DC-DC电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统技术方案

本发明专利技术题为“DC‑DC电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统”。本申请涉及DC‑DC电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统。操作DC‑DC电源转换器的一种示例性方法包括：由照明微控制器命令电源转换器控制向经由电感器耦接到所述电源转换器的发光二极管(LED)提供的平均电流；由所述照明微控制器从所述电源转换器读取值；以及由所述照明控制器基于所述值来检测所述电源转换器的一种或多种失效模式。

【技术实现步骤摘要】
DC-DC电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统
本申请涉及电源转换器、特别是DC-DC电源转换器及检测其失效模式的
相关申请的交叉引用本申请要求于2017年12月20日提交的名称为“LEDDriverBuckDCDCConvertorDiagnostic”(LED驱动器降压DCDC转换器诊断)的美国临时申请序列号62/608,434的权益。该临时申请以引用方式并入本文，如同在下面完全再现。
技术介绍
出于多种原因，发光二极管(LED)对于照明系统的普及性日益增加。普及性增加的原因可包括向LED供应的每单位功率产生更大的光(与例如白炽灯泡进行比较)以及LED的可控性。LED的普及性增加对于汽车工业也是如此。在包括汽车工业的一些工业中，各种功能安全标准(例如，ISO26262)规定LED的驱动器电路能够检测和处理故障条件。例如，就汽车的前灯而言，功能安全系统需要不仅能够检测导致产生过少光的失效(例如，对驾驶员有危险)，而且能够检测导致产生过多光的失效(例如，对迎面而来的驾驶员有危险)。
技术实现思路
各种实施方案涉及DC-DC电源转换器以及检测DC-DC电源转换器的失效模式的方法和系统。至少一个示例性实施方案是操作DC-DC电源转换器的方法，该方法包括：由通信地耦接到电源转换器的照明微控制器来命令电源转换器控制向经由电感器耦接到电源转换器的发光二极管(LED)提供的平均电流；由照明微控制器从电源转换器读取值；以及由照明控制器基于这些值来检测电源转换器的一种或多种失效模式。在该示例性方法中从电源转换器读取值可还包括读取电源转换器内实现的一个或多个寄存器，该读取通过耦接在照明微控制器和电源转换器之间的通信总线进行。读取所述一个或多个寄存器可包括通过串行外围接口(SPI)总线进行读取。在该示例性方法中从电源转换器读取值可还包括：读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的值；读取指示电源转换器的输入电压的值；以及读取指示电源转换器的输出电压的值。检测一种或多种失效模式可还包括：由照明微控制器基于指示输入电压的值和指示输出电压的值来计算预期接通时间；如果指示接通时间的值与预期接通时间相差超过预定量，则由照明微控制器向外部设备发送失效的指示。在该示例性方法中从电源转换器读取值可还包括由照明微控制器从电源转换器读取指示纹波电流的值。检测所述一种或多种失效模式可还包括：由照明微控制器基于电感器的电感来计算预期纹波电流；以及如果指示纹波电流的值与预期纹波电流相差超过预定阈值，则由照明控制器向外部设备发送失效的指示。在该示例性方法中读取值以及检测一种或多种失效模式可还包括：由照明微控制器读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的第一值；随后由照明微控制器命令交换电源转换器内的两个电流源的作用；然后由照明微控制器读取指示电源开关的接通时间的第二值；以及如果指示接通时间的第一值与指示接通时间的第二值相差超过预定阈值，则由照明微控制器向外部设备发送失效的指示。命令电源转换器控制平均电流可还包括将指示平均电流的值写入到电源转换器；并且电源转换器实现控制回路，从而以指示峰值电流的值的形式更新受控变量。在其他情况下，命令电源转换器控制平均电流可还包括将指示平均电流的值写入到电源转换器；将指示纹波电流的值写入到电源转换器；以及从电源转换器递归地读取指示接通时间的值，并且更新指示纹波电流的值，以控制到平衡的接通时间和断开时间。又一个示例性实施方案是半导体器件，该半导体器件实现直流(DC)-DC电源转换器的驱动器以便驱动发光二极管(LED)，该半导体器件包括：具有栅极输入的电源开关；电流开关，该电流开关具有控制输入、第一开关引线和第二开关引线，该第一开关引线耦接到电源开关；调节控制器，该调节控制器耦接到电源开关的栅极输入和电流开关的控制输入；第一电流源，所述第一电流源具有控制输入；第二电流源，所述第二电流源具有控制输入；和电流交换区块，该电流交换区块耦接到第一电流源和第二电流源，该电流交换区块限定控制输入和多个区块引线以便在电流开关的第二开关引线和电源开关之间切换第一电流源和第二电流源，该电流交换区块的控制输入能够由半导体器件外部的控制设备控制。调节控制器被配置为从控制设备接收断开时间的指示，并且调节控制器被配置为在栅极输入上生成脉冲信号，其中脉冲信号的被解除断言的时间基于断开时间的指示，并且脉冲信号的被断言的时间基于平均电流的值指示。半导体器件被配置为使得指示向第一电流源或第二电流源的控制输入提供的纹波电流的值是DC-DC电源转换器的控制回路的控制变量。电流交换区块具有第一电流源耦接到电流开关且第二电流源耦接到电源开关的第一配置，并且电流交换区块具有第一电流源耦接到电源开关且第二电流源耦接到电流开关的第二配置。示例性半导体器件可还包括：控制交换区块，该控制交换区块耦接到第一电流源的控制输入和第二电流源的控制输入，该控制交换区块限定控制输入和多个区块引线以便在第一电流交换区块和第二电流交换区块的控制输入之间切换指示平均电流的值和指示纹波电流的值，该控制交换区块的控制输入能够由半导体器件外部的控制设备控制。控制交换区块具有指示纹波电流的值耦接到第一电流源的控制输入且指示平均电流的值耦接到第二电流源的控制输入的第一配置，以及指示平均电流的值耦接到第一电流源的控制输入且指示纹波电流的值耦接到第二电流源的控制输入的第二配置。示例性半导体器件可还包括：限定总线接口的总线控制器，该总线控制器被配置为通过该总线接口与控制设备进行通信；能够由总线控制器访问的平均电流寄存器，该平均电流寄存器被配置为保持指示平均电流的值，并且该平均电流寄存器耦接到控制交换区块的第一区块连接；能够由总线控制器访问并耦接到调节控制器的纹波电流寄存器，该纹波电流寄存器被配置为保持指示纹波电流的值，并且该纹波电流寄存器耦接到控制交换区块的第二区块连接；以及能够由总线控制器访问的交换命令寄存器，该交换命令寄存器耦接到电流交换区块的控制输入，并且该交换命令寄存器耦接到控制交换区块的控制输入。示例性半导体器件被配置为基于交换命令寄存器中的第一值来实现电流交换区块和控制交换区块的第一配置，并且被配置为基于交换命令寄存器中的第二值来实现电流交换区块和控制交换区块的第二配置。示例性半导体器件的调节控制器可被配置为实现控制回路，该控制回路更新纹波电流寄存器中指示纹波电流的值以控制所产生的平均电流，从而驱动LED。或者，调节控制器可被配置为实现控制回路，该控制回路控制所产生的平均电流以驱动LED。又一个示例性实施方案是用于操作发光二极管(LED)的系统，该系统包括：照明微控制器；通信地耦接到照明微控制器的电源转换器；经由电感器耦接到驱动器电路的LED。电源转换器可包括：具有栅极输入的电源开关，该电源开关经由电感器耦接到LED；电流开关，该电流开关具有控制输入、第一开关引线和第二开关引线，该第一开关引线耦接到电源开关；以及调节控制器，该调节控制器耦接到电源开关的栅极输入和电流开关的控制输入，该调节控制器被配置为从照明微控制器接收一个或多个命令以调节电源转换器的输出电流。调节控制器被配置为从照明微控制器接收断开时间的指示，并且调节控制器被配置为在栅极输入上生成脉冲信号，其中脉冲信号的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作DC‑DC电源转换器的方法，包括：由照明微控制器命令电源转换器以控制向经由电感器耦接到所述电源转换器的发光二极管(LED)提供的平均电流；由所述照明微控制器从所述电源转换器读取值；以及由所述照明控制器基于所述值来检测所述电源转换器的一种或多种失效模式。

【技术特征摘要】
2017.12.20 US 62/608,434;2018.04.18 US 15/955,8991.一种操作DC-DC电源转换器的方法，包括：由照明微控制器命令电源转换器以控制向经由电感器耦接到所述电源转换器的发光二极管(LED)提供的平均电流；由所述照明微控制器从所述电源转换器读取值；以及由所述照明控制器基于所述值来检测所述电源转换器的一种或多种失效模式。2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述电源转换器读取值还包括读取所述电源转换器内实现的一个或多个寄存器，所述读取通过耦接在所述照明微控制器和所述电源转换器之间的通信总线进行。3.根据权利要求1所述的方法：其中读取值还包括：读取指示所述电源转换器内的电源开关的接通时间的值；读取指示到所述电源转换器的输入电压的值；读取指示所述电源转换器的输出电压的值；其中检测一种或多种失效模式还包括：由所述照明微控制器基于指示输入电压的值和指示输出电压的值来计算预期接通时间；如果指示接通时间的值与所述预期接通时间相差超过预定量，则由所述照明微控制器向外部设备发送失效的指示。4.根据权利要求1所述的方法：其中读取值还包括由所述照明微控制器从所述电源转换器读取指示纹波电流的值；其中检测一种或多种失效模式还包括：由所述照明微控制器基于所述电感器的电感来计算预期纹波电流；以及如果所述指示纹波电流的值与所述预期纹波电流相差超过预定阈值，则由所述照明控制器向外部设备发送失效的指示。5.根据权利要求1所述的方法，其中读取值以及检测一种或多种失效模式还包括：由所述照明微控制器读取指示所述电源转换器内的电源开关的接通时间的第一值；随后由所述照明微控制器命令交换所述电源转换器内的两个电流源的作用；然后由所述照明微控制器读取指示所述电源开关的接通时间的第二值；以及如果指示接通时间的所述第一值与指示接通时间的所述第二值相差超过预定阈值，则由所述照明微控制器向外部设备发送失效的指示。6.根据权利要求1所述的方法：其中命令还包括将指示平均电流的值写入到所述电源转换器；并且其中所述电源转换器实现控制回路，所述控制回路更新指示峰值电流的值的形式的受控变量。7.根据权利要求1所述的方法，其中命令还包括：将指示平均电流的值写入到所述电源转换器；将指示纹波电流的值写入到所述电源转换器；以及从所述电源转换器递归地读取指示接通时间的值，并且更新所述指示纹波电流的值，以控制到平衡的接通时间和断开时间。8.一种半导体器件，所述半导体器件实现用于直流(DC)-DC电源转换器的驱动器以便驱动发光二极管(LED)，所述半导体器件包括：电源开关，所述电源开关具有栅极输入；电流开关，所述电流开关具有控制输入、第一开关引线和第二开关引线，所述第一开关引线耦接到所述电源开关；调节控制器，所述调节控制器耦接到所述电源开关的所述栅极输入和所述电流开关的所述控制输入；第一电流源，所述第一电流源具有控制输入；第二电流源，所述第二电流源具有控制输入；和电流交换区块，所述电流交换区块耦接到所述第一电流源和所述第二电流源，所述电流交...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·普罗加，P·赫斯基，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US