Led阵列驱动器系统

文档序号:440201 发布日期:2021-12-24 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 Led阵列驱动器系统 (LED array driver system ) 是由 M·F·塞米纳拉 S·R·穆萨梅西 于 2021-06-07 设计创作,主要内容包括:本公开的实施例涉及LED阵列驱动器系统。一种实施例LED驱动器系统包括:功率晶体管,被配置为被选择性地启动以供生成用于LED阵列的驱动电流,所述功率晶体管具有被耦合到所述LED阵列的第一导电端子和被耦合到参考电阻器的第二导电端子;运算放大器,具有用于接收参考电压的非反相输入端、被耦合到所述功率晶体管的所述第二导电端子的反相输入端以及被耦合到传输门的第一导电端子的输出端子,所述传输门具有被耦合到所述功率晶体管的控制端子的第二导电端子和用于接收使能信号的控制端子;以及摆率控制单元,被配置为控制所述驱动电流的所述摆率。(Embodiments of the present disclosure relate to LED array driver systems. An embodiment LED driver system includes: a power transistor configured to be selectively activated for generating a drive current for an LED array, the power transistor having a first conducting terminal coupled to the LED array and a second conducting terminal coupled to a reference resistor; an operational amplifier having a non-inverting input for receiving a reference voltage, an inverting input coupled to the second conduction terminal of the power transistor, and an output terminal coupled to a first conduction terminal of a transmission gate having a second conduction terminal coupled to the control terminal of the power transistor and a control terminal for receiving an enable signal; and a slew rate control unit configured to control the slew rate of the driving current.)

LED阵列驱动器系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月8日提交的意大利申请No.102020000013561的权益,该申请在此以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及电子设备领域,并且更具体地,涉及一种LED驱动器系统。

背景技术

为了驱动发光二极管(LED),已知LED驱动器系统,其被配置为控制流过LED的电流。

不同种类的LED驱动器系统架构在本领域中是已知的。

例如,图1图示了具有V2I(“电压到电流”)架构的LED驱动器系统100,该LED驱动器系统被配置为驱动LED阵列102。

LED驱动器系统100包括:运算放大器104,具有被配置为接收电压Vbuff的非反相输入端;输出端子,被连接到晶体管108(例如n型金属氧化物半导体(MOS)晶体管)的控制端子(例如门);以及反相输入端子,被连接到晶体管108的导电端子(例如源极)。运算放大器104的反相输入端子还被连接到外部电阻器Rext的第一端子,该外部电阻器的第二端子被连接到提供接地电压的参考端子(GND端子)。

晶体管108的另一导电端子(例如漏极)被连接到电流镜120的输入端子。电流镜120具有输出端子,该输出端子被连接到电阻器梯形数模转换器(DAC)125的输入端子,以供提供高精度参考电流Iref,该高精度参考电流是流过外部电阻器Rext的外部电流Iext的镜像版本,该外部电流又是外部电阻器Rext与电压Vbuff的函数。

DAC 125具有输出端子,以供基于参考电流Iref向运算放大器130的非反相输入端子提供参考电压Vref。运算放大器130具有输出端子,该输出端子被连接到传输门TG1的第一导电端子,以供提供电压Vi。传输门TG1具有第二导电端子,该第二导电端子被连接到功率晶体管N1(例如n型功率MOS晶体管)的控制端子(例如门),以供提供电压Vo。

功率晶体管N1具有导电端子(例如源极),该导电端子被连接到运算放大器130的非反相端子和参考电阻器Rset的第一导电端子,从而定义电路节点135。参考电阻器Rset具有被连接到接地端子GND的第二导电端子。功率晶体管N1具有被连接到LED阵列102的另一导电端子(例如漏极)。

传输门TG1具有控制端子,以供接收在高值与低值之间脉动的脉宽调制(PWM)控制信号CTRL。

当控制信号CTRL处于高值时,传输门TG1的第一导电端子与第二导电端子彼此被电连接,以使得电压Vo达到电压Vi,电路节点135处的反馈电压FDB达到参考电压Vref,并且LED阵列102由驱动电流Iset交叉,该驱动电流具有对应于参考电压Vref除以参考电阻器Rset的电阻的值Iset(h)。

当控制信号CTRL处于低值时,传输门TG1的第一导电端子与传输门TG1的第二导电端子电绝缘,并且驱动电流Iset处于等于零的值Iset(l)。

以该方式,可能的是以电流脉冲的形式递送驱动电流Iset,其占空比是基于控制信号CTRL的占空比。通过改变控制信号CTRL的占空比(例如在高于100Hz的频率下),因此可以调节由LED所发射的光的强度。该LED控制技术被称为数字调光。

为了避免或至少减少当以低占空比驱动LED阵列102时的控制误差,驱动电流Iset应具有快速的上升/下降沿(即低摆率)。

根据本领域中已知的解决方案,快速的上升/下降沿通过将运算放大器130所输出的电压Vi通过提供功率晶体管N1和参考电阻器Rset的缩放副本来保持成接近功率晶体管N1的门处的目标电压Vo来获得,以在运算放大器130与功率晶体管N1之间形成反馈环路的副本的方式被连接,并且与由控制信号CTRL的否定版本(即,其具有180°的相位差的版本)控制的传输门连接。

发明内容

本申请人已经发现,上述已知的用于以具有减小的摆率的电流来控制LED的解决方案受到数个缺点的影响。

首先,根据已知的解决方案,虽然摆率被降低,但无法控制上升/下降沿的实际速度/持续时间,针对给定的电流值,该实际速度/持续时间始终是固定的,并且因此不能被缩放以满足特定应用的要求,而与电流的实际值无关。

此外,使用已知的解决方案所获得的快速电流上升/下降沿可能会导致不希望的电磁干扰(EMI)。

鉴于上文,本申请人已经设计出一种用于解决或至少减少上述缺点的解决方案。

本发明的方面涉及一种LED驱动器系统,该LED驱动器系统被调适以被耦合到LED阵列以供驱动LED阵列,LED驱动器系统包括:

-功率晶体管,被配置为被选择性地启动以供生成用于LED阵列的驱动电流,功率晶体管具有被耦合到LED阵列的第一导电端子和被耦合到参考电阻器的第二导电端子;

-运算放大器,具有用于接收参考电压的非反相输入端、被耦合到功率晶体管的第二导电端子的反相输入端以及被耦合到传输门的第一导电端子的输出端子,传输门具有被耦合到功率晶体管的控制端子的第二导电端子以及用于接收使能信号的控制端子,传输门的第一导电端子和第二导电端子当使能信号处于启用值时彼此被电连接以引起功率晶体管的启动,并且当使能信号处于禁用值时彼此被电绝缘以引起功率晶体管的停用;以及

-摆率控制单元,被配置为控制驱动电流的摆率,摆率控制单元被配置为通过充电电流在功率晶体管的控制端子处选择性地对等效电容进行充电、以及通过放电电流选择性地使等效电容放电,充电电流和放电电流至少部分地取决于驱动电流的目标值。

根据本发明的实施例,摆率控制单元以这种方式被配置为执行以下操作:

-在摆率控制单元的第一操作阶段期间,将充电电流设置为不同于零的、并且独立于目标值的第一充电值,

-在摆率控制单元的第一操作阶段之后的第二操作阶段期间,将充电电流设置为不同于零的、并且取决于目标值的第二充电值;

-在摆率控制单元的第二操作阶段之后的第三操作阶段期间,将充电电流设置为零;

-在摆率控制单元的第三操作阶段之后的第四操作阶段期间,将放电电流设置为不同于零的、并且取决于目标值的放电值;以及

-在摆率控制单元的第四操作阶段之后的第五操作阶段期间,将放电电流设置为零。

根据本发明的实施例,第二充电值对应于由目标值乘以第一比例系数。

根据本发明的实施例,摆率控制单元还被配置为将第二操作阶段期间驱动电流的上升沿的持续时间设置为对应于第二比例系数乘以在目标值与第二充电值之间的比率的值。

根据本发明的实施例,放电值于目标值乘以第三比例系数。

根据本发明的实施例,摆率控制单元还被配置为将第四操作阶段期间驱动电流的下降沿的持续时间设置为对应于第四比例系数乘以在目标值与放电值之间的比率的值。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为在第一操作阶段、第二操作阶段、第四操作阶段和第五操作阶段期间,将使能信号设置成禁用值。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为在第三操作阶段期间,将使能信号设置成启用值。

根据本发明的实施例,LED驱动器系统还包括第一电流镜,该第一电流镜被配置为根据外部电流输出参考电流和控制电流。

根据本发明的实施例,参考电压取决于参考电流。

根据本发明的实施例,充电电流和放电电流取决于控制电流。

根据本发明的实施例,摆率控制单元包括第二电流镜,该第二电流镜被配置为根据控制电流在第四操作阶段期间生成放电电流。

根据本发明的实施例,摆率控制单元包括第三电流镜,该第三电流镜被配置为根据控制电流在第二操作阶段期间生成充电电流。

根据本发明的实施例,第一比例系数和第三比例系数取决于第一电流镜、第二电流镜和第三电流镜的镜比。

根据本发明的实施例,第二比例系数和第四比例系数取决于参考电阻器。

根据本发明的实施例,在第一操作阶段和第五操作阶段期间,功率晶体管关断。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为执行以下操作:

-当功率晶体管的控制端子处的电压升高到接通功率晶体管的程度时,从第一操作阶段切换到第二操作阶段,以及

-当功率晶体管的控制端子处的电压降低到关断功率晶体管的程度时,从第四操作阶段切换到第五操作阶段。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为使得充电电流将功率晶体管的控制端子处的电压从第一电压值增加到第二电压值,该第二电压值对应于功率晶体管在第一操作阶段期间的阈值电压。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为使得充电电流在第二操作阶段期间将功率晶体管的控制端子处的电压从第二电压值增加到第三电压值。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为使得在第三操作阶段期间,功率晶体管的控制端子处的电压被保持在第三电压值处。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为使得放电电流在第四操作阶段期间将功率晶体管的控制端子处的电压从第三电压值降低到第二电压值。

根据本发明的实施例,摆率控制单元被配置为使得在第五操作阶段期间,功率晶体管的控制端子处的电压被保持在第一电压值处。

根据本发明的实施例,第三电压使得引起功率晶体管生成具有目标值的驱动电流。

本发明的另一方面涉及一种电子系统,该电子系统包括一个或多个LED驱动器系统以及被耦合到该一个或多个LED驱动器系统的相应LED阵列。

附图说明

通过阅读以下仅通过非限制性示例所提供的将结合所附图式所阅读的其实施例的以下详细描述,将更好地理解根据本发明的解决方案的这些以及其他特征和优点。就这一点而言,明确地打算将图式简单地用于概念上图示所描述的结构和过程。具体地:

图1图示了根据本领域已知的解决方案的LED驱动器系统;

图2图示了根据本发明的实施例的LED驱动器系统;

图3A示出了根据本发明的实施例的在第一组操作阶段期间的在图2中所图示的LED驱动器系统的摆率控制单元的简化描绘;

图3B图示了根据本发明的实施例的在第一组操作阶段期间的在LED驱动器系统中的电压和电流的时间图;

图4A示出了根据本发明的实施例的在第二组操作阶段期间的在图2中所图示的LED驱动器系统的摆率控制单元的简化描绘;

图4B图示了根据本发明的实施例的在第二组操作阶段期间的在LED驱动器系统中的电压和电流的时间图;

图5详细图示了根据本发明的实施例的摆率控制单元的示例性实施方式;

图6A至图6E图示了根据本发明的实施例的图5的摆率控制单元在图3A和图3B中所图示的操作阶段期间如何操作;

图7A图示了根据本发明的实施例的由LED驱动器系统所生成的驱动电流如何上升到两个不同的目标值的示例性仿真结果;

图7B图示了根据本发明的实施例的由LED驱动器系统所生成的驱动电流如何从两个不同的目标值下降的示例性仿真结果;

图8A和图8B图示了根据本发明的实施例的驱动电流的上升沿的持续时间和驱动电流的下降沿的持续时间可以被如何设置的示例性仿真结果;以及

图9以简化框的形式图示了根据本发明的实施例的包括用于驱动LED阵列的LED驱动器系统的电子系统。

具体实施方式

图2图示了根据本发明的实施例的被配置为驱动LED阵列102的LED驱动器系统200。与图1的LED驱动器系统100共同的LED驱动器系统200的元件由相同的附图标记标识,并且其描述为了简洁起见而被省略。

与图1的已知LED驱动器系统100相比,根据本发明的实施例的LED驱动器系统200包括摆率控制单元210,该摆率控制单元被调适以控制由LED驱动器系统200所生成的驱动电流Iset的摆率,以供驱动LED阵列102。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210具有:用于接收控制信号CTRL的输入端;被耦合到运算放大器130的非反相端子的输入端,用于接收参考电压Vref;以及被耦合到运算放大器130的反相端子输入端,用于接收反馈电压FDB。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210被配置为通过适当的充电电流Ich和适当的放电电流Idsch,通过对功率晶体管N1的门端子处的等效(例如寄生)电容C适当地充电/放电,来独立于驱动电流Iset的值地设置驱动电流Iset的上升沿和下降沿的持续时间。因此,根据本发明的实施例,摆率控制单元210具有输出端,该输出端被耦合到功率晶体管N1的门端子,并且被配置为选择性地提供充电电流Ich和放电电流Idsch。根据本发明的实施例,并且如将在下文被详细描述的,摆率控制单元210被配置为根据由电流镜120提供并且取决于驱动电流Iset的目标值的控制电流Ic来生成充电电流Ich和放电电流Idsch。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210被配置为生成使能信号ENA以代替用于驱动传输门TG1的打开和闭合的控制信号CTRL而被使用。

根据本发明的实施例,通过参考图3A中所图示的摆率控制单元210的简化描绘以及图3B中所图示的示例性时间图,摆率控制单元210被配置为通过以以下方式所生成的充电电流Ich对功率晶体管N1的门端子处的等效电容C充电,来设置驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr:

-在第一阶段(在图3B中用附图标记ph1标识)期间,充电电流Ich由摆率控制单元210设置为独立于目标驱动电流Iset的值的值Ichc;以及

-在第二阶段(在图3B中用附图标记ph2标识)期间,充电电流Ich由摆率控制单元210设置为取决于驱动电流Iset的目标值Iset(h)的值Ichv。

根据本发明的实施例,在第一阶段ph1期间,在功率晶体管N1的门端子处的电压Vo从接地电压上升到跨功率晶体管N1的门端子与源极端子的电压差Vgs达到功率晶体管N1的阈值电压Vth(即上升直到功率晶体管N1接通)的值。

根据本发明的实施例,在第二阶段ph2期间,电压Vo上升,直到其达到使驱动电流Iset达到值Iset(h)的值为止。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210将第二阶段ph2中的充电电流Ich所取的值Ichv设置为取决于(目标)值Iset(h)的值。

如将在本说明书的以下内容中被更详细地描述的,根据本发明的实施例,摆率控制单元210被配置为将在第二阶段ph2中的充电电流Ich所取的值Ichv设置为与(目标)值Iset(h)成正比的值,即:

Ichv=A×Iset(h) (I)

其中A是比例系数。

根据本发明的实施例,驱动电流Iset的值Iset(h)越高,第二阶段ph2中的充电电流Ich的值Ichv越高,并且因此对等效电容C的充电越快。

如将在本说明书的以下内容中被更详细地描述的,根据本发明的实施例,摆率控制210被配置为将驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr(从值Iset(l)到值Iset(h))设置为与(目标)值Iset(h)成正比、并且与第二阶段ph2中的充电电流Ich所取的值Ichv成反比的值,即:

其中B是比例系数。

因此,根据本发明的实施例,从值Iset(l)到值Iset(h)的驱动电流Iset的上升沿的所得持续时间Tr可以被有利地设置,而与驱动电流Iset的值Iset(h)无关,即通过合并等式(1)和(2)来设置:

Tr=B/A (3)

换句话说,根据本发明的实施例的摆率控制单元210允许针对不同的值Iset(h)获得驱动电流Iset的上升沿的相同的持续时间Tr。必须了解的是,根据本发明的实施例的驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr等于第二阶段ph2的持续时间。

在图3B中所图示的示例性时间图中,两个示例性情况被示出,即驱动电流Iset从值Iset(l)上升到值Iset(h)(1)的第一种情况、以及驱动电流Iset从相同值Iset(l)上升到高于Iset(h)(1)的值Iset(h)(2)的第二种情况。在第一阶段ph1期间,在两种情况下,充电电流Ich由摆率控制单元210设置为相同的值Ichc。

在第一种情况下,在第二阶段ph2期间,充电电流Ich被摆率控制单元210设置为取决于值Iset(h)(1)的值Ichv(1),以使得电压Vo在等于Tr的时间段内达到值Vo(1),从而使驱动电流Iset上升直到Iset(h)(1)为止。

在第二种情况下,在第二阶段ph2期间,充电电流Ich由摆率控制单元210设置为取决于值Iset(h)(2)的值Ichv(2),以使得电压Vo在等于Tr的相同时间段内达到值Vo(2)(高于Vo(1)),从而使驱动电流Iset上升直到Iset(h)(2)(高于Iset(h)(2))为止。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210在第一阶段ph1和第二阶段ph2两者期间将使能信号ENA保持为低值,从而保持传输门TG1打开。在第二阶段ph2之后的第三阶段ph3的开始时,即,一旦在功率晶体管N1的门端子处的电压Vo达到使驱动电流Iset达到(目标)值Iset(h)的值,摆率控制单元210就将使能信号ENA切换到高值,从而闭合传输门TG1。

以该方式,以非常接近电压Vi的电压Vo,在开环条件(传输门TG1打开)与闭环条件(传输门TG1闭合)之间的过渡被平稳地进行。

根据本发明的实施例,通过参考图4A中所图示的摆率控制单元210的简化描绘以及图4B中所图示的示例性时间图,摆率控制单元210被配置为通过以下方式以放电电流Idsch对功率晶体管N1的门端子处的等效电容C放电,来设置驱动电流Iset的下降沿的持续时间Tf:

-在第四阶段(在图4B中用附图标记ph4标识)期间,放电电流Idsch由摆率控制单元210设置为取决于驱动电流Iset的(目标)值Iset(h)的值Idschv。

根据本发明的实施例,在第四阶段ph4期间,电压Vo从使驱动电流Iset具有值Iset(h)的值下降到使得跨功率晶体管N1的门端子与源极端子的电压差Vgs达到功率晶体管N1的阈值电压Vth的值,从而使功率晶体管N1关断。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210将值Idschv设置为取决于(目标)值Iset(h)的值。

如将在本说明书的以下内容中被更详细地描述的,根据本发明的实施例,摆率控制单元210被配置为将在第四阶段ph4中的放电电流Idsch所取的值Idschv设置为与(目标)值Iset(h)成正比的值,即:

Idschv=A′×Iset(h) (4)

其中A'是比例系数,例如等于等式(1)的系数A。

根据本发明的实施例,驱动电流Iset的值Iset(h)越高,第四阶段ph4中的放电电流Idsch的值Idschv越高,并且因此,等效电容C的放电的速度越快。

如将在本说明书的以下内容中被更详细地描述的,根据本发明的实施例,摆率控件210被配置为将驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tf(从值Iset(h)到值Iset(l))设置为与值Iset(h)成正比、并且与第四阶段ph4中的放电电流Idsch所取的值Ichv成反比的值,即:

其中B'是比例系数,例如等于等式(2)的系数B。

因此,根据本发明的实施例,从值Iset(h)到值Iset(l)的驱动电流Iset的下降沿的所得持续时间Tf可以被有利地设置,而与驱动电流Iset的值Iset(h)无关,即通过合并等式(4)和(5)被设置:

Tr=B′/A′ (6)

换句话说,根据本发明的实施例的摆率控制单元210允许针对不同的值Iset(h)获得驱动电流Iset的下降沿的相同的持续时间Tf。必须了解,根据本发明的实施例的驱动电流Iset的下降沿的持续时间Tf等于第四阶段ph4的持续时间。根据本发明的实施例,下降沿的持续时间Tf等于上升沿的持续时间Tr。

在图4B中所图示的示例性时间图中,两个示例性情况被示出,即驱动电流Iset从值Iset(h)(1)下降到值Iset(l)的第一种情况以及驱动电流Iset从值Iset(h)(2)(高于Iset(h)(1))下降到值Iset(l)的第二种情况。

在第一种情况下,在第四阶段ph4期间,放电电流Idsch由摆率控制单元210设置为取决于值Iset(h)(1)的值Idschv(1),以使得电压Vo在等于Tf的时间段内从值Vo(1)下降到阈值电压值Vth。

在第二种情况下,在第四阶段ph4期间,放电电流Idsch由摆率控制单元210设置为取决于值Iset(h)(2)的值Idschv(2),以使得电压Vo在等于Tf的相同时间段内从值Vo(2)(高于Vo(1))下降到阈值电压值Vth。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210在第四阶段ph4开始时将使能信号ENA切换到低值,从而打开传输门TG1。

以该方式,以非常接近电压Vi的电压Vo,闭环条件(传输门TG1闭合)与开环条件(传输门TG1打开)之间的过渡被平稳地进行。

根据本发明的实施例,功率晶体管N1一被关断,电压Vo就借助于下拉电路(在图4A中不可见)达到接地电压,并且在随后的第五阶段ph5期间被保持到接地电压。

在这一点上,在阶段ph5到期之后,过程被重复,并且第一阶段ph1再次开始。

相对于本发明的实施例重新假设摆率控制单元210,因此,所得驱动电流Iset在以下项之间振荡:

-在阶段ph1和ph5处的低值Iset(l),以及

-在阶段ph3处的高值Iset(h)(在所图示的示例中,Iset(h)(1)或Iset(h(2)),

其中上升沿具有与阶段ph2的持续时间对应的持续时间Tr并且下降沿具有与阶段ph4的持续时间对应的持续时间Tf。

图5详细图示了根据本发明的实施例的摆率控制单元210的示例性实施方式。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210包括第一电流生成器单元,该第一电流生成器单元包括电流镜CM1,该电流镜具有:输入端子,被连接到偏置电流生成器Ibias;以及输出端子,提供对应的第一操作充电电流Ichc,该第一操作充电电流根据由偏置电流生成器Ibias所生成的电流而具有对应于值Ichc(其独立于驱动电流Iset)的值。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210还包括第二生成器单元,该第二生成器单元包括电流镜CM2和电流镜CM3。根据本发明的实施例,电流镜CM2包括:输入端子,被耦合到电流镜120,用于接收控制电流Ic;第一输出端子,用于根据接收到的控制电流Ic来提供放电电流Idsch;以及第二输出端子,用于根据接收到的控制电流Ic向电流镜CM3的输入端子提供电流Ix。根据本发明的实施例,电流镜CM3具有用于提供第二操作充电电流Ichv的输出端子,该第二操作充电电流根据电流Ix具有对应于值Ichv的值(取决于驱动电流Iset的目标值Iset(h))。

根据本发明的实施例,电流镜120、CM1、CM2、CM3以以下方式被配置。

-电流镜120:

-电流镜CM1:

Ichc=p×Ibias

-电流镜CM2:

Idschv=m×Ic,Ix=Ic

-电流镜CM3:

Ichv=m×Ix

其中h、k、m、n、p是形成电流镜的镜比的镜像参数。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210包括电流开关布置,该电流开关布置包括四个电流切换元件M1至M4和传输门TG2。

根据本发明的实施例,电流切换元件M1包括晶体管,诸如p型MOS晶体管,该晶体管具有:第一导电端子(例如源极),被耦合到电流镜CM1的输出端子,用于接收第一操作充电电流Ichc;第二导电端子(例如漏极),被连接到传输门TG2的第一导电端子(定义电路节点505);以及控制端子(例如门),被连接到第一充电电流控制单元510。

根据本发明的实施例,电流切换元件M2包括晶体管,诸如p型MOS晶体管,该晶体管具有:第一导电端子(例如源极),被耦合到电流镜CM3的输出端子,用于接收第二操作充电电流Ichv;第二导电端子(例如漏极),被连接到电路节点505;以及控制端子(例如门),被连接到第二充电电流控制单元520。

根据本发明的实施例,电流切换元件M3包括晶体管,诸如n型MOS晶体管,该晶体管具有:第一导电端子(例如漏极),被连接到电路节点505;第二导电端子(例如源极),被连接到电流镜CM2的输出端子,用于接收放电电流Idsch;以及控制端子(例如门),被连接到放电电流控制单元530。

根据本发明的实施例,电流切换元件M4包括晶体管,诸如n型MOS晶体管,该晶体管具有:第一导电端子(例如漏极),被连接到电路节点505;第二导电端子(例如源极),被连接到接地端子GND;以及控制端子(例如门),被连接到放电电流控制单元530。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210还包括参考功率晶体管N2,例如n型功率MOS晶体管,该参考功率晶体管具有与功率晶体管N1相同或类似的大小并且包括:第一导电端子(例如源极),被连接到接地端子GND;控制端子(例如门),被耦合到功率晶体管N1的门端子,以供接收电压Vo;以及第二导电端子(例如漏极),被耦合到偏置电流生成器Ibias'。

根据本发明的实施例,第一充电电流控制单元510、第二充电电流控制单元520和放电电流控制单元530具有相应的输入端子,以供在参考功率晶体管N2的漏极端子处接收电压V2。

根据本发明的实施例,第一充电电流控制单元510、第二充电电流控制单元520和放电电流控制单元530具有进一步的相应输入端子,以供接收控制信号CTRL。

根据本发明的实施例,传输门TG2具有:第二导电端子,被连接到功率晶体管N1的门端子(并且因此被连接到传输门TG1的第二导电端子);以及控制端子,用于接收使能信号ENA的否定版本。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210还包括比较器540,该比较器具有:非反相输入端子,被连接到运算放大器130的反相输入端子;反相输入端子,被连接到运算放大器130的非反相输入端子;以及输出端子,被连接到第二充电电流控制单元520的输入端子。

根据本发明的实施例,摆率控制单元210还包括使能信号生成器550,该使能信号生成器被调适以基于由第一充电电流控制单元510所生成的输出信号Va、由第二充电电流控制单元520所生成的输出信号Vb并且基于由放电电流控制单元530所生成的输出信号Vc来生成使能信号ENA。

图6A至图6E图示了根据本发明的实施例的图5的摆率控制单元210在图3A和图3B中所图示的阶段ph1至ph5期间如何操作;

根据本发明的实施例,开始条件提供控制信号CTRL处于低值,使能信号ENA处于低值,功率晶体管N1和N2被关断,传输门TG1打开,传输门TG2闭合,参考功率晶体管N2的漏极端子处的电压V2为高,并且反馈电压FDB低于参考电压Vref,以使得比较器540的输出处于低值。此外,起点条件规定晶体管M1、M2、M3和M4关断,并且驱动电流Iset处于值Iset(l)(零)。

根据本发明的实施例,阶段ph1(见图6A)通过具有被切换到高值的控制信号CTRL触发,以发信号表示要闭合传输门TG1。然而,根据本发明的实施例,代替控制信号CTRL一切换到高值就直接闭合传输门TG1的是,进行在功率晶体管N1的门端子处的等效电容C的预充电,其第一部分对应于阶段ph1。

具体地,根据本发明的实施例,当控制信号CTRL被切换到高值并且电压V2处于高值时,第一充电电流控制电路510接通晶体管M1,因此使对应于第一操作充电电流Ichc的充电电流Ich——即具有对应于值Ichc的值,该值独立于驱动电流Iset——通过晶体管M1和传输门TG2从电流镜CM1流向等效电容C。因此,等效电容C被充电,并且电压Vo以与第一操作充电电流Ichc的值对应的速率被增加。

根据本发明的实施例,当电压Vo达到使得功率晶体管N1和参考功率晶体管N2的启动的值时,阶段ph2(见图6B)被触发。根据本发明的实施例,参考功率晶体管N2一接通并且电压V2一下降到低值,第一充电电流控制电路510就关断晶体管M1,而第二充电电流控制电路520接通晶体管M2。以该方式,使对应于第二操作充电电流Ichv的充电电流Ich——即,具有对应于值Ichv的值,该值取决于驱动电流Iset的目标值Iset(h)(见等式(1))——从电流镜CM3通过晶体管M2和传输门TG2流向等效电容C。因此,等效电容C还被充电,并且电压Vo还被增加,这一次的速率对应于第二操作充电电流Ichv的值,第二操作充电电流又取决于驱动电流Iset的目标值Iset(h)。在第二阶段ph2期间,驱动电流Iset以取决于第二操作充电电流Ichv的速率开始上升。

根据本发明的实施例,当反馈电压FDB变得高于参考电压Vref时,阶段ph3(见图6C)被触发,以使得比较器540的输出变为高值。在该情形下,第二充电电流控制电路520关断晶体管M2,因此结束等效电容C的预充电,并且使能信号生成器550被驱动以供将使能信号ENA切换到高值,以使得传输门TG2被打开而传输门TG1被闭合,从而建立了涉及运算放大器130和功率晶体管N1的反馈环路并且使驱动电流Iset采取目标值Iset(h)。

根据本发明的实施例,阶段ph4(见图6D)通过具有被切换到低值的控制信号CTRL触发。在该情形下,使能信号生成器550通过控制信号CTRL驱动,以供将使能信号ENA切换到低值——以使得传输门TG1被打开而传输门TG2被闭合——并且放电电流控制单元530接通晶体管M3。因此是放电电流Idsch——即,具有对应于值Idschv的值,该值取决于驱动电流Iset的(目标)值Iset(h)(见等式(4))——通过传输门TG2和晶体管M3从等效电容C流向电流镜CM2。

因此,等效电容C被放电,并且电压Vo被降低,其速率对应于放电电流Idsch的值,放电电流又取决于驱动电流Iset的目标值Iset(h)。在阶段ph4期间,驱动电流Iset以取决于放电电流Idsch的速率开始下降。

根据本发明的实施例,当电压Vo降低到关断功率晶体管N1和参考功率晶体管N2的程度时,阶段ph5(见图6E)被触发。在该情形下,电压V2处于低值,并且放电电流控制单元530关断晶体管M3并且接通晶体管M4,从而将电压Vo下拉到接地电压。因此,驱动电流Iset处于值Iset(l)(零)。

根据本发明的实施例,驱动电流Iset的目标值Iset(h)对应于参考电压Vref的值Vref除以参考电阻器Rset的电阻Rset:

参考电压Vref的值Vref又对应于参考电流Iref的值Iref乘以DAC125的电阻Rd:

Vref=Iref×Rd (8)

参考电流Iref的值Iref又对应于电流镜120的镜比h/n乘以电压Vbuff的值Vbuff除以外部电阻器Rext的电阻Rext:

由电流镜120所提供的控制电流Ic的值Ic对应于电流镜120的镜比k/n乘以电压Vbuff的值Vbuff除以外部电阻器Rext的电阻Rext:

在第二阶段ph2期间,由摆率控制单元210所提供的第二操作充电电流Ichv的值Ichv对应于电流镜CM3的镜比m乘以控制电流Ic的值Ic

Ichv=m×Ic (11)

通过合并等式(10)和(11),根据本发明的实施例的在第二阶段ph2期间由摆率控制单元210所提供的第二操作充电电流Ichv的值Ichv可以被表达为参考电流Iref的函数:

通过合并等式(8)、(10)和(11),可以将驱动电流Iset的目标值Iset(h)表达为控制电流Ic的值Ic的函数,或表达为在第二阶段ph2期间由摆率控制单元210所提供的第二操作充电电流Ichv的值Ichv的函数:

因此,通过合并等式(1)和(13),可以得出:

即,等式(1)的比例系数A等于

为了更详细地示出根据本发明的实施例的摆率控制单元210如何设置驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr(从值Iset(l)到值Iset(h)),以下内容被考虑。

在第一阶段ph1期间,功率晶体管N1的门端子处的电压Vo上升,直到达到对应于功率晶体管N1的阈值电压Vth的值为止:

Vo=Vgs=Vth (15)

在第二阶段ph2中,电压Vo上升,直到达到使得驱动电流Iset达到目标值Iset(h)的值为止:

Vo=Vgs+ΔV=Vgs+(Rset×Iset(h)) (16)

因此,在第二阶段ph2期间,等效电容C在对应于上升沿的持续时间Tr的时间段内被充电,以经历电压变化ΔV=Rset×Iset(h),其中:

因此,通过合并等式(2)和(17),可以得出:

即,等式(2)的比例系数B等于(C×Rset)。

如等式(18)中可见,上升沿的持续时间Tr随着值Ichv的减小而增加,并且反之亦然。

此外,通过合并等式(14)和(18),可以得出:

如等式(19)中(和等式(3)中)所示出,根据本发明的实施例的摆率控制单元210允许有利地针对驱动电流Iset的不同目标值Iset(h)设置驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr,这是因为等式(19)(和等式(3))不提供对目标值Iset(h)的依赖性。

此外,根据本发明的实施例,驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr可以通过使镜像参数h、k和m适当地变化而被容易地设置。

类似地,在第四阶段ph4期间,由摆率控制单元210所提供的放电电流Idsch的值Idschv对应于电流镜CM2的镜比m乘以控制电流Ic的值Ic

Idschv=m×Ic (20)

通过合并等式(10)和(20),根据本发明的实施例的在第四阶段ph4期间由摆率控制单元210所提供的放电电流Idschv的值Idschv可以被表达为参考电流Iref的函数:

通过合并等式(8)、(20)和(21),可以将驱动电流Iset的目标值Iset(h)表达为控制电流Ic的值Ic的函数或表达为在第四阶段ph4期间由摆率控制单元210所提供的放电电流Idschv的值Idschv的函数:

因此,通过合并等式(4)和(22),可以得出:

即,等式(4)的比例系数A'等于

为了更详细地示出根据本发明的实施例的摆率控制单元210如何设置驱动电流Iset的下降沿的持续时间Tf(从值Iset(h)到值Iset(l)),以下内容被考虑。

在第三阶段ph3期间,功率晶体管N1的门端子处的电压Vo处于使得驱动电流Iset具有对应于目标值Iset(h)的值的值:

Vo=Vgs+ΔV=Vgs+(Rset×Iset(h)) (24)

在第四阶段ph4期间,等效电容C在对应于下降沿的持续时间Tf的时间段内被放电,以经历电压变化ΔV=Rset×Iset(h),以使得电压Vo达到与功率晶体管的阈值电压Vth对应的值。因此,以下等式被获得:

通过合并等式(5)和(25),可以得出:

即,等式(4)的比例系数B'等于(C×Rset)。

如等式(26)中可见,下降沿的持续时间Tf随着值Idschv的减小而增加,并且反之亦然。

此外,通过合并等式(23)和(26),可以得出:

如等式(27)中(和等式(6)中)所示出,根据本发明的实施例的摆率控制单元210允许有利地针对驱动电流Iset的不同目标值Iset(h)设置驱动电流Iset的下降沿的持续时间Tf,这是因为等式(27)(和等式(6))不提供对目标值Iset(h)的依赖性。

此外,根据本发明的实施例,驱动电流Iset的下降沿的持续时间Tf可以通过使镜像参数h、k和m适当地变化而被容易地设置。

如通过比较等式(19)和(27)可见,摆率控制单元210被有利地配置为允许对称的上升沿和下降沿,即,具有等于Tf的Tr。

图7A图示了驱动电流Iset使用根据本发明的实施例的摆率控制单元210如何从值Iset(l)=0A上升到值Iset(h)(1)=100mA或值Iset(h)(2)=200mA的示例性仿真结果,而图7B图示了驱动电流Iset使用根据本发明的实施例的摆率控制单元210如何从值Iset(h)(1)=100mA或值Iset(h)(2)=200mA下降到值Iset(l)=0A。对应于阶段ph1(在该阶段期间,等效电容C用具有独立于驱动电流Iset的值的充电电流Ich充电)的上升沿的部分在图7A中用附图标记710标识,对应于阶段ph2(在该阶段期间,等效电容C用具有取决于驱动电流Iset的值Iset(h)的值的充电电流Ich充电)的上升沿的部分在图7A中用附图标记720标识,并且对应于阶段ph4的下降沿在图7B中用附图标记730标识。

如图中可见,即使值Iset(h)(2)是值Iset(h)(1)的两倍,驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr和驱动电流Iset的下降沿的持续时间Tf也相同。

换句话说,由于提出的解决方案,可以针对不同的值Iset(h)设置驱动电流Iset的上升沿和/或下降沿的相同持续时间Tr和/或Tf,即可以独立于驱动电流Iset的实际值来设置驱动电流Iset的上升沿和/或下降沿的持续时间Tr和/或Tf。

此外,与已知解决方案相比,避免获得可能潜在地导致不期望的电磁干扰(EMI)的太快的电流上升沿/下降沿。

图8A和图8B图示了驱动电流Iset的上升沿的持续时间Tr和驱动电流Iset的下降沿的持续时间Tf随着镜像参数h、k和m的变化而如何变化的示例性仿真结果。

图9以简化框的形式图示了根据上文所描述的本发明的实施例的包括用于驱动LED阵列102的至少一个LED驱动器系统200的电子系统900(或其一部分)。

根据本发明的实施例,电子系统900被调适以在电子设备(诸如例如个人数字助理、计算机、平板计算机和智能电话)中被使用。

根据本发明的实施例,除了LED驱动器系统200之外,电子系统900还可以包括控制器905,诸如例如一个或多个微处理器和/或一个或多个微控制器。

根据本发明的实施例,除了LED驱动器系统200之外,电子系统900还可以包括输入/输出设备910(诸如例如键盘和/或触摸屏和/或视觉显示器),以供生成/接收消息/命令/数据,和/或以供接收/发送数字和/或模拟信号。

根据本发明的实施例,除了LED驱动器系统200之外,电子系统900还可以包括用于例如通过射频信号与无线通信网络(未示出)交换消息的无线接口915。无线接口915的示例可以包括天线和无线收发器。

根据本发明的实施例,除了LED驱动器系统200之外,电子系统900还可以包括存储设备920,诸如例如易失性和/或非易失性存储器设备。

根据本发明的实施例,除了LED驱动器系统200之外,电子系统900还可以包括用于向电子系统900供应电力的供应设备,例如电池925。

根据本发明的实施例,电子系统900可以包括一个或多个通信信道(总线),以供允许在LED驱动器系统200与控制器905和/或输入/输出设备910和/或无线接口915和/或存储设备920和/或电池925(当它们存在时)之间的数据交换。

自然地,为了满足局部和特定要求,本领域的技术人员可以将许多逻辑和/或物理修改和更改应用于上文所描述的解决方案。更具体地,尽管本发明已经参照本发明的优选实施例以某种程度的特定性被描述,但是应当理解,形式和细节以及其他实施例的各种省略、替代和改变都是可能的。具体地,本发明的不同实施例甚至可以在没有在前述描述中所阐述的具体细节的情况下被实践,以供提供对本发明的更全面的理解;相反,众所周知的特征可能已经被省略或简化,以便不使描述受到不必要的细节的困扰。此外,明确旨在结合本发明的任何公开实施例所描述的特定元件和/或方法步骤可以被并入其他实施例中。

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