LED串的串行供电电路及方法.pdf

本发明提供一种电路，其通过一外置电压源来驱动多个LED。这些LED是串联连接的。该电路包括分别并联连接到每个LED的多个开关，用于单独控制每个LED的亮度。该电路还包括分别连接到每一开关的多个脉宽调制(PWM)信号，用于单独控制各个开关。

1.  一种用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，包括：
一电压源；
多个串联连接的发光二极管，其中所述电压源连接到所述多个发光二极管的一端；以及
多个开关，其中每一开关均与所述多个发光二极管中的一个对应的发光二极管并联连接，用以单独地控制该对应的发光二极管的亮度。

2.  如权利要求1所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
多个分别连接到所述多个开关的PWM信号，用以单独地控制多个所述开关中的每一个。

3.  如权利要求2所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，所述多个PWM信号中的一个具有一占空比，以调制流经所述对应的发光二极管的电流。

4.  如权利要求3所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，所述流经对应的发光二极管的电流被从0调制到一个预定值。

5.  如权利要求1所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
与所述多个发光二极管串联的一第二开关，其用以控制所述多个发光二极管的亮度。

6.  如权利要求1所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
与所述电压源连接的一低回动调节器，其用以产生已调电压，以供电给所述多个发光二极管。

7.  如权利要求1所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
一个串联连接到所述多个发光二极管的电阻。

8.  一种用于驱动发光二极管的方法，其特征在于，包括：
串联连接多个发光二极管；
将一电源连接到所述多个发光二极管的一端；以及
将多个开关中的每一个分别与所述多个发光二极管中的对应的一个发光二极管并联连接，用以单独地控制所述对应的发光二极管的亮度。

9.  如权利要求8所述的用于驱动发光二极管的方法，其特征在于，还包括：
打开开关以关断所述对应的发光二极管；以及
闭合所述开关以接通所述对应的发光二极管。

10.  如权利要求8所述的用于驱动发光二极管的方法，其特征在于，还包括：
借助一个PWM信号来控制开关，由此控制输送给所述对应的发光二极管的功率。

11.  如权利要求10所述的用于驱动发光二极管的方法，其特征在于，所述PWM信号具有一个占空比，以调制流经所述对应的发光二极管的电流。

12.  如权利要求10所述的用于驱动发光二极管的方法，其特征在于，所述流经每个发光二极管的电流均可以被从0调制到一个预定值。

13.  如权利要求10所述的用于驱动发光二极管的方法，其特征在于，还包括：
调节所述电源以产生一个已调电压，用以供电给所述多个发光二极管。

14.  如权利要求10所述的用于驱动发光二极管的方法，其特征在于，还包括：
串联一第二开关至所述多个发光二极管，该第二开关用以控制所述多个发光二极管的亮度。

15.  一种用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，包括：
一电压源；
第一发光二极管，其中所述电压源连接到所述第一发光二极管的一端；以及
与所述第一发光二极管并联连接的第一开关，用以控制所述第一发光二极管的亮度。

16.  如权利要求15所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
与所述第一发光二极管串联连接的第二发光二极管；以及
与所述第二发光二极管并联连接的第二开关，用以控制所述第二发光二极管的亮度。

17.  如权利要求16所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
与所述第一发光二极管串联连接的第三开关，用以控制所述第一和第二发光二极管的亮度。

18.  如权利要求16所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
一个连接到所述电压源的低回动调节器，用以产生已调电压，以供电给所述第一和第二发光二极管。

19.  如权利要求15所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
一个连接到所述第一开关的PWM信号，用以控制所述第一开关。

20.  如权利要求15所述的用于驱动发光二极管的电路，其特征在于，还包括：
串联连接到所述第一发光二极管的电阻。

LED串的串行供电电路及方法
本申请要求序列号为60/676,448、名为“LED串的串行供电”、申请日为2005年4月29日的美国待审临时专利申请的优先权，在此，将其全文内容引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于驱动或者供电给负载的电路，这些负载例如LED(发光二极管)，尤其涉及一种用于驱动或者供电给多个串联连接的LED的电路或者方法。
背景技术
参考图1，示出了现有技术中的一种用于驱动或者供电给多个LED的典型电路10。例如，图1中，电路10用于驱动四个LED 22、24、26和28。应看出，LED 22、24、26和28是并联的。将一个外置电压源连接到驱动器12，用于向驱动器12提供电压Vcc。驱动器12具有低回动(LDO)调节器14，用于提供已调节的电压Vreg给LED 22、24、26和28。已调节电压Vreg例如可以为3.3伏。将LED 22、24、26和28分别连接到开关32、34、36和38以及电阻42、44、46和48。如图1中所示，LED 22、24、26和28，开关32、34、36和38以及电阻42、44、46和48分别串联连接。
举例来说，假设LED 22、24、26和28中每一个均需要10mA的工作电流。那么，一种情形是，外置电压源的电压Vcc为30V，LED 22、24、26和28的功率需要量为Pw，其中Pw的计算公式如下：Pw＝30V*4*10mA＝1.2W。
在实际使用中，电路10可以安装在便携式装置内，例如蜂窝式电话、数码相机、膝上型计算机、电动汽车或便携式电动工具等。如现有技术的图1所示，使用了单个高压集成电路(IC)，并因此仅仅提供一个单个高压电源。不管负载电流从低压调节器还是从较高压调节器流出，电流都流经IC，并且必须消耗显著数量的功率。从某些角度来说这是显著的，例如，IC设计、系统功率分配和系统内的功率消耗。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于使用低电流驱动或供电给多个LED的电路或方法。
为了获得上述目的，本发明提供一种电路，其通过一外置电压源来驱动多个LED。这些LED是串联连接的。该电路包括分别并联到多个LED、用于单独控制各个LED的亮度的多个开关。在另一实施例中，该电路还包括分别连接到上述多个开关、用于单独控制各个开关的多个脉宽调制(PWM)信号。
附图说明
本发明的其它目的、优点和新颖特征，将会由于结合附图所进行的下列详细描述而变得更清楚。
图1为在现有技术中用于驱动多个LED的电路结构图。
图2为根据本发明的实施例的用于驱动多个LED的电路结构图。
图3为根据本发明的一个实施例的为电池充电的方法的流程示意图。
具体实施方式
现将参考本发明的实施例的LED串的串行供电来进行详细描述。当结合实施例描述本发明时，可以理解其不会试图将本发明限制到这些实施例中。相反地，本发明旨在覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有的选择、变形以及等同物。
此外，在本发明的下列详细描述中，陈述了大量具体细节，以提供对本发明的全面理解。然而，一个本领域普通技术人员将会认识到，本发明无需这些具体细节就可以实施。另外，在某些情况下，为了不致于掩盖本发明的实质内容，没有对已知的方法、处理过程、元件和电路作详细描述。
请参考图2，其示出了根据本发明实施例的用于驱动和供电给多个负载(例如LED)的电路100。图2所示的电路100用来驱动四个LED 122、124、126和128，当然，在其它实施例中，负载的个数并不应受到限制，电路100可以支持任意个数的负载，例如n个LED(n＝2，3，4，...)。对于本领域的技术人员来说，本发明的其它实施例中显然也支持使用其它类型的负载来代替LED 122、124、126和128。
如图2中所示，LED 122、124、126和128彼此串联连接，形成一个LED串150。一外置电压源连接于驱动器112，用以给驱动器112提供电压Vcc。驱动器112具有线性调节器，例如电压输出器、分路调节器或者低回动(LDO)调节器114，用于向LED 122、124、126和128提供已调节电压Vreg。对于本领域的普通技术人员来说，显然电压Vcc通常高于已调节电压Vreg，外置电压源未经过调节。
串联后的LED 122、124、126和128共同与电阻140和开关130串联。另有多个开关132、134、136和138分别并联到每个LED 122、124、126和128上，例如，开关132与LED 122并联连接。在一个实施例中，经由驱动器112的LDO调节器114调节的已调电压Vreg被输出至电阻140以及LED 122、124、126和128，从而使所有的LED 122、124、126和128被点亮。
分别与LED 122、124、126和128并联的开关132、134、136和138能够单独控制LED 122、124、126和128各自的亮度。开关132、134、136和138分别用作LED 122、124、126和128的电流通路的旁路。例如，开关132用作LED 122的电流通路的旁路，开关134用作LED 124的电流通路的旁路，开关136用作于LED 126的电流通路的旁路，以及开关138用作LED 128的电流通路的旁路。可以看出，当开关132被短路或被禁止时，LED 122将被关闭。
相反地，当开关132被开启或启用时，LED 122将被接通。类似的，LED 124、126和128分别在开关134、136和138的控制下实现开启和关闭。
结合一特定实施例，本发明还可进一步引入脉宽调制电路(PWM)控制方法。换言之，可以将PWM信号施加到开关132、134、136和138上，以单独控制LED 122、124、126和128的亮度。以LED 122为例，可以使用一个控制器(未图示)产生PWM信号来启用或禁止开关132，以便控制LED 122的亮度或者使得LED 122的亮度变暗。具体地，当LED 122、124、126和128中的任一个被短路或者关断时，其余LED的亮度也将会变化。可以使用PWM信号来控制其余LED的开关，以便抑制其亮度变化。另外，当LED 122、124、126和128具有不同的颜色时，也可以使用开关132、134、136和138来消除LED 122、124、126和128之间的亮度差异。
根据本发明的一个实施例，流经每一个LED 122、124、126和128的电流可以由开关132、134、136和138来转向。流经开关的转向电流的范围从0到最大电流值Id_max，如公式1中所示：
Id_max＝Vled/Ronsw                                  (1)
在公式1中，Vled是每个LED 122、124、126和128的额定电压；而Ronsw是在流经电阻140的电流小于[Vreg-NxVled]/R1的条件下每个开关132、134、136和138的阻抗，在下文中将详细描述。
在此情形中，根据本发明的一个实施例，电流按照一个与施加到开关的PWM信号的占空比成比例的因子进行分流。为了说明，采用LED 122为例，当在电阻140上的电流为Iex时，LED 122的电压为V122，而开关132的阻抗为R132。流经开关132的电流从0变化到Id max＝V122/R132，流经LED 122的电流从Iex变化到Iex-(V122/R132)。如果(V122/R132)大于或者等于Iex，则流经LED122的电流从Iex变化到0。
类似的，流经LED 124、126和128的电流可以分别由开关134、136和138从Iex调制到0。因此，不论有多少个LED在给定的时间内被接通，流经LED的电流都可以被单独地调节。
当所有LED 122、124、126和128都需要被接通时，需要引入一初始电流Icc_max，如公式2中所示：
Icc_max＝[Vreg-NxVled]/R1                           (2)
在公式2中，NxVled是LED 122、124、126和128的电压之和；R1是电阻140的电阻值。
根据本发明的一个实施例，初始电流Icc_max必须小于最大连续电流，该最大连续电流是流经LED 122、124、126和128的最大需要电流。
根据本发明的另一实施例，开关130可以用来关断所有的LED 122、124、126和128。同样，也可以使用开关130来控制或者减低LED 122、124、126和128的整个LED串150的亮度。
很显然，根据本发明的一个实施例的电路100能够供电给或者驱动多个LED(例如，LED 122、124、126和128)，并且可以减小流经串联的任意个数的LED的电流。因此，本发明的电路100能够显著地减小功率消耗。
请参考图3，其示出了根据本发明的实施例的用于驱动发光二极管的方法200。根据步骤210，多个发光二极管(LED)进行串联连接。根据步骤212，多个第一开关分别并联连接到多个LED，即，多个LED的每一个都并联连接到多个第一开关中的一个对应开关。根据步骤214，第二开关串联连接到LED。此开关控制多个LED的功率。根据步骤216，将一电源连接到多个LED的一端，以向多个LED输送功率。根据步骤218，调节电源以产生一个已调电压。已调电压连接到多个LED的一端，用于向LED供电。根据步骤220，多个脉宽调制(PWM)信号分别连接到多个第一开关，用于单独地控制多个LED中的每一个的亮度。根据步骤222，通过控制第二开关来控制多个LED的全部亮度。即，当第二开关闭合时，电源将供电给多个LED；当第二开关断开时，电源将不对多个LED供电。
以上的描述和附图表示了本发明的优选实施例。可以理解，在不背离由所附权利要求所定义的本发明的原理的精神和范围的条件下，各种增加、变形和替换都应被包含在本发明的保护范围之内。本领域技术人员在本发明的实际使用中，可以以各种形式、结构、布置、比例、材料、元件和部件等等变形的方式来应用本发明，这些仅为了适应特定环境和操作的需要，而并不背离本发明的原则。例如，可以用其他类型的负载来代替上述实施例中所描述的LED。又如，PWM信号可以是模拟的或者数字的。当前公开的实施例因此被认为在各个方面是说明性质的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求和其合法等同物所指定，并且不限于上述的描述。