用于为电负载供电的设备制造技术

本实用新型专利技术涉及用于为电负载供电的设备。本实用新型专利技术提供了用于调节由DCDC降压转换器提供给LED单元的所述电流的设备的各种实施方案。根据至少一个实施方案，调节模块可操作地用于指示和调节其中用于控制降压转换器模块的所述工作的驱动器模块的第一开关被配置为所述第一工作状态和所述第二工作状态中的至少一者的周期，使得由所述降压转换器模块提供给负载诸如LED单元的所述最大电流和最小电流在给定的工作循环内对称地设置在所述工作循环期间提供给所述LED单元的平均电流周围，其中所述提供的平均电流基本上等于所述LED单元的目标电流。

Equipment for power supply

The utility model relates to a device for supplying electricity to an electric load. The utility model provides various implementations for adjusting the current provided to the LED unit by the DCDC step-down converter. According to at least one embodiment, the adjustment module is operably used to indicate and adjust the first switch of the drive module in which the operation of the buck converter module is controlled is configured to be at least one of the periods of the first working state and the second working state so that it is raised by the buck converter module. The maximum current and minimum current supplied to the load such as the LED unit are symmetrically set within a given working cycle around the average current supplied to the LED unit during the working cycle, wherein the average current provided is substantially equal to the target current of the LED unit.

【技术实现步骤摘要】
用于为电负载供电的设备
本文所述的技术整体涉及用于为电负载供电的设备，例如用于调节由降压转换器产生的电流的设备。可发现该技术用于电子装置中，诸如发光二极管(LED)照明应用以及其中需要控制用于驱动LED单元及类似类型负载的平均电流的其它应用。
技术介绍
当今，LED照明设备在汽车、工业及其它照明应用中获得广泛认可。如众所周知及所认识到的，LED照明设备通常需要较少的能量来产生期望的光能，其中光量通常以流明与通常以开尔文为单位的相关色温范围来表示。在一些LED应用诸如汽车前大灯应用中，常常使用通常在4伏特至50伏特之间范围内的相对高的LED串电压以及通常在100毫安至3安培范围内的高电流。此类LED系统通常用于在以开尔文为单位的色温下在给定范围内产生一定范围的流明，该色温是驱动器无法明显感知的。然而，产生的光能和温度范围可基于操作、用户偏好及其它考虑因素而变化。应当理解，由LED单元产生的光通常与用于驱动LED单元的电流成比例。给定这些电压、电流、流明和温度范围，调节流经LED的电流至关重要。如图1所示，如今用于调节流经高功率LED单元的电流的一种常见电路100利用包括类似的电源102的电路，所述类似的电源连接至DC/DC降压转换器模块104。降压转换器模块104通常包括便于电能的存储和释放的线圈和电容器，这些固有能力降压转换器在本文中被称为提供能量存储模块。通常在共用的镇流器106中提供降压转换器模块104及相关的开关组件，但是可单独提供或作为较大系统或单元的组件来提供。此类降压转换器模块104的工作原理和元件在本领域中是众所周知的，并且本文不再赘述，但是将其内在地以引用方式并入本文。应当理解，图1所示的降压转换器模块104的一个或多个组件可以被其它已知的电路组件和配置替代和/或增强。例如，二极管126可被用于同步转换器的N型场效应晶体管(FET)替代。另外，应当理解，如例如图1所示的降压转换器模块104的组件中的一者或多者的电特性仅为例示性的，并且可以被视为所示实施方案的其它组件的元件。众所周知，通常用LED电流ILED和LED电压VLED来表示的降压转换器模块104的输出功率向一个或多个LED单元108a、b、c-108n提供电力。LED单元108a、b、c-108n可以由像素驱动器模块110或类似的模块(如有的话)单独驱动、共同驱动或两者之间的一些组合来驱动。像素驱动器模块110可用于在任何给定时间处通过独立地选择性断开/闭合一个或多个像素驱动器开关112来控制任何给定的LED单元108a-n是通电还是短路。通常，根据调节及其它考虑因素，像素驱动器模块110根据期望的照明条件调整一个或多个像素驱动器开关112的打开/闭合，所述照明条件可基于环境光传感器、速度、用户偏好来感测、选择或确定。通常，第一开关116诸如N沟道或P沟道MOSFET晶体管用于控制降压转换器模块104的工作状态是“接通”还是“关断”。通过降压转换器模块104生成的流经开关116并由此到达LED单元108a-n的电流ILED的峰值电流IMAX可使用电流感测元件117(例如，电阻元件118和运算放大器120)在降压转换器模块104的输出处感测。应当理解，如果省略任选的滤波电容器C1124，则LED电流ILED与线圈电流IL相同。在其它实施方案中，通常利用其它形式的电流感测装置和/或模块。由运算放大器感测的电阻元件118上的电压反映了在任何给定时间处提供给LED单元108a-n的峰值电流IMAX。通过控制第一开关116的相应的“接通”和“关断”周期，可调节提供给LED单元108a-n的电流ILED。应当理解，当电流感测元件117与LED单元108a-n串联时，感测的是流经LED单元108a-n的实际电流。在其它实施方案中，可感测第一开关或其它位置处的电流。对于此类其它实施方案，应当理解，由于电容器C1124的滤波效应，感测的电流并非为提供给LED单元108a-n的实际电流。电容器C1124通常定位在线圈122的LED侧上，使得电流感测元件117能够感测瞬时线圈电流。应当理解，电流感测元件117并非降压转换器模块104的元件，如图所示，降压转换器模块104通常包括具有电感L的线圈122。在高电流LED应用中并且鉴于经济、设计及其它考虑因素，通常希望减小线圈122的电感L并且消除对任何外部感测元件诸如电阻元件118的需求，这些外部感测元件通常耗用过多的电力、昂贵、在电路板上占用过大的物理空间并且存在其它约束。理想的是，需要一种能够调节由降压转换器模块104提供给LED单元的平均电流的低成本的低电感系统。这些相互矛盾的需要，包括低成本、低电感线圈、排除外部感测元件等、同时保持提供给LED单元的期望的平均电流和功率以及此类LED单元的变化的电压要求，通常进一步受到限制，因为线圈122电感L的减小通常需要提高第一开关116切换为“接通”和“关断”的频率。应当理解，随着线圈122的电感L减小，必须提高第一开关116的切换频率以便保持提供给LED单元108a-n期望的平均电流和可接受的纹波电流。需要进一步约束上述考虑因素和关注点以免在工作过程中产生不期望的电磁发射。众所周知，降压转换器产生电磁辐射(EMR)。高EMR可影响汽车中的其它电路和组件的工作以及高功率LED单元的其它实施方式。因此，通常高度监管LED驱动器单元的电磁兼容性(EMC)，在机动车辆中尤其如此。通常，EMC关注点将降压转换器模块的允许频率范围限制在低于500kHz或高于1.8MHz且低于5.9MHz的频率。照此，如今不仅需要调节平均电流，而且还需要调节LED驱动器单元的切换频率。如图2A和图2B所示，当今已知的电路(诸如图1所示的示例性电路)通常试图通过生成纹波电流R来调节高功率LED模块，其中通过将第一开关116切换为“接通”和“关断”而随时间推移控制线圈电流IL的纹波ΔR。这些周期如图2中的ton和toff所示。在图2A和图2B中，第一开关116的“接通”周期以ton示出。第一开关116的“关断”周期以toff示出，该周期与线圈上的电压(VLED-VLC)成比例。即，对于这些模块设计，通常应当理解，定时关断周期toff取决于“关断”期间的线圈电压，并且接近LED单元108a-n的电压VLED，其中在“关断”时间期间由二极管126提供的正向电压引起通常可忽略和无视的差异。即，随着VLED增加，需要减小toff以保持恒定的电流纹波ΔR，反之亦然。这种关系可用数学方式表示，其中L为降压转换器104的线圈122的值，如下所述：(toffxVLED)/L＝ΔR。应当理解，按照这些现有技术方法，切换频率不受控制并且响应于降压转换器模块104的输入电压VIN、线圈122的特性以及LED单元108a-n的电压需要VLED的变化而变化，其中VLED可基于LED单元在任何给定时间接通和关断的数量以及此类LED单元的功率需求的变化而随时间变化。另外，应当理解，此类设计需要线圈122的电感L已知和/或系统针对此类电感进行校准(以及重新校准)。线圈的电感可以随时间并且响应于工作条件而变化。电感L的变化可使得输出电流ILED发生不期望的错误。因此，需要控制高功率DCDCLED驱动器模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于为电负载供电的设备，其特征在于，所述设备包括：驱动器模块，所述驱动器模块包括：降压转换器模块，所述降压转换器模块包括输出节点，所述输出节点被配置为以输出电压和输出电流提供电力；其中所述降压转换器模块的工作循环包括定时接通工作状态和定时关断工作状态；其中所述定时接通工作状态在第一周期和第二周期内发生；第一开关，在所述定时接通工作状态期间，所述第一开关被配置为在闭合工作状态期间将电源可操作地耦接到所述降压转换器模块；电流传感器模块，在所述定时接通工作状态期间，所述电流传感器模块被配置为感测通过所述第一开关提供给所述降压转换器模块的第一开关电流；调节模块，所述调节模块可操作地用于指示和调节所述第一开关的所述工作状态，使得在所述工作循环内提供给所述降压转换器模块的所述第一开关电流的平均值等于目标电流。

【技术特征摘要】
2016.10.21 US 62/410,937;2016.12.19 US 15/382,9801.一种用于为电负载供电的设备，其特征在于，所述设备包括：驱动器模块，所述驱动器模块包括：降压转换器模块，所述降压转换器模块包括输出节点，所述输出节点被配置为以输出电压和输出电流提供电力；其中所述降压转换器模块的工作循环包括定时接通工作状态和定时关断工作状态；其中所述定时接通工作状态在第一周期和第二周期内发生；第一开关，在所述定时接通工作状态期间，所述第一开关被配置为在闭合工作状态期间将电源可操作地耦接到所述降压转换器模块；电流传感器模块，在所述定时接通工作状态期间，所述电流传感器模块被配置为感测通过所述第一开关提供给所述降压转换器模块的第一开关电流；调节模块，所述调节模块可操作地用于指示和调节所述第一开关的所述工作状态，使得在所述工作循环内提供给所述降压转换器模块的所述第一开关电流的平均值等于目标电流。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电流传感器模块被配置为检测在所述定时接通工作状态期间通过所述第一开关的第一感测电流何时等于所述目标电流，并且在进行此类检测时输出第一比较信号；其中所述电流传感器模块被配置为检测在所述定时接通工作状态期间通过所述第一开关的第二感测电流何时等于期望的最大电流阈值，并且在进行此类检测时输出第二比较信号；其中所述第一周期在起于初始时间直至第二时间的时间间隔期间发生，其中所述初始时间在所述第一开关被配置为进入闭合开关状态时发生；其中所述第二时间在所述第一感测电流达到所述目标电流时发生；其中所述第二周期从所述第二时间直至第三时间发生；并且其中所述第三时间在所述电流传感器模块检测到所述第二感测电流时发生。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述调节模块包括：控制模块，所述控制模块耦接到所述电流传感器模块并且耦接到所述第一开关，并且被配置为将开关信号输出至所述第一开关，所述开关信号将所述第一开关的所述工作状态设置为所述闭合开关状态；定时关断模块，所述定时关断模块耦接到所述降压转换器模块的所述输出节点并且耦接到所述控制模块，并且被配置为：接收所述输出电压；检测所述第一开关从所述定时接通工作状态转变为所述定时关断工作状态期间所述输出电压的减小；并且在检测到所述输出电压的所述减小时，将定时关断信号输出至所述控制模块。4.根据权利要求3所述的设备，还包括比较模块，所述比较模块耦接到所述电流传感器模块和所述控制模块，并且被配置为：接收来自所述控制模块的所述开关信号；接收来自所述电流传感器模块的所述第一比较信号和所述第二比较信号；确定所述初始时间、所述第二时间和所述第三时间，其中所述确定基于所述比较模块接收到所述开关信号、所述第一比较信号和所述第二比较信号中的每个的时间来完成；基于所述确定的初始时间、所述第二时间和所述第三时间计算所述第一周期和所述第二周期；其中所述第一周期基于所述初始时间和所述第二时间之间经过的时间量来计算；并且其中所述第二周期基于所述第二时间和所述第三时间之间经过的时间量来计算；比较所述第一周期和所述第二周期；并且基于所述第一周期和所述第二周期的所述比较输出差异信号。5.根据权利要求3所述的设备，其中所述调节模块包括：耦接到所述控制模块的比较模块，所述比较模块被配置为：接收提供给所述降压转换器模块的输入电压；并且将差异信号输出至所述控制模块；其中所述差异信号指示提供给所述降压转换器模块的所述输入电压中的延迟周期。6.根据权利要求4或5所述的设备，包括：调整模块，所述调整模块耦接到所述比较模块和所述电流传感器模块并且被配置为：接收来自所述比较模块的所述差异信号；确定所述期望的最大电流阈值的调整量；以及将调整信号输出至所述电流传感器模块。7.根据权利要求6所述的设备，包括：定时器模块，所述定时器模块耦接到所述电流传感器模块和所述控制模块，所述定时器模块被配置为：将所测量的时间信号输出至所述控制模块；其中所述测量的时间信号指示所述降压转换器模块的电流循环的所述第一周期的持续时间；将所述第二周期的所述长度调整为等于所述第一周期；在第二第一周期结束时，输出第二测量时间信号作为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·赫斯基，JP·埃格蒙特，扬·普罗贾，马丁·穆西尔，保罗·安德烈姆·德克洛特，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US