專利名稱：用于驅(qū)動至少一個發(fā)光二極管的電路裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動至少一個發(fā)光二極管(LED)的電路裝置，其具有帶有 正輸入端和負(fù)輸入端以及輸出端的運算放大器；期望值預(yù)定裝置，其與運算放大器的正輸 入端耦合；用于所述至少一個LED的第一端子和第二端子，其中第一端子與用于直流供電 電壓的端子耦合；與用于所述至少一個LED的第一端子和第二端子串聯(lián)耦合的能夠以模擬 方式驅(qū)動的晶體管，其中該晶體管具有控制電極、參考電極和工作電極，其中該晶體管的控 制電極與運算放大器的輸出端耦合，其中該晶體管的工作電極與用于直流供電電壓的端子 耦合；以及在該晶體管的參考電極和參考電勢之間串聯(lián)耦合的電流測量電阻，其中在電流 測量電阻上降落的電壓耦合到運算放大器的負(fù)輸入端上。此外，本發(fā)明還涉及一種用于驅(qū) 動至少一個LED的相應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
在圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)中已知的這種電路裝置。在此，期望值預(yù)定裝置10在其 輸出端提供期望電壓us。u，該期望電壓被耦合到運算放大器12的正輸入端。運算放大器12 由第一電源+Vcc和第二電源Vss供電，其中所述第一電源提供正的直流供電電壓，而第二電 源提供為零的供電電壓或者提供負(fù)的直流供電電壓。在運算放大器12的輸出端A及其負(fù)輸 入端之間連接有反饋網(wǎng)絡(luò)，其在此包括歐姆電阻Rl和電容器Cl的串聯(lián)電路。在運算放大 器12的正輸入端和負(fù)輸入端之間降落的電壓用Ulliff表示。運算放大器12的輸出端A與晶 體管Tl的控制輸入端、在此為柵極端子相連。在直流供電電壓V+(其可以對應(yīng)于電源+V。。) 和晶體管Tl的工作電極(在此為漏極端子)之間連接有LED，在該LED上降落有電壓U·。 在晶體管Tl的參考電極(在此為源極端子)和參考電勢之間設(shè)置有電流測量電，在 該電流測量電阻上降落有電壓Ushunt。電壓Ushmt通過第二歐姆電阻R2同樣耦合到運算放大 器12的負(fù)輸入端上。運算放大器12與其反饋以及晶體管Tl 一同形成線性調(diào)節(jié)器。這種電路裝置例如使用在LED投影應(yīng)用中，尤其是使用在所謂的背投影中。在此， 由期望值預(yù)定裝置將信號施加給運算放大器，所述信號可以具有在4 μ s以下的非常短的 接通脈沖，以及同樣在4μ s以下的非常短的暗淡時間(Dimkelzeiten)。如相應(yīng)的分析所得 出的那樣，這種電路裝置尤其是在非常短的接通脈沖或者暗淡時間情況下工作并不令人滿 意。這導(dǎo)致更低質(zhì)量的投影結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，改進開頭所提及的電路裝置或者開頭所提及的方法，使 得能夠?qū)崿F(xiàn)具有更高質(zhì)量的投影應(yīng)用。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述的特征的電路裝置以及通過具有權(quán)利要求6所述 的特征的方法來解決。本發(fā)明所基于的認(rèn)識是，在可以流過LED并且從OA直到的整個電流范圍內(nèi)， 在期望電流在OA的范圍中的情況下出現(xiàn)線性調(diào)節(jié)器的不希望的、強烈劣化的調(diào)節(jié)特性。原因在于，在實踐中從不可能絕對精確地調(diào)節(jié)到OA的電流上，即始終流動著即使很小的但為 正的或者負(fù)的電流。因為所使用的電路裝置絲毫不允許負(fù)的電流，所以在這種情況下運算 放大器飽和并且離開線性的調(diào)節(jié)工作。由此，調(diào)節(jié)特性被不可靠地強烈地劣化。由此，調(diào)節(jié) 器在整個電流范圍內(nèi)具有不同的動態(tài)特性。在電流接近OA的情況下對過程的詳細分析在 下面可以找到，其中隨后參照圖3。由于與LED并聯(lián)地耦合至少一個另外的負(fù)載，所以在合適的設(shè)計情況下在LED上 的電壓小到使得盡管能夠以模擬方式驅(qū)動的晶體管已經(jīng)處于線性工作中但LED尚不發(fā)光， 因為在該晶體管上施加正的控制電壓。晶體管可以被快速接通，使得避免了由于能夠以模 擬方式驅(qū)動的晶體管的轉(zhuǎn)換速率導(dǎo)致的時間延遲。由此，可以實現(xiàn)極短的接通脈沖和暗淡 時間，這引起在投影應(yīng)用中的非常高的質(zhì)量。在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置中，因此可以與制造商或者顏色或者生產(chǎn)批次無關(guān)地驅(qū) 動LED，使得其在OA的期望電流情況下尚不發(fā)光，然而電流調(diào)節(jié)器已經(jīng)干預(yù)，即處于線性工 作中。在現(xiàn)在預(yù)先給定期望電流跳躍的情況下，調(diào)節(jié)器可以以極小的時間常數(shù)來反應(yīng)。另一優(yōu)點通過與所述至少一個LED并聯(lián)的負(fù)載通過如下方式給出在關(guān)斷通過LED的電流之后其導(dǎo)致LED及其饋電線路的電容放電。由此，避免了 LED的余輝發(fā)光，該余輝發(fā)光在現(xiàn)有技術(shù)中會達到1 μ s。此外，可靠地排除了由于線路電感 而導(dǎo)致的負(fù)的電流尖峰，這些電流尖峰會達到IV并且因此會導(dǎo)致LED的故障。優(yōu)選的是，與所述至少一個LED并聯(lián)的負(fù)載是以下選擇中的至少一個或者多個元 件歐姆電阻，電流吸收器，恒流二極管。特別優(yōu)選的是，負(fù)載包括至少一個第一部分負(fù)載和至少一個第二部分負(fù)載，其中 與至少第二部分負(fù)載串聯(lián)設(shè)置有電子開關(guān)。這使得可能根據(jù)LED發(fā)射的顏色或者為了考慮 制造容差而改變負(fù)載，以便由此考慮不同的使用電壓。由此，可以調(diào)節(jié)的是，LED從多大電 流開始發(fā)光。由此例如也可以考慮LED的老化或者LED的溫度變化。特別優(yōu)選的是，該電路裝置還包括微控制器，其設(shè)計為確定耦合在所述至少一個 LED的第一端子和第二端子之間的至少一個LED的正向電壓和/或相應(yīng)地控制電子開關(guān)。 由此，可能自動地始終將該最合適的負(fù)載或多個最合適的負(fù)載與所述至少一個LED并聯(lián)， 即尤其是在所述至少一個LED的工作期間動態(tài)地并聯(lián)。此外優(yōu)選的是，在運算放大器的輸出端和負(fù)輸入端之間耦合有反饋網(wǎng)絡(luò)。由此，可 以調(diào)節(jié)線性調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)并且由此調(diào)節(jié)該電路裝置。其他有利的實施形式由從屬權(quán)利要求中得出。結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的電路裝置提出的優(yōu)選實施形式及其優(yōu)點只要可用也相應(yīng)地適 用于根據(jù)本發(fā)明的方法。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選的實施形式中，耦合步驟進行為使得由此在電路 裝置的工作中始終有正電流流過所述至少一個LED。


現(xiàn)在在下面參照附圖進一步描述根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的實施例。其中圖1在示意圖中示出了從現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于驅(qū)動至少一個LED的電路裝置；圖2在示意圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的一個實施例；以及
圖3示出了圖1和圖2的電路裝置的不同變量的時間變化曲線。
具體實施例方式參照圖1引入的附圖標(biāo)記相應(yīng)地適用于圖2中所示的本發(fā)明的實施例的相同或類 似的器件。未對其進行再次介紹。在圖2中詳細地示出了運算放大器12。尤其是，在運算放大器12的正輸入端和 包含于運算放大器12中的理想運算放大器14的正輸入端之間繪出了電壓源Uot，其反映了 所謂的偏置電壓。根據(jù)生產(chǎn)批次或者老化狀態(tài)或者其他的參數(shù)，偏置電壓Uot可以是正的或 者負(fù)的。無關(guān)緊要的是，在運算放大器12的正輸入端和負(fù)輸入端之間的差值電壓Ulliff是正 的，即偏置電壓Uof是正的。于是，即當(dāng)電流I·接近于零時，在電流測量電阻Rshmt上降落 的電壓Ushmt幾乎為零，然而是正的。在運算放大器12的輸出端A上將小的正電壓施加到 晶體管Tl的控制電極上。由此，晶體管Tl保持導(dǎo)通，并且可以在需要時快速地又讓電流升 高。然而LED不希望地發(fā)光。而更關(guān)鍵的是，偏置電壓Uof是負(fù)的。為了說明，參照圖3中電壓Usoll、UGS以及Ushmt 的時間變化曲線。在上部示出了期望電壓Us。u的時間變化曲線，其例如可以是矩形的，其中 曲線a)示出了 Uw大于零的情況的時間變化曲線，而曲線b)示出了 Uw小于零的情況的時 間變化曲線。針對Uot大于零的過程已經(jīng)被提及。對于Uot小于零的情況，在運算放大器12 的輸出端A上有負(fù)的電壓。運算放大器12 “想要”調(diào)節(jié)為使得在電流測量電阻Rshunt上的 電壓Ushunt為負(fù)。這是不可能的，因為晶體管Tl可以只被置于不導(dǎo)通狀態(tài)中。這導(dǎo)致不再 存在閉合的調(diào)節(jié)回路。在運算放大器的輸出端A上的電壓降低到Vss，其中Vss可以為零或 者小于零。在一個優(yōu)選的實施例中，Vss為-15V并且圖3中出于清楚的原因而并未被按照 比例繪出。當(dāng)現(xiàn)在運算放大器12從該狀態(tài)又要被置于具有正電流I·的范圍中時，運算放大 器12首先“受影響(Im Anschlag) ”，即在飽和狀態(tài)中使得其在動態(tài)上非常緩慢。這從圖3 中最下方示出的曲線中得出曲線a)與在中部圖中的曲線a)對應(yīng)，而曲線b)與在中部圖 中的曲線b)對應(yīng)。如所示的那樣，當(dāng)Uof為負(fù)并且運算放大器12在具有接近于OA的電流 I·的階段中工作時，電壓Ushunt首先以明顯的時間延遲At升高。該時間延遲導(dǎo)致短持續(xù) 時間的接通脈沖和暗淡時間根本不或者錯誤地再現(xiàn)，尤其是太短地再現(xiàn)。當(dāng)直到At可以 為達到IOys和更長時，這于是特別明顯。提高電壓Usoll,使得其始終大于U0F，而無論Uof是正還是負(fù)，會導(dǎo)致Ugs始終大于零 并且由此電流通過LED，即使這是不希望的。為了防止這種情況，參見圖2，現(xiàn)在根據(jù)本 發(fā)明設(shè)計了，與LED并聯(lián)至少一個負(fù)載RV1。優(yōu)選的是設(shè)置其他的負(fù)載，其中在圖2中示例 性地示出了一個，即負(fù)載Ru。與這些負(fù)載優(yōu)選串聯(lián)設(shè)置有開關(guān)，在此為開關(guān)Si，其被微控制 器16控制。微控制器16被設(shè)計為確定LED的正向電壓并且控制開關(guān)Si，使得在總體上始 終有合適的負(fù)載總電阻與LED并聯(lián)。在此，合適意味著，通過使用一個或者多個負(fù)載的并聯(lián) 電路而恰好低于LED的閾值電壓、即LED開始發(fā)光時的電壓。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動至少一個發(fā)光二極管的電路裝置，具有-帶有正輸入端和負(fù)輸入端以及輸出端的運算放大器(12)；-期望值預(yù)定裝置(10)，其與運算放大器(1 的正輸入端耦合；-用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子，其中第一端子與用于直流供 電電壓(V+)的端子耦合；-與用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子串聯(lián)耦合的能夠以模擬方式 驅(qū)動的晶體管(Tl)，其中該晶體管(Tl)具有控制電極、參考電極和工作電極，其中該晶體 管的控制電極與運算放大器(12)的輸出端耦合，其中該晶體管(Tl)的工作電極與用于直 流供電電壓(V+)的端子耦合；以及-在該晶體管(Tl)的參考電極和參考電勢之間串聯(lián)耦合的電流測量電阻(Rshunt),其中 在電流測量電阻上降落的電壓耦合到該運算放大器(1 的負(fù)輸入端上；其特征在于，與用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子并聯(lián)地耦合有至 少一個負(fù)載(Rvi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述負(fù)載是以下選擇中的至少一個 或者多個元件歐姆電阻，電流吸收器，恒流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，所述負(fù)載包括至少一個第一部分 負(fù)載(Rvi)和至少一個第二部分負(fù)載(Rv2)，其中與至少第二部分負(fù)載(Rv2)串聯(lián)設(shè)置有電子 開關(guān)(Si)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路裝置，其特征在于，該電路裝置還包括微控制器(16)，該 微控制器設(shè)計為確定耦合在用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子之間的 至少一個發(fā)光二極管的正向電壓和相應(yīng)地控制電子開關(guān)(Si)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，在運算放大器的輸出端和負(fù) 輸入端之間耦合有反饋網(wǎng)絡(luò)(R1 ；Cl, Tl，Rshunt，R2)。
6.一種用于借助電路裝置驅(qū)動至少一個發(fā)光二極管的方法，所述電路裝置具有帶有 正輸入端和負(fù)輸入端以及輸出端的運算放大器(1 ；期望值預(yù)定裝置(10)，其與運算放大 器(1 的正輸入端耦合；用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子，其中第一 端子與用于直流供電電壓的端子耦合；與用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二 端子串聯(lián)耦合的能夠以模擬方式驅(qū)動的晶體管(Tl)，其中該晶體管(Tl)具有控制電極、參 考電極和工作電極，其中該晶體管(Tl)的控制電極與運算放大器(1 的輸出端耦合，其中 該晶體管(Tl)的工作電極與用于直流供電電壓(V+)的端子耦合；以及在晶體管(Tl)的參 考電極和參考電勢之間串聯(lián)耦合的電流測量電阻(Rshmt)，其中在電流測量電阻上降落的電 壓耦合到運算放大器(1 的負(fù)輸入端上；其特征在于以下步驟將至少一個負(fù)載(Rvi)與用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一 端子和第二端子并聯(lián)耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，耦合步驟如下進行使得由此在電路裝置 的工作中始終有正電流流過所述至少一個發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動至少一個發(fā)光二極管的電路裝置，該電路裝置具有帶有正輸入端和負(fù)輸入端以及輸出端的運算放大器(12)；期望值預(yù)定裝置(10)，其與運算放大器(12)的正輸入端耦合；用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子，其中第一端子與用于直流供電電壓(V+)的端子耦合；與用于所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子串聯(lián)耦合的能夠以模擬方式驅(qū)動的晶體管(T1)，其中該晶體管(T1)具有控制電極、參考電極和工作電極，其中晶體管的控制電極與運算放大器(12)的輸出端耦合，其中晶體管(T1)的工作電極與用于直流供電電壓(V+)的端子耦合；以及在晶體管(T1)的參考電極和參考電勢之間串聯(lián)耦合的電流測量電阻(Rshunt)，其中在電流測量電阻上降落的電壓耦合到運算放大器(12)的負(fù)輸入端上；其中與所述至少一個發(fā)光二極管的第一端子和第二端子并聯(lián)地耦合有至少一個負(fù)載(RV1)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于驅(qū)動至少一個發(fā)光二極管的相應(yīng)方法。
文檔編號H05B33/08GK102090143SQ200880130293
公開日2011年6月8日 申請日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者奧斯卡·沙爾莫澤, 彼得·尼德邁爾, 拉爾夫·希英 申請人:奧斯蘭姆有限公司