)節(jié)光束的方向來(lái)達(dá)到最佳的照明效果，從而可以省去高端汽車(chē)前照燈所配置的照明伺服系統(tǒng)。智能性大燈的另一個(gè)功能是夜間行車(chē)時(shí)能夠根據(jù)行駛速度自動(dòng)調(diào)節(jié)近光和遠(yuǎn)光的照射距離，或者調(diào)節(jié)前照的距離和角度來(lái)避免對(duì)對(duì)方相向而來(lái)的車(chē)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(chē)照明的應(yīng)用特點(diǎn)和智能性功能等對(duì)LED汽車(chē)照明的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(chē)照明的LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路的路數(shù)和復(fù)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(jì)出既有應(yīng)用所需要的高性能、又具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的照明系統(tǒng)成為L(zhǎng)ED汽車(chē)照明能否得到大力推廣的關(guān)鍵，本專(zhuān)利申請(qǐng)所公開(kāi)的LED驅(qū)動(dòng)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(lái)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出具有高性能和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的汽車(chē)照明產(chǎn)品來(lái)推動(dòng)該市場(chǎng)和行業(yè)的發(fā)展，并且進(jìn)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(dòng)方案，而且能夠在寬工作輸入電壓的情況下實(shí)現(xiàn)靈活的控制操作。本方案突破了目前市場(chǎng)上所普遍采用的每路LED配置單獨(dú)的升降壓開(kāi)關(guān)式變換器的設(shè)計(jì)方法，只使用一個(gè)升壓、降壓、或升降壓變換器在寬輸入電壓的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路LED的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制。該方案在保持高效率、高性能操作的同時(shí)節(jié)約了大量的功率半導(dǎo)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(shí)也大大地降低了驅(qū)動(dòng)電路所占有的空間，增加了汽車(chē)照明系統(tǒng)的可靠性和設(shè)計(jì)靈活性。

本發(fā)明所公開(kāi)的原理中還提供了一種對(duì)非隔離式電源變換器的軟開(kāi)關(guān)操作方法，能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)的工作效率并且降低開(kāi)關(guān)工作時(shí)的噪音干擾，有利于對(duì)周?chē)耐ㄓ?、控制電路提供一個(gè)更為有利的工作環(huán)境。

附圖說(shuō)明

圖1所示為傳統(tǒng)的多路LED汽車(chē)照明驅(qū)動(dòng)方案。

附圖中的文字注釋?zhuān)?/p>

IREF---電流控制參考信號(hào)

IFB---LED電流反饋信號(hào)

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號(hào)

VIN---直流輸入電壓

QA，QB，QC，QD---變換器電子開(kāi)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(duì)多路LED進(jìn)行電流控制的驅(qū)動(dòng)方案的原理電路和相關(guān)的工作波形。

附圖中的文字注釋?zhuān)?/p>

IREF---電流控制參考信號(hào)

IFB----LED電流反饋信號(hào)

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號(hào)

CTRL---電流控制信號(hào)

VIN---直流輸入電壓

QA，QB---變換器電子開(kāi)關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開(kāi)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(duì)多路LED進(jìn)行電流控制的驅(qū)動(dòng)方案的原理電路和相關(guān)的工作波形。

附圖中的文字注釋?zhuān)?/p>

IREF---電流控制參考信號(hào)

IFB----LED電流反饋信號(hào)

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號(hào)

CTRL---電流控制信號(hào)

VIN---直流輸入電壓

QC，QD---變換器電子開(kāi)關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開(kāi)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(duì)多路LED進(jìn)行電流控制的驅(qū)動(dòng)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?zhuān)?/p>

IREF---電流控制參考信號(hào)

IFB----LED電流反饋信號(hào)

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號(hào)

CTRL---電流控制信號(hào)

VIN---直流輸入電壓

QA，QB，QC，QD---變換器電子開(kāi)關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開(kāi)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(gè)用的升降壓式(Buck-Boost)變換器對(duì)多路LED進(jìn)行電壓控制的驅(qū)動(dòng)方案的原理電路和相關(guān)的工作波形。

附圖中的文字注釋?zhuān)?/p>

VREF---電壓控制參考信號(hào)

VFB----LED電壓反饋信號(hào)

PWM---PWM脈寬調(diào)光信號(hào)

CTRL---電流控制信號(hào)

VIN---直流輸入電壓

QA，QB，QC，QD---變換器電子開(kāi)關(guān)

Q1，Q2，QK---LED控制開(kāi)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(xì)描述

圖一所示為目前普遍采用的典型的三路汽車(chē)前燈LED照明驅(qū)動(dòng)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(guò)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(gè)驅(qū)動(dòng)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(lèi)型的升降壓電路高，所以對(duì)其他類(lèi)型的升降壓電路這里不再贅述。同時(shí)由于大燈，日間行車(chē)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(zhǔn)確可靠地工作，三路照明采用完全獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路。從圖一不難看出，這樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用了12個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，三個(gè)電感和三個(gè)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(huì)比較高，占用空間也比較大。

本專(zhuān)利發(fā)明的核心原理是使用一個(gè)開(kāi)關(guān)式電源變換器來(lái)驅(qū)動(dòng)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(dú)立地操作。為了由簡(jiǎn)入繁的闡述整個(gè)原理，這里先從降壓式的工作原理說(shuō)起。圖二所示為使用一個(gè)降壓式電路來(lái)驅(qū)動(dòng)多路LED獨(dú)立工作的電路原理。如圖二所示，LED1、LED2、.....LEDK是K路需要獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的LED串，每個(gè)LED串各有一個(gè)電容C1、C2、......CK與之并聯(lián)以平滑LED串的電流，每個(gè)LED串又各有一個(gè)二極管D1、D2、.....DK與之相串聯(lián)以防止能量在各個(gè)平滑電容之間的互相流動(dòng)，這樣形成的LED支路的正端并聯(lián)連接在一起，負(fù)端又各和一個(gè)控制開(kāi)關(guān)Q1、Q2、.....QK相串聯(lián)以控制各串LED電流的導(dǎo)通路徑，各個(gè)控制開(kāi)關(guān)的負(fù)端各和一個(gè)電流檢測(cè)元件R1、R2、....RK相串聯(lián)后連接到地，形成能夠獨(dú)立控制的LED工作支路；在該所述電路中各個(gè)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(kāi)關(guān)QA、輔助開(kāi)關(guān)QB和L1所組成的降壓式變換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖中QA的源極和QB的漏極相連接形成開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW相連，電感的第二端口連接到各個(gè)LED支路的正端并聯(lián)節(jié)點(diǎn)向各LED串供電。

如圖二所示各路LED，LED1、LED2、.....LEDK都有各自的獨(dú)立控制回路COTROL LOOP 1、CONTROL LOOP2、....CONTROL LOOPK來(lái)控制其電流及操作，各個(gè)控制回路從與之相應(yīng)的LED支路的電流檢測(cè)元件讀取電流反饋信號(hào)IFB1、IFB2、.....IFBK，再根據(jù)相應(yīng)的LED電流控制信號(hào)IREF1、IREF2、....IREFK經(jīng)過(guò)控制回路的處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)CTRL1、CTRL2、.....CTRLK。這些控制信號(hào)再通過(guò)從控制分配邏輯CONTROL STEERING LOGIC所分配到開(kāi)關(guān)周期來(lái)控制降壓變換器和控制開(kāi)關(guān)在相應(yīng)周期的開(kāi)關(guān)操作來(lái)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(gè)操作周期和各路LED的控制開(kāi)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(hào)進(jìn)行操作來(lái)滿(mǎn)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(hào)VG1使得控制LED1電流通路的Q1導(dǎo)通，其他各路LED的控制開(kāi)關(guān)Q2-QK都處于截止?fàn)顟B(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(hào)CTRL1連接到QA和QB驅(qū)動(dòng)電路來(lái)產(chǎn)生QA和QB的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGA和VGB。在此操作過(guò)程中當(dāng)QA導(dǎo)通，QB關(guān)斷時(shí)電感L1的電流IL1上升，電流從輸入端VIN通過(guò)L1流向LED1；當(dāng)QA關(guān)斷，QB導(dǎo)通時(shí)電感L1的電流IL1通過(guò)QB進(jìn)行續(xù)流，電流仍繼續(xù)流過(guò)LED1直至衰減到零。在控制回路所產(chǎn)生的控制信號(hào)的控制下LED1在此開(kāi)關(guān)周期內(nèi)從電感L1取得的電流正好滿(mǎn)足其在整個(gè)工作過(guò)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(gè)開(kāi)關(guān)操作周期在IL1衰減到零時(shí)開(kāi)始，VG2使得Q2導(dǎo)通，降壓變換器的電流流向LED2，同時(shí)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(hào)CTRL2送到QA和QB的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制降壓變換器的操作。依此類(lèi)推，控制分配邏輯依次把降壓變換器的各個(gè)開(kāi)關(guān)操作周期分配給各路LED使用，由各路LED的控制回路來(lái)對(duì)分配到的開(kāi)關(guān)周期進(jìn)行操作控制，這樣就達(dá)到了使用一個(gè)降壓變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路LED進(jìn)行獨(dú)立控制的效果。這里需要說(shuō)明，在實(shí)際操作中當(dāng)QA和QB交換開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)有一個(gè)死區(qū)時(shí)間，也即當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)的關(guān)斷信號(hào)發(fā)出后，另一個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通信號(hào)在經(jīng)過(guò)死區(qū)延遲時(shí)間后在發(fā)出，以避免兩個(gè)開(kāi)關(guān)在交換開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)短暫的同時(shí)導(dǎo)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(méi)有顯示死區(qū)時(shí)間。

在以上所描述的電感電流波形，下一個(gè)操作周期始終是在上一個(gè)周期中的電感電流衰減到零時(shí)開(kāi)始，這樣的做法比較容易使得每一個(gè)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(gè)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(dú)立，同時(shí)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(guò)選擇適當(dāng)容量的平滑電容來(lái)得到滿(mǎn)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(dú)立的控制，以滿(mǎn)足各種不同的工作狀態(tài)組合的要求。在圖二中各個(gè)控制回路所接受的控制信號(hào)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(dāng)某一路LED被置于非工作狀態(tài)時(shí)，控制分配邏輯能夠根據(jù)相應(yīng)的控制信號(hào)的狀態(tài)把該路LED從工作序列中除去，在進(jìn)行操作周期分配時(shí)對(duì)于處于工作狀態(tài)的LED回路依次進(jìn)行分配。例如當(dāng)PWM2把LED2置于非工作狀態(tài)時(shí)，LED2的操作即會(huì)在操作序列中除去，在LED1的操作結(jié)束時(shí)，下一個(gè)操作周期將跳過(guò)LED2，分配給處于工作狀態(tài)的LED3。這樣使用一個(gè)降壓變換器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各路LED的電流獨(dú)立的控制，各路LED的工作狀態(tài)也能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立控制。這里需要說(shuō)明，各路LED進(jìn)行電流控制時(shí)的操作是和降壓變換器的開(kāi)關(guān)操作頻率相對(duì)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(gè)緩慢得多的時(shí)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(shí)施除了以上所描述的方法外，也能夠用其他的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖二中所示的電感L1的電流操作波形IL1(2)能夠在實(shí)現(xiàn)對(duì)各路LED的電流進(jìn)行獨(dú)立控制、又對(duì)各路LED的工作狀態(tài)也實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)降壓變換器的軟開(kāi)關(guān)操作，其工作原理如下：

如圖二中IL1(2)所示，以第一個(gè)操作周期為例，當(dāng)主開(kāi)關(guān)QA在時(shí)刻t1B關(guān)斷，輔助開(kāi)關(guān)QB導(dǎo)通后，電感L1的電流開(kāi)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(shí)QB仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)，QA仍然截止，這樣在QB繼續(xù)導(dǎo)通的情況下IL1在衰減到零后由于各路LED的寄生電容儲(chǔ)能的存在而改變流動(dòng)方向，開(kāi)始建立從右向左流動(dòng)的負(fù)方向電流，QB在IL1的負(fù)方向電流建立到接近峰值時(shí)關(guān)斷，這時(shí)IL1因?yàn)镼B的關(guān)斷改變流動(dòng)路徑，通過(guò)對(duì)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(guò)程中開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW的點(diǎn)壓隨著QB和QA寄生電容的充放電上升，當(dāng)SW的電壓上升到接近或等于輸入電壓VIN時(shí)QA導(dǎo)通，這時(shí)由于QA的源漏兩端電壓VDS接近或等于零，QA的開(kāi)關(guān)操作實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開(kāi)關(guān)操作。這樣的操作方法仍然保持了對(duì)各路LED的電流和各路LED的工作狀態(tài)的獨(dú)立控制，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了降壓變換器的軟開(kāi)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(méi)有顯示死區(qū)時(shí)間。

在上述兩種方法中，各路LED的操作和降壓變換器的開(kāi)關(guān)操作同步而且電感L1的電流在每個(gè)開(kāi)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(gè)連續(xù)的電流源來(lái)使用，其電流值由控制分配邏輯調(diào)節(jié)在滿(mǎn)足整個(gè)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(dòng)工作時(shí)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(kāi)關(guān)操作同步或者不同步的情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各路的電流和工作狀態(tài)獨(dú)立的控制。在這種操作情況下降壓變換器通過(guò)開(kāi)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(gè)開(kāi)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(shí)際應(yīng)用的需要按照不同的規(guī)則來(lái)設(shè)定，其中一種方法是根據(jù)各路LED的實(shí)時(shí)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(guò)程中各路LED根據(jù)自身電流控制的需要通過(guò)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(gè)操作周期電感電流從零開(kāi)始建立的方法相比較，各路LED的電流控制的響應(yīng)速度會(huì)比較快。在和各路LED配合工作時(shí)原則上可以允許兩路或多路LED同時(shí)導(dǎo)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(duì)工作電壓較高的LED串即使其相應(yīng)的控制開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)也不會(huì)有電流流過(guò)，所以在實(shí)際工作時(shí)采用各路處于工作狀態(tài)的LED的控制開(kāi)關(guān)按順序依次導(dǎo)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(jiǎn)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(fù)載總和實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)定。在工作時(shí)導(dǎo)通的LED串仍然通過(guò)其相應(yīng)的控制回路利用脈寬調(diào)節(jié)來(lái)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(dāng)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(shí)，由于需要防止電感L1的電流沒(méi)有通路續(xù)流而造成的電壓過(guò)沖，最后關(guān)斷的LED回路并不隨著工作狀態(tài)控制信號(hào)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(guò)沖現(xiàn)象。在實(shí)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(shí)間，所以在視覺(jué)上不會(huì)造成任何影響。

以上所述使用一個(gè)降壓變換器對(duì)多路LED進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的方法同樣適用于用一個(gè)升壓變換器對(duì)多路LED進(jìn)行各自獨(dú)立的電流控制和工作狀態(tài)控制。用一個(gè)升壓變換器對(duì)多路LED進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的原理如圖三所示。在圖三中LED1、LED2、.....LEDK是K路需要獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的LED串，每個(gè)LED串各有一個(gè)電容C1、C2、......CK與之并聯(lián)以平滑LED串的電流，每個(gè)LED串又各有一個(gè)二極管D1、D2、.....DK與之相串聯(lián)以防止能量在各個(gè)平滑電容之間的互相流動(dòng)，這樣形成的LED支路的正端并聯(lián)連接在一起，負(fù)端又各和一個(gè)控制開(kāi)關(guān)Q1、Q2、.....QK相串聯(lián)以控制各串LED電流的導(dǎo)通路徑，各個(gè)控制開(kāi)關(guān)的負(fù)端各和一個(gè)電流檢測(cè)元件R1、R2、....RK相串聯(lián)后連接到地，形成能夠獨(dú)立控制的LED工作支路；在上述電路中各個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)，圖中QD的源極和QC的漏極相連接形成開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW，QD的漏極作為輸出端和各個(gè)LED支路的正端并聯(lián)節(jié)點(diǎn)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(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW相連。

圖三中所示各路LED，LED1、LED2、.....LEDK都有各自的獨(dú)立控制回路COTROL LOOP 1、CONTROL LOOP2、....CONTROL LOOPK來(lái)控制其電流及操作，各個(gè)控制回路從與之相應(yīng)的LED支路的電流檢測(cè)電阻讀取電流反饋信號(hào)IFB1、IFB2、.....IFBK，再根據(jù)相應(yīng)的LED電流控制信號(hào)IREF1、IREF2、....IREFK經(jīng)過(guò)控制回路的處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)CTRL1、CTRL2、.....CTRLK。這些控制信號(hào)再通過(guò)從控制分配邏輯CONTROL STEERING LOGIC所分配到開(kāi)關(guān)周期來(lái)控制降壓變換器和控制開(kāi)關(guān)在相應(yīng)周期的開(kāi)關(guān)操作來(lái)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(dòng)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(lái)驅(qū)動(dòng)多路LED的情形。所不同的是在圖二電路中QA是主開(kāi)關(guān)，QB是同步輔助開(kāi)關(guān)，電感L1的電流在QA導(dǎo)通期間上升，QB導(dǎo)通期間下降；而在圖三電路中QC是主開(kāi)關(guān)，QD是輔助開(kāi)關(guān)，電感L1的電流在QC導(dǎo)通期間上升，QD導(dǎo)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(dòng)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(gè)升壓變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)在升壓變換的情況下開(kāi)關(guān)周期和LED操作同步，每個(gè)周期結(jié)束時(shí)的電感電流為零和利用電感負(fù)電流實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)操作的情形下實(shí)現(xiàn)多路LED的電流的獨(dú)立控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)各路LED的工作狀態(tài)的獨(dú)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(dòng)電路，使用一個(gè)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(shí)現(xiàn)多路LED的電流和工作狀態(tài)的獨(dú)立控制，而且各路LED的電流控制在電感電流接近目標(biāo)電流值的情況下啟動(dòng)，取得更快的動(dòng)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(xì)描述，所以這里不再重復(fù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，特別是汽車(chē)應(yīng)用中，往往各路LED照明裝置的工作電壓差異很大，甚至?xí)瑫r(shí)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(lái)驅(qū)動(dòng)多路LED負(fù)載，其原理電路如圖四所示。在圖四中LED1、LED2、.....LEDK是K路需要獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的LED串，每個(gè)LED串各有一個(gè)電容C1、C2、......CK與之并聯(lián)以平滑LED串的電流，每個(gè)LED串又各有一個(gè)二極管D1、D2、.....DK與之相串聯(lián)以防止能量在各個(gè)平滑電容之間的互相流動(dòng)，這樣形成的LED支路的正端并聯(lián)連接在一起，負(fù)端又各和一個(gè)控制開(kāi)關(guān)Q1、Q2、.....QK相串聯(lián)以控制各串LED電流的導(dǎo)通路徑，各個(gè)控制開(kāi)關(guān)的負(fù)端各和一個(gè)電流檢測(cè)元件R1、R2、....RK相串聯(lián)后連接到地，形成能夠獨(dú)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(shí)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(huì)隨著改變，控制電路會(huì)根據(jù)實(shí)際的電壓關(guān)系情況來(lái)實(shí)時(shí)地確定各路LED工作時(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，圖四中QA和QB組成降壓橋臂，QA是主開(kāi)關(guān)，QB是輔助開(kāi)關(guān)，QA的源極和QB的漏極相連接形成開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(kāi)關(guān)，QD是輔助開(kāi)關(guān)，QD的源極和QC的漏極相連接形成開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW2，QD的漏極作為輸出端和各個(gè)LED支路的正端并聯(lián)節(jié)點(diǎn)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(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW1，第二端口接到開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW2。

圖四中所示各路LED，LED1、LED2、.....LEDK都有各自的獨(dú)立控制回路COTROL LOOP 1、CONTROL LOOP2、....CONTROL LOOPK來(lái)控制其電流及操作，各個(gè)控制回路從與之相應(yīng)的LED支路的電流檢測(cè)電阻讀取電流反饋信號(hào)IFB1、IFB2、.....IFBK，再根據(jù)相應(yīng)的LED電流控制信號(hào)IREF1、IREF2、....IREFK經(jīng)過(guò)控制回路的處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)CTRL1、CTRL2、.....CTRLK。這些控制信號(hào)再通過(guò)從控制分配邏輯CONTROL STEERING LOGIC所分配到開(kāi)關(guān)周期來(lái)控制升降壓變換器和控制開(kāi)關(guān)在相應(yīng)周期的開(kāi)關(guān)操作來(lái)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(dāng)電路進(jìn)行降壓變換操作時(shí)QC處于截止，QD處于導(dǎo)通狀態(tài)，QA和QB進(jìn)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(dāng)電路進(jìn)行升壓變換操作時(shí)QA處于導(dǎo)通，QB處于截止?fàn)顟B(tài)，QC和QD進(jìn)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(jí)變換器驅(qū)動(dòng)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(lái)驅(qū)動(dòng)多路LED的情形。所不同的是因?yàn)閳D四所描述的電路同時(shí)具有升壓和降壓變換功能，對(duì)所驅(qū)動(dòng)的各路LED負(fù)載的工作電壓和輸入電壓的關(guān)系沒(méi)有任何限制。圖四中所示波形作為一個(gè)例子描述了當(dāng)輸入電壓處于某個(gè)特定值時(shí)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(kāi)關(guān)周期CYCLE1電路對(duì)LED1提供驅(qū)動(dòng)電流，因VLED1＞VIN，電路做升壓變換操作，在整個(gè)周期QA處于導(dǎo)通，QB處于截止?fàn)顟B(tài)，QC和QD進(jìn)行升壓開(kāi)關(guān)操作；在開(kāi)關(guān)周期CYCLE2對(duì)LED2提供驅(qū)動(dòng)電流，因VLED2＜VIN，電路做降壓變換操作，在整個(gè)周期QD處于導(dǎo)通，QC處于截止?fàn)顟B(tài)，QA和QB進(jìn)行降壓開(kāi)關(guān)操作；在開(kāi)關(guān)周期CYCLE3對(duì)LED3提供驅(qū)動(dòng)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(duì)LEDK提供驅(qū)動(dòng)電流，因VLEDK＞VIN，電路做升壓變換操作，在整個(gè)周期QA處于導(dǎo)通，QB處于截止?fàn)顟B(tài)，QC和QD進(jìn)行升壓開(kāi)關(guān)操作。在整個(gè)工作過(guò)程中控制電路根據(jù)實(shí)際的LED的工作電壓和輸入電壓的關(guān)系情況來(lái)實(shí)時(shí)地確定各路LED工作時(shí)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(kāi)關(guān)周期和LED操作同步，每個(gè)周期結(jié)束時(shí)的電感電流為零或利用電感負(fù)電流實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)操作，使用一個(gè)升降壓變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路LED的電流的獨(dú)立控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)各路LED的工作狀態(tài)的獨(dú)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(guò)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(guò)升壓操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路LED進(jìn)行獨(dú)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(dòng)電路，使用一個(gè)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(shí)際工作時(shí)的電壓關(guān)系情況來(lái)實(shí)時(shí)地確定各路LED工作時(shí)的電壓變換模式，在控制分配邏輯的控制下實(shí)現(xiàn)多路LED的電流和工作狀態(tài)的獨(dú)立控制，而且各路LED的電流控制在電感電流接近目標(biāo)電流值的情況下啟動(dòng)，取得更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

圖四所示的升降壓驅(qū)動(dòng)電路還有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)，當(dāng)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(shí)，由于需要防止電感L1的電流沒(méi)有通路續(xù)流而造成的電壓過(guò)沖，最后關(guān)斷的LED回路并不隨著工作狀態(tài)控制信號(hào)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(shí)也是同樣的情形，在轉(zhuǎn)入非工作狀態(tài)時(shí)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(dòng)電路時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入非工作狀態(tài)時(shí)，只要使QA和QD關(guān)斷，QB和QC維持導(dǎo)通，電感L1的剩余電流就能夠通過(guò)QB和QC經(jīng)過(guò)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(lái)時(shí)可以立即關(guān)斷，而不需要利用它來(lái)耗盡電感的剩余儲(chǔ)能。

圖四中所描述的升降壓變換器驅(qū)動(dòng)方案使用一個(gè)升壓橋臂和一個(gè)降壓橋臂來(lái)實(shí)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(kāi)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(cè)和控制信號(hào)等都比較好處理，而且功率開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力也比較小，效率比較高。在實(shí)際應(yīng)用中使用一個(gè)橋臂也能夠?qū)崿F(xiàn)升降變換的功能，因?yàn)檫@類(lèi)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(kāi)關(guān)回路無(wú)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(cè)和控制信號(hào)等都不太好處理，而且功率開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力也比較大，效率相對(duì)比較低，所以對(duì)于多路LED驅(qū)動(dòng)，特別是高性能驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，但是在一些比較簡(jiǎn)單的應(yīng)用中還是可以考慮。

以上所描述的使用一個(gè)電源變換器實(shí)現(xiàn)對(duì)多路LED或直流負(fù)載的電流進(jìn)行獨(dú)立控制的原理也能夠用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路直流負(fù)載的電壓進(jìn)行獨(dú)立的控制。具體的實(shí)施只需把圖二、圖三和圖四所描述的原理電路中的各個(gè)LED工作支路按照?qǐng)D五所示原理圖做如下改動(dòng)：把一個(gè)平滑電容和需要進(jìn)行電壓控制的LED串相并聯(lián)，并聯(lián)后的負(fù)端和地連接，把一個(gè)隔離二極管和一個(gè)控制開(kāi)關(guān)相串聯(lián)，串聯(lián)后的負(fù)端和LED串的正端相連，串聯(lián)后的正端作為L(zhǎng)ED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(kāi)關(guān)的正端。每條LED支路都有由兩個(gè)電壓檢測(cè)電阻所組成的電壓檢測(cè)單元，檢測(cè)到的電壓反饋信號(hào)VFB代替圖二、圖三和圖四中電流反饋信號(hào)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(hào)和所接受到的電壓反饋信號(hào)在控制分配邏輯的協(xié)調(diào)下對(duì)各個(gè)LED支路的電壓進(jìn)行控制，控制操作的原理和本文描述的實(shí)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(duì)象、控制參考信號(hào)和反饋信號(hào)都是和電壓對(duì)應(yīng)的信號(hào)，而不是和電流對(duì)應(yīng)的信號(hào)。注意圖五所示是使用升降壓變換器來(lái)對(duì)多路LED實(shí)現(xiàn)電壓驅(qū)動(dòng)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(lái)對(duì)多路LED實(shí)現(xiàn)電壓驅(qū)動(dòng)，因前文中已有詳細(xì)描述，這里不再贅述，同時(shí)也需要強(qiáng)調(diào)上述原理除了能夠驅(qū)動(dòng)LED外，同樣也能夠用來(lái)對(duì)多路其他類(lèi)型的直流負(fù)載進(jìn)行獨(dú)立的電壓控制。

以上的陳述公開(kāi)了一種使用單個(gè)降壓、升壓或者升降壓電源變換器來(lái)對(duì)多路LED負(fù)載進(jìn)行獨(dú)立的電流和工作狀態(tài)控制的原理。這里需要強(qiáng)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(lái)對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行描述，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案的限制。本發(fā)明的工作原理，除了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)LED的電流或電壓的控制外，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其他類(lèi)型的直流負(fù)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(lèi)型的元器件來(lái)代替完成同樣的原理性功能；在實(shí)際應(yīng)用中可以采取不同的實(shí)施方案根據(jù)本發(fā)明的工作原理進(jìn)行實(shí)施；在不違反本發(fā)明的工作原理的情況下，實(shí)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(jì)算機(jī)控制電路等來(lái)完成本發(fā)明中所描述的各種功能。