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CN103118455B - Led电流控制 - Google Patents

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CN103118455B
CN103118455B CN201210403219.7A CN201210403219A CN103118455B CN 103118455 B CN103118455 B CN 103118455B CN 201210403219 A CN201210403219 A CN 201210403219A CN 103118455 B CN103118455 B CN 103118455B
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Alpha and Omega Semiconductor Inc
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Abstract

本发明可以利用输入工作周期和一个或多个电流传感输入信号表征的脉冲控制信号输入，控制并联发光二极管通道。每一个或多个电流传感输入信号都用流经一个或多个负载通道中一个相应的负载通道的电流闭锁。为一个或多个相应的调光控制器，提供一个或多个脉冲通道电流控制信号，一个或多个调光控制器相应地耦合到一个或多个负载通道上。每个调光控制器都用于为相应的双控开关提供输出信号，每个双控开关都与相应的负载通道串联耦合。可以根据电流传感输入信号，调节与对应的输入工作周期有关的每个通道电流控制信号的通道工作周期。

Description

LED电流控制
技术领域
本发明主要涉及控制发光二极管（LED）的多个通道，尤其是利用平均电流平衡，驱动LED多个通道的升压转换器。
背景技术
许多工业、商业以及公共基础设施都使用发光二极管照明。与原有的白炽灯或荧光灯照明等照明技术相比，LED具有很宽的色谱、紧凑的尺寸、很高的能量效率、没有汞及相关的环保问题、延长工作寿命、可定义输出、不含红外或紫外光谱元件（如果有必要的话），以及低压（在每个LED基座上）。
高亮度发光二极管（LED）的出现改善了固态照明方式，其性能优于传统的照明技术。发光效率较高、工作寿命长、工作温度范围宽并且设备环保等，都是LED技术超越白炽灯或气体放电光源技术的重要优势。然而，正向电压降、光通量输出和/或峰值波长可能需要封装技术，导致产量降低、成本增加。此外，大量性能匹配的LED排布在一个合适的光学外壳中，必须满足特定的光学发光性能的要求。明确电路补偿工艺的要求，在温度范围内规定光输出以及硬件寿命，会使先进的LED无法使用电阻偏置的驱动方式。
提出了各种基于开关和线性调制器件的电路技术，用于驱动串联LED的单独的“线串”，凭借调光技术实现精确的正向电流调制以及脉冲调制。这种体系结构要求每个LED线串使用专用的驱动电路，因此不适合控制数量很多的线串。
正是在这一前提下，提出了本发明所述的实施例。
发明内容
在一些实施方式中，本发明提供一种发光二极管（LED）控制系统，包括：
数个数字调光控制器，每个都用于接收一个脉冲通道电流控制信号，从而有数个脉冲通道电流控制信号，其中每个脉冲通道电流控制信号都通过一个相应的通道工作周期表征，其中每个调光控制器都用于为相应的一个双控开关提供输出信号，每个双控开关都与相应的数个并联LED通道中的一个串联耦合；以及
一个平均电流平衡元件，用于接收输入工作周期表征的脉冲控制信号输入，以及数个电流传感输入信号，其中每个电流传感输入信号都标示流经其中一个相应的LED通道中的电流，其中所述的平均电流平衡元件用于向所述的数个数字调光控制器提供相应的脉冲通道电流控制信号，所述的平均电流平衡元件用于调节每个通道电流控制信号相对于输入工作周期的通道工作周期以回应所述的电流传感输入信号。
上述的发光二极管（LED）控制系统，所述的平均电流平衡元件利用所述的数个电流传感输入信号，确定所述的数个LED通道中LED电流最低的一个特定通道，并且为升压或降压转换元件提供反馈信号，调节所述的一个或多个并联LED通道上的电压。
上述的发光二极管（LED）控制系统，所述的平均电流平衡元件用于将LED电流最低的特定通道的通道工作周期，设置得与输入工作周期相等。
上述的发光二极管（LED）控制系统，平均电流平衡元件用于将LED电流高于最低的LED电流的一个或多个LED通道的通道工作周期，都设置得比输入工作周期更低。
上述的发光二极管（LED）控制系统，所述的平均电流平衡元件用于设置指定的LED通道的通道工作周期等于输入工作周期乘于（乘以）所述最低的LED通道电流与所述指定通道的通道电流的比例（比值）。
上述的发光二极管（LED）控制系统，所述的每个双控开关都耦合在相应的LED通道的最后一个LED和相应的传感电阻器之间。
上述的发光二极管（LED）控制系统，还包括一个升压转换器元件，用于传感流经每个并联LED通道的通道电流，并且调制并联LED通道上的驱动电压。
上述的发光二极管控制系统，升压转换器元件用于根据接收的数个电流传感输入信号，为升压开关提供升压开关信号，通过调节流经升压开关的电流，来调制驱动电压。
上述的发光二极管（LED）控制系统，所述的升压开关耦合在节点和参考电压之间，节点耦合到一个或多个并联LED通道的输入端。
上述的发光二极管（LED）控制系统，还包括一个电感器，其中电感器耦合在节点和输入电压源之间。
上述的发光二极管控制系统，还包括一个降压转换器元件，用于传感流经每个并联LED通道的通道电流，并且提供一个或多个开关信号调制并联LED通道上的驱动电压。
上述的发光二极管（LED）控制系统，降压转换器元件为同步降压转换器，用于根据接收的数个电流传感输入信号，来确定高端开关信号和低端开关信号，并且为高端开关提供高端开关信号，为低端开关提供低端开关信号，高端开关耦合在电压源和节点之间，低端开关耦合在节点和参考电压之间。
上述的发光二极管（LED）控制系统，还包括一个电感器，其中电感器耦合在节点和一个或多个并联LED通道之间。
上述的发光二极管（LED）控制系统，降压转换器元件为非同步降压转换器，用于根据接收的数个电流传感输入信号，确定高端开关信号，并为高端开关提供高端开关信号，高端开关耦合在电压源和节点之间，节点通过电感器连接到一个或多个LED通道上。
上述的发光二极管（LED）控制系统，还包括一个二极管，耦合在节点和参考电压之间，其中当高端开关闭合时，二极管反向偏置。
在一些实施方式中，本发明还提供一种电流控制系统，包括：
一个平均电流平衡元件，用于接收输入工作周期表征的脉冲控制信号输入，以及一个或多个电流传感输入信号，其中所述的一个或多个电流传感输入信号中的每个都标示流经一个或多个负载通道中一个相应的负载通道中的电流，其中平均电流平衡元件用于为一个或多个调光控制器提供一个或多个脉冲通道电流控制信号，一个或多个调光控制器相应的耦合到一个或多个负载通道上，其中平均电流平衡元件用于调节每个通道电流控制信号相对于输入工作周期的通道工作周期。
在另一些实施方式中，本发明还提供一种发光二极管（LED）控制方法，包括：
接收输入工作周期表征的脉冲控制信号输入，以及数个电流传感输入信号，其中每个电流传感输入信号都标示流经数个LED通道中一个相应的LED通道中的电流；并且
为数个调光控制器提供数个脉冲通道电流控制信号，所述的数个调光控制器相应的耦合到数个LED通道上，其中每个调光控制器都用于为一个相应的双控开关提供输出信号，每个双控开关都与数个并联LED通道中一个相应的LED通道串联耦合；
其中每个脉冲通道电流控制信号的通道工作周期根据所述的数个电流传感输入信号相对于输入工作周期进行调节。
上述的方法，还包括利用一个或多个电流传感输入信号，确定数个LED通道中LED电流最低的一个特定通道，并且为升压或降压转换元件提供反馈信号，调节一个或多个并联LED通道上的电压。
上述的方法，提供数个脉冲通道电流控制信号包括，将LED电流最低的特定通道的通道工作周期，设置得与输入工作周期相等。
上述的方法，还包括将LED电流高于最低的LED电流的一个或多个LED通道的通道工作周期，都设置得比输入工作周期更低。
上述的方法，设置LED电流高于最低的LED电流的一个或多个LED通道的通道工作周期包括，设置指定的LED通道的通道工作周期等于输入工作周期乘于最低的LED通道电流与指定通道的通道电流的比例。
上述的方法，升压或降压转换器元件，用于传感流经每一个或多个并联LED通道的通道电流，并且调制并联LED通道上的驱动电压。
上述的方法，升压或降压转换器元件根据接收的数个电流传感输入信号，为一个或多个开关提供一个或多个开关信号，用于通过调节流经一个或多个开关的电流，来调制驱动电压。
附图说明
阅读以下详细说明并参照附图之后，本发明的其他特点和优势将显而易见：
图1表示一种可以调节LED单独通道（或线串）的传统系统的示意图。
图2表示另一种可以调节LED单独通道的传统系统的示意图。
图3表示另一种与图2类似的，可以调节LED多个通道/线串的传统系统的示意图。
图4表示依据本发明的一个实施例，一种可以调节单独LED通道或带有一个单独的升压转换器的LED多通道的系统的示意图。
图5表示依据本发明的另一个实施例，一种可以调节单独LED通道或带有一个单独的升压转换器的LED多通道的系统的示意图。
图6表示依据本发明的可选实施例，一种可以调节单独LED通道或带有一个单独的升压转换器的LED多通道的系统的示意图。
具体实施方式
以下详细说明并参照附图，用于解释说明本发明的典型实施例。在这种情况下，参照图中所示的方向，使用方向术语，例如“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前面”、“后面”等。由于本发明的实施例可以置于不同的方向上，因此所述的方向术语用于解释说明，并不作为局限。应明确也可以使用其他实施例，结构或逻辑上的调整不能偏离本发明的范围。因此，以下详细说明并不作为局限，本发明的范围应由所附的权利要求书限定。
传统的LED背光驱动器通常包括一个升压或降压转换器元件，提供LED偏压，以及一个电流调节器元件，控制LED电流。驱动器根据控制输入调节电流，控制输入包括一个调光或亮度级别的控制器。驱动器处理控制输入，提供与升压或降压以及电流调节器元件一致的响应。通过进行LED线串（LED strings）的移相脉宽调制（PS-PWM），至少可以部分减少效率低下的情况，消除转换器输出端的脉冲电流，提供动态的母线电压调节，改善了效率。
目前，如图1、2和3所示，主要使用两种传统的方法。
图1表示一种可以调节LED单独通道（或线串）的传统系统的示意图。该系统可用于控制为LED背光设计的LED管束。系统100含有一个电源102，通过电感器103和肖特基二极管105，耦合到LED 104的单独通道（Single channel of LED）上。电源102通过电感器103和升压开关108接地（或其他参考电压端）。升压开关108是一种“节流”型开关，其中通过开关的瞬间电流取决于来自升压转换控制器106的输出信号级别。当升压开关108开启时，电流流经电感器103，从而使电压聚集起来。当升压开关断开时，储存在电感器103中的能量通过肖特基二极管到达LED通道104。
系统100还含有一个数字调光控制器（Digital dimming control）110，通过开关112和电流传感电阻器114，耦合到LED通道104，电流传感电阻器114位于开关112和接地端之间，电流传感电阻器114也耦合到升压转换控制器106上。由于传感电阻器114与LED通道104串联，因此传感电阻器114上的电压与流经传感电阻器114的电流（即流经LED通道104的电流（ILED））成正比。在系统100中，可以根据传感电阻器114上测得的电压，通过控制流经升压开关108的电流，调节LED通道104上的增压。根据来自调光控制器110的信号，调节平均LED电流（ILED）。传感电阻器114和LED通道104中最低的一个LED（即LED通道104中末端的一个LED，与此同时其首个LED连接到LED通道的电压输入端也即电源102提供的输出电压VOUT端）的阴极之间的双控开关112，根据来自调光控制器110的信号，控制流经LED通道104的电流的接通或断开。调光控制器110通过改变随着开关112接通和断开电流的工作周期，调节平均电流。
系统100利用一个控制回路，调节传感电阻器114和开关112之间的节点116处的LED偏压VLED。将LED偏压VLED（节点116）耦合回升压转换控制器106，作为反馈电压VFB（VFB=R*ILED），形成反馈电路，实现升压调制。由于不同的LED之间存在正向电压失配，所以这种方法通常用于单独的LED通道。该技术基于独立的升压转换控制器，因此对于多通道LED系统而言，例如双LED通道，该技术将需要两个电感器、两个升压开关以及两个双控开关。由于升压转换器的多个升压开关，以及每个通道的升压转换器的多个降压开关，使得该系统非常昂贵。
图2表示另一种可以调节LED单独通道（或线串）的传统升压转换器200的示意图。与系统100类似，系统200含有一个电源102，通过电感器103和肖特基二极管105，耦合到LED 104的单独通道上。电源102通过升压开关108接地耦合（或其他参考电压端）。在系统200中，根据反馈电压VFB调节增压，反馈电压VFB是在节点215处的通道104中最下方的LED二极管的阴极测量的。
在本方法中，系统200利用第一控制回路，根据节点215处的反馈电压，调节LED通道104上的输出电压。如果认为每个LED上的电压降都相同，那么反馈电压VFB可以表示为输出-NLED*VLED，其中NLED为通道104中LED的数量。通过将节点215处的反馈电压VFB耦合至升压转换控制器106，形成反馈电路，升压转换控制器106为升压开关108提供升压控制信号，实现升压调制。
由于反馈回路不是通过LED通道104调节电流ILED，因此电流调制器件（Current regulation device）119耦合在LED通道104和接地端之间。传感电阻器114耦合在电流调制器件119（例如线性开关或晶体管）和接地端之间。调制器件利用来自于调制器（Regulator）118的信号，控制LED电流。调制器118可以是一个接收控制输入（例如与通道电流ILED相对应的电压）的比较器。控制输入可以是电压VCTRL的形式，电压VCTRL是在调制器件119和耦合至接地端的传感电阻器R之间的节点216处测量的，其中VCTRL=R*ILED。调制器118将控制输入与第二控制输入作比较，第二控制输入对应通道电流ILED的期望值。
在系统200中，由于调制电流并不取决于电压，因此该系统也可以用于多通道结构，也就是说匹配每个LED通道的电流。图3表示与图2类似的另一种传统系统300的示意图，可以调节LED的多个通道/线串。但是，遗憾的是它与图2所示的系统200和图1所示的系统100一样，有类似的成本问题，多通道配置使这种系统相当昂贵。该系统的成本部分取决于利用传统的IC工艺以及工业设计方式，在硅中实现LED电流调节器的成本。此外，LED电流调制器件119通常在线性区域中工作，它在功率消耗和器件尺寸等方面都不如双控开关。虽然多通道的系统200并不需要多个升压转换器或多个升压开关调制多个并联通道，但这种系统需要多个调制器（Regulator）和多个电流调制器件（Current regulation device）。
图3表示多通道LED控制系统300。与系统200类似，系统300含有一个电源102，耦合到LED 104的多个并联通道上，为了简便，在图3中仅表示出了两个通道104-1和104-2。电源102通过电感器103和肖特基二极管105，耦合到LED的多个并联通道，提供输出电压VOUT。电源102还通过升压开关108，耦合到接地端或其他参考电压端。升压转换控制器106提供控制升压开关108的信号。
系统300利用第一控制回路，调制第一通道104-1与相应调制器件119-1之间的节点315-1处的LED偏压VLED。通过将反馈电压VFB1从节点315-1耦合回升压转换控制器106，形成反馈电路。而且，假设通道104-1中的每个LED都具有相同的电压降，VFB1=VOUT-VLED*NLED，其中NLED为第一通道104-1中的LED的数量。系统300还利用第二控制回路，调制第二通道104-2与相应调制器件119-2之间的节点315-2处的LED偏压VLED。反馈电路的形成，是通过将节点315-2处的反馈电压VFB2从耦合回升压转换控制器106，作为反馈电压VFB2（VFB2=VOUT-VLED*NLED），其中NLED为第二通道104-2中的LED的数量。升高的电压通过最低的反馈电压VFB1或VFB2调制，最低的反馈电压VFB1或VFB2对应电压降最高的LED通道。
与系统200类似，系统300还包括电流调制器118-1和118-2，用于控制LED电流，电流调节器118-1和118-2分别用在通道104-1和104-2中各自最下方的LED二极管的阴极和接地之间。在系统300中，数字调光控制器110耦合到调制器118-1和118-2。配置第三和第四控制回路，以便分别在节点316-2和316-2处独立调制LED电流（ILED1和ILED2）。一般而言，通过将LED电流ILED1（节点316-1）耦合回调制器118-1，作为控制电压VCTRL（VCTRL=R*ILED1），通过调制器件119-1实现电流调制，将LED电流ILED2（节点316-2）耦合回调制器118-2，作为控制电压VCTRL（VCTRL=R*ILED2），通过调制器件119-2实现电流调制。由于使用了多个调制器和调制器件，使得该方法的成本更加高昂。对于2通道系统，图3所示示例中的系统300需要一个电感器、一个升压开关、两个调制器和两个调制器件。此外，功率都是被除了LED正向电压最低的通道以外的通道消耗。确切地说，由于电压调制是基于反馈电压最低的通道，反馈电压较高的通道由于在它们的调制器件中的热量，将会消耗功率用于散热。
解决方案：图1所示的系统100是LED背光最节省成本的解决方案。然而，由于复制了升压或降压转换器元件，因此节省了一个以上通道的成本。本发明系统的实施例采用类似于系统100的LED控制系统，用单独的升压转换器元件控制多个通道。
确切地说，要避开原有技术的LED控制器的缺陷，可以通过利用由输入工作周期以及一个或多个电流传感输入信号表征的脉冲的控制信号输入，控制并联的发光二极管通道。每个电流传感输入信号（Current sense input signal）都可以用流经相应的LED通道的电流来表示。一个或多个脉冲通道电流控制信号（Pulsed channel current control signals），可以提供给一个或多个相应的调光控制器，并且对应耦合到一个或多个LED通道上。每个调光控制器都为相应的双控开关提供输出信号，每个双控开关都与相应的LED通道串联耦合。根据与电流传感输入信号有关的输入工作周期，调制每个通道电流控制信号的通道工作周期。
使用双控开关（ON-OFF switch）和调光控制器，而不是线性开关（Linear switch）和调制器，可以大幅降低控制系统的成本。
实施例：图4表示依据本发明的一个实施例所展示的系统400的示意图，其中系统400可以调制带有单独的升压转换器的LED的多个通道，从而节省成本。
在系统400中，LED的多个并联通道，通过肖特基二极管105和电感器103，耦合到电源102上。每个通道上的电压都是肖特基二极管105的阴极处的输出电压Vout。在图4所示的示例中，表示了两个LED通道104-1和104-2；然而，本发明的实施例可以通过任意数量的LED通道来实现。每个单独的LED通道上的电压降随着LED各自的属性变化，系统400仅仅表示LED的两个通道104-1和104-2。电源102也通过升压开关108，耦合到升压转换控制器106上。与系统100类似，每个数字调光控制器110-1、110-2都通过双控开关112-1、112-2，耦合到相应的LED通道104-1和104-2，电流传感电阻器114-1、114-2位于双控开关112-1、112-2和接地端或其他参考电压端之间。
如图4所示，每个数字调光控制器110-1、110-2都利用脉宽调制，通过相应的LED通道104-1、104-2，提供对应双控开关112-1、112-2的控制信号，控制电流ILED1、ILED2。
系统400利用单独的反馈回路，根据LED通道104-1、104-2的瞬时电流ILED1、ILED2，调制输出电压VOUT和通道104-1、104-2响应传感信号的平均电流。作为示例，但不作为局限，传感信号可以是在节点116-1、116-2处测得的反馈信号VFB1、VFB2的形式，节点116-1、116-2分别在传感电阻器114-1、114-2和双控开关112-1、112-2之间。反馈电压VFB1、VFB2可以用VFB1=R1*ILED1和VFB2=R2*ILED2表示。与系统300类似，可以通过将反馈电压VFB1、VFB2耦合到升压转换控制器106上，形成LED通道104-1、104-2的输出信号控制器反馈回路。由于必须是最小的输出电压才能保持通道开启，因此升压转换控制器106选取VFB1、VFB2最低的反馈电压，调制输出电压VOUT。
系统400还包括一个平均电流平衡元件（Average current balance element）420，耦合到数字调光控制器110-1、110-2以及升压转换控制器106上。在本方法中，与系统300一样，调制的都是每个通道104-1、104-2的平均电流，而非瞬时电流。平均电流平衡元件420用于接收输入工作周期（Input duty cycle）表征的脉冲控制信号输入（Pulsed control signal input），电流传感输入信号对应流经每个LED通道104-1、104-2的电流。作为示例，但不作为局限，电流传感信号可以是反馈电压VFB1、VFB2或从它们中提取的信号。平均电流平衡元件420还用于为数字调光控制器110-1、110-2提供脉冲通道电流控制信号。平均电流平衡元件420用于根据一个或多个电流传感输入信号（例如根据VFB1和VFB2），调节每个通道电流控制信号与输入工作周期有关的通道工作周期（Channel duty cycle）。
作为示例，但不作为局限，平均电流平衡元件420可以在可编程器件的软件中配置，例如微处理器或硬件（例如专用集成电路（ASIC）或微控制器）中。
为了通过每个LED通道104-1、104-2，控制平均电流，平均电流平衡元件420为数字调光控制器110-1、110-2提供单独的脉宽调制，使每个LED通道获得相同的平均电流ILED1，所有的通道在顶部LED二极管（即LED通道中首个LED二极管）的阳极（节点422）处，获得相同的输出电压VOUT。平均电流平衡元件420利用电流信息，确定LED电流最低的通道。这个通道将为升压转换调节器提供反馈信号。LED电流最低的通道的双控开关的工作周期，将与输入PWM调光工作周期相同。LED电流较高的所有其他通道都将根据LED电流的差异，来调节双控开关工作周期。LED通道电流ILED（较高）高于最低的LED通道电流ILED（最低）的这些LED通道的通道工作周期，可以用下式表示：
通道工作周期=[ ILED（最低）*输入工作周期/ ILED（较高）]。
作为数字示例，假设两个通道104-1、104-2为10%失配。顶部LED二极管的阳极（节点422）处，具有相同的输出电压VOUT，如果通道104-1的全电流ILED1为100mA，由于10%失配，因此通道104-2的全电流将是110mA。因此，由于LED10%失配，通道104-1的反馈电压VFB1将是500mA，通道104-2的反馈电压VFB2将是550mA。为了简便，可以认为R1=R2。
在本例中，升压转换控制器106将选取最低的反馈电压——500mV的VFB1，调制输出电压VOUT，其为保持LED通道104-1开启所需要的最小的输出电压。
假设输入工作周期为50%。如果数字调光控制器使用相同的工作周期，那么第一通道104-1的平均电流将是50mA，第二通道104-2的平均电流将是55mA。平均电流平衡元件420将第二LED通道104-2的工作周期从50%调至45.4%，从而使第二通道的平均电流ILED2为50mA（110mA*0.454=50mA）。
本发明的实施例并不局限于使用升压转换器。在可选实施例中，可以在LED驱动中使用单独的降压转换器，降低输入电压。作为示例，但不作为局限，图5表示依据本发明的实施例，可以利用单独的降压转换器调制LED多个通道的系统500的示意图，从而节省成本。
系统500中除了用降压转换控制器代替升压转换控制器之外，其他都与系统400相同。所示的系统500为同步降压结构，包括高端（HS）开关502和低端（LS）开关504，电耦合到降压转换控制器506上。HS和LS开关可以是合适的晶体管，例如MOSFET、IGBT或BJT。
在系统500中，LED的多个并联通道可以通过电感器103和HS开关502或LS开关504，耦合到电源102上。每个通道上的电压为电感器103上的输出电压VOUT。在本例中，图5表示了两个LED通道104-1、104-2；然而，本发明的实施例可以配置任意数量的LED通道。每个单独的LED通道上的电压降都可以随LED各自的属性来改变，使不同的LED通道具有不同的激活电压。为了简便，系统500仅表示出了LED的两个通道104-1和104-2。电源102也通过HS开关502和LS开关504，耦合到降压转换控制器506上。与系统400类似，每个数字调光控制器110-1、110-2都通过双控开关112-1、112-2，耦合到相应的LED通道104-1、104-2上，电流传感电阻器114-1、114-2位于双控开关112-1、112-2和接地端或其他电压参考端之间。每个数字调光控制器110-1、110-2都提供对应双控开关112-1、112-2的控制信号，利用脉宽调制，通过相应的LED通道104-1、104-2，控制电流ILED1、ILED2。
如上所述，与系统400类似，系统500利用单独的反馈回路，根据LED通道104-1、104-2的瞬时电流ILED1、ILED2，调制输出电压VOUT和通道104-1、104-2响应传感信号的平均电流。降压转换控制器506选取VFB1、VFB2中最低的反馈电压，调制输出电压VOUT，这是保持通道开启所需要的最小的输出电压。系统500还包括一个平均电流平衡元件420，平均电流平衡元件420耦合到数字调光控制器110-1、110-2和降压转换控制器506上。与系统300中一样，调制的是每个通道104-1、104-2的平均电流，而非瞬时电流。平均电流平衡元件420用于接收输入工作周期表征的脉冲控制信号输入，电流传感输入信号对应流经每个LED通道104-1、104-2的电流。作为示例，但不作为局限，电流传感信号可以是反馈电压VFB1、VFB2或从它们中提取的信号。平均电流平衡元件420还用于为数字调光控制器110-1、110-2提供脉冲通道电流控制信号。平均电流平衡元件420用于根据一个或多个电流传感输入信号（例如根据VFB1和VFB2），调节每个通道电流控制信号与输入工作周期有关的通道工作周期。
当HS开关闭合（开启状态）时，LS开关打开（断开状态），电感器103上的电压为VL=Vin-Vout。流经电感器103的电流线性升高。当LS开关断开时，没有电流流经它。如上所述，要控制流经每个LED通道104-1、104-2的平均电流，平均电流平衡元件420为数字调光控制器110-1、110-2提供单独的脉宽调制，使每个LED通道获得相同的平均电流ILED1，所有的通道在顶部LED二极管的阳极（节点422）处，获得相同的输出电压VOUT。平均电流平衡元件420利用电流信息，确定LED电流最低的通道。这个通道将为升压转换调节器提供反馈信号。LED电流最低的通道的双控开关的工作周期，将与输入PWM调光工作周期相同。LED电流较高的所有其他通道都将根据LED电流的差异，来调节双控开关工作周期。LED通道电流ILED（较高）高于最低的LED通道电流ILED（最低）的这些LED通道的通道工作周期，可以用下式表示：
通道工作周期=[ ILED（最低）*输入工作周期/ ILED（较高）]。
作为数字示例，假设两个通道104-1、104-2为10%失配。顶部LED二极管的阳极（节点422）处，具有相同的输出电压VOUT，如果通道104-1的全电流ILED1为100mA，由于10%失配，因此通道104-2的全电流将是110mA。因此，由于LED10%失配，通道104-1的反馈电压VFB1将是500mA，通道104-2的反馈电压VFB2将是550mA。为了简便，可以认为R1=R2。
在本例中，升压转换控制器106将选取最低的反馈电压——500mV的VFB1，调制输出电压VOUT，其为保持LED通道104-1开启所需要的最小的输出电压。
假设输入工作周期为50%。如果数字调光控制器使用相同的工作周期，那么第一通道104-1的平均电流将是50mA，第二通道104-2的平均电流将是55mA。平均电流平衡元件420将第二LED通道104-2的工作周期从50%调至45.4%，从而使第二通道的平均电流ILED2为50mA（110mA*0.454=50mA）。
当HS开关打开（断开状态）时，LS开关闭合（开启状态），电感器103上的电压为VL=-Vout（二极管电压降忽略不计）。因此，流经电感器103的电流IL降低。
图6表示依据本发明的另一个实施例，可以调制带有单独的降压转换器的LED多个通道的系统600，从而节省成本。系统600为非同步的降压结构，除了含有高端（HS）开关502和二极管503电耦合到降压转换控制器506和二极管503之外，其他都与系统500类似。HS开关可以是一个合适的晶体管，例如MOSFET、IGBT或BJT。当HS开关502闭合时，所配置的二极管为反向偏置，当HS开关502打开时，二极管为正向偏置。非同步降压转换器中常见的情况是，并联LED通道104-1、104-2上的电压取决于闭合和断开HS开关502的开关信号的工作周期。
在系统600中， LED多个并联的通道可以通过电感器103或二极管503，耦合到电源102上。每个通道上的电压为电感器103的输出电压Vout。电源102通过HS开关502和二极管503，也耦合到降压转换控制器506上。
系统600的工作方式与系统500基本类似。当HS开关502闭合（接通状态）时，电感器103上的电压为VL=Vin-Vout。电感器103上的电流线性增大。由于二极管503通过电压源V反向偏置，因此没有电流通过。当HS开关502打开（断开状态）时，二极管503正向偏置，电感器103上的电压为VL=-Vout（二极管降忽略不计）。因此，流经电感器103的电流IL降低。这种控制电流的技术避免了通道中电流较高时的功率损耗，并且避免了像图3中的系统300那样使用昂贵的调节器和调制器件，从而降低了系统的成本。虽然所述示例均针对背光的LED通道，但是本领域的技术人员应明确本发明的实施例并不局限于这些方式。本发明的实施例还可选择用于其他需要控制多个并联通道中电流的器件中。一般来说，本发明的实施例可以用任何类型的使用脉宽调制调节一个或多个负载通道中平均DC电流的器件中。这种器件可能包括，例如电动机。
尽管以上是本发明的较佳实施例的完整说明，但是也有可能使用各种可选、修正和等效方案。因此，本发明的范围不应局限于以上说明，而应由所附的权利要求书及其全部等效内容决定。任何可选件（无论首选与否），都可与其他任何可选件（无论首选与否）组合。在以下权利要求中，不定冠词“一个”或“一种”都指下文内容中的一个或多个项目的数量。除非在特定的权利要求前使用“意思是”明确限定，否则所附的权利要求书不应认为是意思加功能的局限。任何没有用“意思是”明确指出限定功能的项目，不应认为是35 USC § 112, ¶ 6中所述条款的“意思”或“步骤”。

Claims (19)

1.一种发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，包括：
数个数字调光控制器，每个都用于接收一个脉冲通道电流控制信号，从而有数个脉冲通道电流控制信号，其中每个脉冲通道电流控制信号都通过一个相应的通道工作周期表征，其中每个调光控制器都用于为相应的一个双控开关提供输出信号，每个双控开关都与相应的数个并联LED通道中的一个串联耦合；以及
一个平均电流平衡元件，用于接收输入工作周期表征的脉冲控制信号输入，以及数个电流传感输入信号，其中每个电流传感输入信号都标示流经其中一个相应的LED通道中的电流，其中所述的平均电流平衡元件用于向所述的数个数字调光控制器提供相应的脉冲通道电流控制信号，所述的平均电流平衡元件用于调节每个通道电流控制信号相对于输入工作周期的通道工作周期以回应所述的电流传感输入信号；
在并联的LED通道中，比具有最低通道电流ILED(最低)的LED通道的电流要高的具有较高通道电流ILED(较高)的LED通道的通道工作周期表示为：
通道工作周期＝[ILED(最低)*输入工作周期/ILED(较高)]。
2.如权利要求1所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，所述的平均电流平衡元件利用所述的数个电流传感输入信号，确定所述的数个LED通道中LED电流最低的一个特定通道，并且为升压或降压转换元件提供反馈信号，调节所述的一个或多个并联LED通道上的电压。
3.如权利要求2所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，所述的平均电流平衡元件用于将LED电流最低的特定通道的通道工作周期，设置得与输入工作周期相等。
4.如权利要求3所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，所述的每个双控开关都耦合在相应的LED通道的最后一个LED和相应的传感电阻器之间。
5.如权利要求1所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，还包括一个升压转换器元件，用于传感流经每个并联LED通道的通道电流，并且调制并联LED通道上的驱动电压。
6.如权利要求5所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，升压转换器元件用于根据接收的数个电流传感输入信号，为升压开关提供升压开关信号，通过调节流经升压开关的电流，来调制驱动电压。
7.如权利要求6所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，所述的升压开关耦合在节点和参考电压之间，节点耦合到一个或多个并联LED通道的输入端。
8.如权利要求7所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，还包括一个电感器，其中电感器耦合在节点和输入电压源之间。
9.如权利要求1所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，还包括一个降压转换器元件，用于传感流经每个并联LED通道的通道电流，并且提供一个或多个开关信号调制并联LED通道上的驱动电压。
10.如权利要求9所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，降压转换器元件为同步降压转换器，用于根据接收的数个电流传感输入信号，来确定高端开关信号和低端开关信号，并且为高端开关提供高端开关信号，为低端开关提供低端开关信号，高端开关耦合在电压源和节点之间，低端开关耦合在节点和参考电压之间。
11.如权利要求10所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，还包括一个电感器，其中电感器耦合在节点和一个或多个并联LED通道之间。
12.如权利要求9所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，降压转换器元件为非同步降压转换器，用于根据接收的数个电流传感输入信号，确定高端开关信号，并为高端开关提供高端开关信号，高端开关耦合在电压源和节点之间，节点通过电感器连接到一个或多个LED通道上。
13.如权利要求12所述的发光二极管(LED)控制系统，其特征在于，还包括一个二极管，耦合在节点和参考电压之间，其中当高端开关闭合时，二极管反向偏置。
14.一种电流控制系统，其特征在于，包括：
一个平均电流平衡元件，用于接收输入工作周期表征的脉冲控制信号输入，以及一个或多个电流传感输入信号，其中所述的一个或多个电流传感输入信号中的每个都标示流经一个或多个负载通道中一个相应的负载通道中的电流，其中平均电流平衡元件用于为一个或多个调光控制器提供一个或多个脉冲通道电流控制信号，一个或多个调光控制器相应的耦合到一个或多个负载通道上，其中平均电流平衡元件用于调节每个通道电流控制信号相对于输入工作周期的通道工作周期；
在并联的LED通道中，比具有最低通道电流ILED(最低)的LED通道的电流要高的具有较高通道电流ILED(较高)的LED通道的通道工作周期表示为：
通道工作周期＝[ILED(最低)*输入工作周期/ILED(较高)]。
15.一种发光二极管(LED)控制方法，其特征在于，包括：
接收输入工作周期表征的脉冲控制信号输入，以及数个电流传感输入信号，其中每个电流传感输入信号都标示流经数个LED通道中一个相应的LED通道中的电流；并且
为数个调光控制器提供数个脉冲通道电流控制信号，所述的数个调光控制器相应的耦合到数个LED通道上，其中每个调光控制器都用于为一个相应的双控开关提供输出信号，每个双控开关都与数个并联LED通道中一个相应的LED通道串联耦合；
其中每个脉冲通道电流控制信号的通道工作周期根据所述的数个电流传感输入信号相对于输入工作周期进行调节；
在并联的LED通道中，比具有最低通道电流ILED(最低)的LED通道的电流要高的具有较高通道电流ILED(较高)的LED通道的通道工作周期表示为：
通道工作周期＝[ILED(最低)*输入工作周期/ILED(较高)]。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括利用一个或多个电流传感输入信号，确定数个LED通道中LED电流最低的一个特定通道，并且为升压或降压转换元件提供反馈信号，调节一个或多个并联LED通道上的电压。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，提供数个脉冲通道电流控制信号包括，将LED电流最低的特定通道的通道工作周期，设置得与输入工作周期相等。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，升压或降压转换器元件，用于传感流经每一个或多个并联LED通道的通道电流，并且调制并联LED通道上的驱动电压。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，升压或降压转换器元件根据接收的数个电流传感输入信号，为一个或多个开关提供一个或多个开关信号，用于通过调节流经一个或多个开关的电流，来调制驱动电压。
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