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CN102090143B - 用于驱动至少一个发光二极管的电路装置和方法 - Google Patents

用于驱动至少一个发光二极管的电路装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动至少一个发光二极管的电路装置，该电路装置具有：带有正输入端和负输入端以及输出端的运算放大器(12)；期望值预定装置(10)，其与运算放大器(12)的正输入端耦合；用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子，其中第一端子与用于直流供电电压(V+)的端子耦合；与用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子串联耦合的能够以模拟方式驱动的晶体管(T1)，其中该晶体管(T1)具有控制电极、参考电极和工作电极，其中晶体管的控制电极与运算放大器(12)的输出端耦合，其中晶体管(T1)的工作电极与用于直流供电电压(V+)的端子耦合；以及在晶体管(T1)的参考电极和参考电势之间串联耦合的电流测量电阻(Rshunt)，其中在电流测量电阻上降落的电压耦合到运算放大器(12)的负输入端上；其中与所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子并联地耦合有至少一个负载(RV1)。此外，本发明还涉及一种用于驱动至少一个发光二极管的相应方法。

Description

用于驱动至少一个发光二极管的电路装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱动至少一个发光二极管(LED)的电路装置，其具有：带有正输入端和负输入端以及输出端的运算放大器；期望值预定装置，其与运算放大器的正输入端耦合；用于所述至少一个LED的第一端子和第二端子，其中第一端子与用于直流供电电压的端子耦合；与用于所述至少一个LED的第一端子和第二端子串联耦合的能够以模拟方式驱动的晶体管，其中该晶体管具有控制电极、参考电极和工作电极，其中该晶体管的控制电极与运算放大器的输出端耦合，其中该晶体管的工作电极与用于直流供电电压的端子耦合；以及在该晶体管的参考电极和参考电势之间串联耦合的电流测量电阻，其中在电流测量电阻上降落的电压耦合到运算放大器的负输入端上。此外，本发明还涉及一种用于驱动至少一个LED的相应方法。
背景技术
在图1中示出了现有技术中已知的这种电路装置。在此，期望值预定装置10在其输出端提供期望电压Usoll，该期望电压被耦合到运算放大器12的正输入端。运算放大器12由第一电源+Vcc和第二电源Vss供电，其中所述第一电源提供正的直流供电电压，而第二电源提供为零的供电电压或者提供负的直流供电电压。在运算放大器12的输出端A及其负输入端之间连接有反馈网络，其在此包括欧姆电阻R1和电容器C1的串联电路。在运算放大器12的正输入端和负输入端之间降落的电压用UDiff表示。运算放大器12的输出端A与晶体管T1的控制输入端、在此为栅极端子相连。在直流供电电压V+(其可以对应于电源+Vcc)和晶体管T1的工作电极(在此为漏极端子)之间连接有LED，在该LED上降落有电压ULED。在晶体管T1的参考电极(在此为源极端子)和参考电势之间设置有电流测量电阻Rshunt，在该电流测量电阻上降落有电压Ushunt。电压Ushunt通过第二欧姆电阻R2同样耦合到运算放大器12的负输入端上。运算放大器12与其反馈以及晶体管T1一同形成线性调节器。
这种电路装置例如使用在LED投影应用中，尤其是使用在所谓的背投影中。在此，由期望值预定装置将信号施加给运算放大器，所述信号可以具有在4μs以下的非常短的接通脉冲，以及同样在4μs以下的非常短的暗淡时间(Dunkelzeiten)。如相应的分析所得出的那样，这种电路装置尤其是在非常短的接通脉冲或者暗淡时间情况下工作并不令人满意。这导致更低质量的投影结果。
发明内容
因此本发明的任务在于，改进开头所提及的电路装置或者开头所提及的方法，使得能够实现具有更高质量的投影应用。
该任务通过具有权利要求1所述的特征的电路装置以及通过具有权利要求6所述的特征的方法来解决。
本发明所基于的认识是，在可以流过LED并且从0A直到ILEDmax的整个电流范围内，在期望电流在0A的范围中的情况下出现线性调节器的不希望的、强烈劣化的调节特性。原因在于，在实践中从不可能绝对精确地调节到0A的电流上，即始终流动着即使很小的但为正的或者负的电流。因为所使用的电路装置丝毫不允许负的电流，所以在这种情况下运算放大器饱和并且离开线性的调节工作。由此，调节特性被不可靠地强烈地劣化。由此，调节器在整个电流范围内具有不同的动态特性。在电流接近0A的情况下对过程的详细分析在下面可以找到，其中随后参照图3。
由于与LED并联地耦合至少一个另外的负载，所以在合适的设计情况下在LED上的电压小到使得尽管能够以模拟方式驱动的晶体管已经处于线性工作中但LED尚不发光，因为在该晶体管上施加正的控制电压。晶体管可以被快速接通，使得避免了由于能够以模拟方式驱动的晶体管的转换速率导致的时间延迟。由此，可以实现极短的接通脉冲和暗淡时间，这引起在投影应用中的非常高的质量。
在根据本发明的电路装置中，因此可以与制造商或者颜色或者生产批次无关地驱动LED，使得其在0A的期望电流情况下尚不发光，然而电流调节器已经干预，即处于线性工作中。在现在预先给定期望电流跳跃的情况下，调节器可以以极小的时间常数来反应。
另一优点通过与所述至少一个LED并联的负载通过如下方式给出：
在关断通过LED的电流之后其导致LED及其馈电线路的电容放电。由此，避免了LED的余辉发光，该余辉发光在现有技术中会达到1μs。此外，可靠地排除了由于线路电感而导致的负的电流尖峰，这些电流尖峰会达到1V并且因此会导致LED的故障。
优选的是，与所述至少一个LED并联的负载是以下选择中的至少一个或者多个元件：欧姆电阻，电流吸收器，恒流二极管。
特别优选的是，负载包括至少一个第一部分负载和至少一个第二部分负载，其中与至少第二部分负载串联设置有电子开关。这使得可能根据LED发射的颜色或者为了考虑制造容差而改变负载，以便由此考虑不同的使用电压。由此，可以调节的是，LED从多大电流开始发光。由此例如也可以考虑LED的老化或者LED的温度变化。
特别优选的是，该电路装置还包括微控制器，其设计为确定耦合在所述至少一个LED的第一端子和第二端子之间的至少一个LED的正向电压和/或相应地控制电子开关。由此，可能自动地始终将该最合适的负载或多个最合适的负载与所述至少一个LED并联，即尤其是在所述至少一个LED的工作期间动态地并联。
此外优选的是，在运算放大器的输出端和负输入端之间耦合有反馈网络。由此，可以调节线性调节器的调节参数并且由此调节该电路装置。
其他有利的实施形式由从属权利要求中得出。
结合根据本发明的电路装置提出的优选实施形式及其优点只要可用也相应地适用于根据本发明的方法。
在根据本发明的方法的一个优选的实施形式中，耦合步骤进行为使得由此在电路装置的工作中始终有正电流流过所述至少一个LED。
附图说明
现在在下面参照附图进一步描述根据本发明的电路装置的实施例。其中：
图1在示意图中示出了从现有技术中已知的用于驱动至少一个LED的电路装置；
图2在示意图中示出了根据本发明的电路装置的一个实施例；以及
图3示出了图1和图2的电路装置的不同变量的时间变化曲线。
具体实施方式
参照图1引入的附图标记相应地适用于图2中所示的本发明的实施例的相同或类似的器件。未对其进行再次介绍。
在图2中详细地示出了运算放大器12。尤其是，在运算放大器12的正输入端和包含于运算放大器12中的理想运算放大器14的正输入端之间绘出了电压源UOF，其反映了所谓的偏置电压。根据生产批次或者老化状态或者其他的参数，偏置电压UOF可以是正的或者负的。无关紧要的是，在运算放大器12的正输入端和负输入端之间的差值电压UDiff是正的，即偏置电压UOF是正的。于是，即当电流ILED接近于零时，在电流测量电阻Rshunt上降落的电压Ushunt几乎为零，然而是正的。在运算放大器12的输出端A上将小的正电压施加到晶体管T1的控制电极上。由此，晶体管T1保持导通，并且可以在需要时快速地又让电流升高。然而LED不希望地发光。
而更关键的是，偏置电压UOF是负的。为了说明，参照图3中电压Usoll、UGS以及Ushunt的时间变化曲线。在上部示出了期望电压Usoll的时间变化曲线，其例如可以是矩形的，其中曲线a)示出了UOF大于零的情况的时间变化曲线，而曲线b)示出了UOF小于零的情况的时间变化曲线。针对UOF大于零的过程已经被提及。对于UOF小于零的情况，在运算放大器12的输出端A上有负的电压。运算放大器12“想要”调节为使得在电流测量电阻Rshunt上的电压Ushunt为负。这是不可能的，因为晶体管T1可以只被置于不导通状态中。这导致不再存在闭合的调节回路。在运算放大器的输出端A上的电压降低到VSS，其中VSS可以为零或者小于零。在一个优选的实施例中，VSS为-15V并且图3中出于清楚的原因而并未被按照比例绘出。
当现在运算放大器12从该状态又要被置于具有正电流ILED的范围中时，运算放大器12首先“受影响(Im Anschlag)”，即在饱和状态中使得其在动态上非常缓慢。这从图3中最下方示出的曲线中得出：曲线a)与在中部图中的曲线a)对应，而曲线b)与在中部图中的曲线b)对应。如所示的那样，当UOF为负并且运算放大器12在具有接近于0A的电流ILED的阶段中工作时，电压Ushunt首先以明显的时间延迟Δt升高。该时间延迟导致短持续时间的接通脉冲和暗淡时间根本不或者错误地再现，尤其是太短地再现。当直到Δt可以为达到10μs和更长时，这于是特别明显。
提高电压Usoll，使得其始终大于UOF，而无论UOF是正还是负，会导致UGS始终大于零并且由此电流ILED通过LED，即使这是不希望的。为了防止这种情况，参见图2，现在根据本发明设计了，与LED并联至少一个负载RV1。优选的是设置其他的负载，其中在图2中示例性地示出了一个，即负载RV2。与这些负载优选串联设置有开关，在此为开关S1，其被微控制器16控制。微控制器16被设计为确定LED的正向电压并且控制开关S1，使得在总体上始终有合适的负载总电阻与LED并联。在此，合适意味着，通过使用一个或者多个负载的并联电路而恰好低于LED的阈值电压、即LED开始发光时的电压。

Claims (5)

1.一种用于驱动至少一个发光二极管的电路装置，具有：
-带有正输入端和负输入端以及输出端的运算放大器(12)；
-期望值预定装置(10)，其与运算放大器(12)的正输入端耦合；
-用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子，其中第一端子与用于直流供电电压(V+)的端子耦合；
-与用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子串联耦合的能够以模拟方式驱动的晶体管(T1)，其中该晶体管(T1)具有控制电极、参考电极和工作电极，其中该晶体管的控制电极与运算放大器(12)的输出端耦合，其中该晶体管(T1)的工作电极与用于直流供电电压(V+)的端子耦合；以及
-在该晶体管(T1)的参考电极和参考电势之间串联耦合的电流测量电阻(Rshunt)，其中在电流测量电阻上降落的电压耦合到该运算放大器(12)的负输入端上；
其特征在于，与用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子并联地耦合有负载，所述负载包括至少一个第一部分负载(RV1)和至少一个第二部分负载(RV2)，其中与至少第二部分负载(RV2)串联设置有电子开关(S1)；
该电路装置还包括微控制器(16)，该微控制器设计为确定耦合在用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子之间的至少一个发光二极管的正向电压和相应地控制电子开关(S1)。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述负载是以下选择中的至少一个或者多个元件：欧姆电阻，电流吸收器，恒流二极管。
3.根据上述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，在运算放大器的输出端和负输入端之间耦合有反馈网络(R1；C1，T1，Rshunt，R2)。
4.一种用于借助电路装置驱动至少一个发光二极管的方法，所述电路装置具有：带有正输入端和负输入端以及输出端的运算放大器(12)；期望值预定装置(10)，其与运算放大器(12)的正输入端耦合；用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子，其中第一端子与用于直流供电电压的端子耦合；与用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子串联耦合的能够以模拟方式驱动的晶体管(T1)，其中该晶体管(T1)具有控制电极、参考电极和工作电极，其中该晶体管(T1)的控制电极与运算放大器(12)的输出端耦合，其中该晶体管(T1)的工作电极与用于直流供电电压(V+)的端子耦合；以及在晶体管(T1)的参考电极和参考电势之间串联耦合的电流测量电阻(Rshunt)，其中在电流测量电阻上降落的电压耦合到运算放大器(12)的负输入端上；
其特征在于以下步骤：将负载与用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子并联耦合，所述负载包括至少一个第一部分负载(RV1)和至少一个第二部分负载(RV2)，其中将电子开关(S1)与至少第二部分负载(RV2)串联设置；该电路装置还包括微控制器(16)，将该微控制器设计为确定耦合在用于所述至少一个发光二极管的第一端子和第二端子之间的至少一个发光二极管的正向电压和相应地控制电子开关(S1)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，耦合步骤如下进行：使得由此在电路装置的工作中始终有正电流流过所述至少一个发光二极管。
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