电源、电源驱动器模块和电源调节模块制造技术

本实用新型专利技术涉及用于为电负载供电的装置。本实用新型专利技术提供了用于调节由驱动器模块提供给电负载的电流的装置的各种实施方案。对于至少一个实施方案，该驱动器模块可包括向LED单元提供电力的DC/DC降压转换器。根据至少一个实施方案，调节模块可操作以指示和调节用于控制降压转换器模块的操作的驱动器模块的第一开关和第二开关中的每一者被配置为第一操作状态和第二操作状态中的至少一者所处的时间段，使得由该降压转换器模块在给定周期内提供给LED单元的最大电流和最小电流对称地设置于在操作周期期间提供给该LED单元的平均电流附近，其中所提供的平均电流基本上等于该LED单元的目标电流。

Power Supply, Power Driver Module and Power Regulation Module

【技术实现步骤摘要】
电源、电源驱动器模块和电源调节模块本申请是2017年10月13日递交的申请号为201721321458.2，技术名称为“用于为电负载供电的装置”的分案申请。
概括而言，本技术涉及用于为电负载供电的装置。该技术可应用于电子设备诸如发光二极管(LED)照明应用中，以及应用于需要控制用于驱动LED单元和类似类型负载的平均电流的其他应用中。
技术介绍
如今，LED照明在汽车、工业和其他照明应用中得到广泛的认可。众所周知，LED照明通常需要较少的能量就能产生期望的光量，其中光量通常用流明表示，并且沿着相关的色温范围通常用凯氏(Kelvin)度数表示。在一些LED应用诸如汽车前照灯应用中，通常使用一般介于4至50V之间的相对较高的LED电压和一般介于100mAmp至3Amp之间的较高电流。这种LED系统通常用于在以凯氏度数为单位的色温下在给定范围内产生一定范围的流明，这是驾驶员无法明显察觉到的。然而，所产生的光的量和温度范围可根据操作、用户偏好和其他考虑而变化。应当理解，LED单元所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，对流经LED的电流进行调节是非常重要的。如图1所示，目前用于调节流经大功率LED单元的电流的一个公用电路100利用包括类似电源102的电路，该电路连接到DC/DC降压转换器模块104。降压转换器模块104通常包括促进电能的存储和放电的线圈和电容器，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，降压转换器模块104和相关的开关部件设置在公用镇流器106中，但是也可单独提供或者作为较大系统或单元的部件提供。这种降压转换器模块104的操作原理和元件在本领域中是众所周知的，本文不再赘述但是以引用方式和以固有方式并入本文。应当理解，图1所示的降压转换器模块的一个或多个部件和/或开关116可由其他已知的电路部件和配置来替换和/或增强。例如，二极管126可由用于同步转换器的N型场效应晶体管(FET)替换。此外，应当理解，例如，如图1和图3所示的降压转换器的一个或多个部件的电特性仅仅是说明性的，并且可被认为是所示实施方案的其他部件的元件。例如，二极管126可被认为是开关306(如图3所示)的寄生二极管。众所周知，输出功率(通常用降压转换器模块104的LED电流ILED和LED电压VLED表示)向一个或多个LED单元108a,b,c-108n提供电力。LED单元108a,b,c-108n可由像素驱动器模块110或类似模块(如果有的话)单独地、共同地或以其间的某种组合方式驱动。像素驱动器模块110可用于通过选择性地断开/闭合无关的一个或多个开关112来在任何给定时间控制任何给定LED单元108a-n是供电还是短路。通常，像素驱动器模块110根据随后所需的照明条件来调整一个或多个开关112的断开/闭合，所述照明条件可根据规定和其他考虑基于环境光传感器、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“接通”或“关闭”操作状态。通过降压转换器模块104产生的经过开关116且由此到LED单元108a-n的电流ILED的峰值电流IMAX可使用例如电阻元件118和运算放大器120在降压转换器模块104的输出处感测。在其他实施方案中，通常利用其他形式的电流感测设备和/或模块。由运算放大器感测到的电阻元件118两端的电压反映了在任何给定时间提供给LED单元108a-n的峰值电流IMAX。通过控制第一开关116的各自的“接通”和“关闭”时间，可调节提供给LED单元108a-n的电流ILED。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、设计和其他考虑，通常期望降低线圈122的电感L并且消除对通常耗尽太多功率、价格昂贵、在电路板上占用太多物理空间以及考虑到其他限制的任何外部感测元件诸如电阻元件118的需要。理想情况下，需要低成本、低电感的系统，这种系统使用户能够通过降压转换器模块104调节提供给LED单元的平均电流。低成本、低电感的线圈，不包括外部感测元件等，同时保持提供给LED单元的期望平均电流和功率，以及这些LED单元的不同电压需求这些矛盾需要通常被以下情况进一步限制：降低线圈122电感L通常需要增加切换线圈122为“接通”和“关闭”的频率。应当理解，随着线圈122的电感L降低，线圈122的切换频率必须增加，以便保持提供给LED单元108a-n的所需平均电流和可接受波纹电流。进一步限制上述考虑和问题是需要避免在操作期间产生不期望的电磁发射。众所周知，降压转换器会产生电磁辐射(EMR)。高EMR可能会影响汽车中其他电路和部件的操作以及大功率LED单元的其他实施。因此，LED驱动器单元的电磁兼容性(EMC)通常受到高度调节，特别是在机动车辆中。通常，EMC问题会将降压转换器模块的允许频率范围限制在2MHz±5％。因此，目前需要的是不仅要调节LED驱动器单元的平均电流，而且要调节其切换频率。如图2所示，目前已知的电路(诸如，图1所示的示例性电路)通常通过产生纹波电流R来尝试调节大功率LED模块，其中通过将第一开关116切换为“接通”和“关闭”来随着时间的推移控制LED电流ILED的波纹ΔIR。这些时间在图2中由ton和toff示出。这种连续切换产生平均纹波电流ΔIRavg。在图2中，第一开关116的“接通”时间由ton示出。第一开关116的“关闭”时间由toff示出，其与提供给LED单元108a-n的电压VLED成比例。也就是说，对于这些模块设计，通常应当理解，关闭时间toff取决于LED单元108a-n的电压VLED。也就是说，随着VLED增加，toff需要减小以保持电流纹波ΔIRavg恒定，反之亦然。这种关系可以数学方式如下表示，其中L为降压转换器104的线圈122的值：(toffxVLED)/L＝ΔIR。应当理解，按照这些现有技术的方法，不控制切换频率，并且需要不断进行调整才能防止ILED的峰值电流响应于输入到降压转换器104的输入电压VIN、线圈122的特性的变化而不断变化，并且电压需要LED单元108a-n的VLED，其中VLED可根据在任何给定时间“接通”和“关闭”的LED单元的数量变化以及这些LED单元的功率需求而随时间变化。此外，应当理解，这类设计要求线圈122的电感L是已知的并且/或者要求系统被校准(和重新校准)到这种电感。线圈的电感还可随时间并且响应于操作条件而变化。此外，这种常见的方法仅能提供部分解决方案，因为它们仍然要求线圈122的电感L与输入电压和负载紧密匹配以便提供期望的VLED。因此，目前通用的方法不允许驱动器系统适应降压转换器的变化电感/线圈值、在任何给定时间所需的VLED变化、或输入电压VIN变化。因此，需要用于控制大功率DCDCLED驱动器模块的平均电流的装置、系统和方法，从而有利于使用低电感线圈以及可独立于用于特定实施方式的任何给定线圈的电感、输入电压和变化负载条件而操作的降压转换器模块，同时将降压转换器模块的切换频率保持在期望的参数内，以便满足EMC合规要求，同时还将切换功率损耗降至最低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电源，其特征在于，所述电源包括：降压转换器模块，所述降压转换器模块操作地连接到电源和负载；第一开关，所述第一开关被配置为在给定操作周期的第一时段内将所述电源操作地耦接到所述降压转换器模块；其中在所述第一时段内，所述降压转换器模块存储来自所述电源的电力并将来自所述电源的电力提供至所述负载；其中，所述电力向所述负载提供电流和电压；第二开关，所述第二开关被配置为在所述给定操作周期的第二时段内，将在所述第一时段内存储在所述降压转换器模块中的电力操作地放电至所述负载；以及第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为感测在所述第一时段与所述第二时段中的至少一者期间的电流；其中，通过调整在所述给定操作周期内提供给所述负载的电流的最大值和最小值中的至少一者来将所述操作周期内的电流维持在平均电流。

【技术特征摘要】
2016.10.21 US 62/410,937;2016.12.14 US 15/378,5171.一种电源，其特征在于，所述电源包括：降压转换器模块，所述降压转换器模块操作地连接到电源和负载；第一开关，所述第一开关被配置为在给定操作周期的第一时段内将所述电源操作地耦接到所述降压转换器模块；其中在所述第一时段内，所述降压转换器模块存储来自所述电源的电力并将来自所述电源的电力提供至所述负载；其中，所述电力向所述负载提供电流和电压；第二开关，所述第二开关被配置为在所述给定操作周期的第二时段内，将在所述第一时段内存储在所述降压转换器模块中的电力操作地放电至所述负载；以及第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为感测在所述第一时段与所述第二时段中的至少一者期间的电流；其中，通过调整在所述给定操作周期内提供给所述负载的电流的最大值和最小值中的至少一者来将所述操作周期内的电流维持在平均电流。2.根据权利要求1所述的电源，其中，所述第一开关和所述第二开关的操作状态基本上完全相反；其中，对所述第一时段的调整为调整在所述给定操作周期内提供给所述负载的电流的最大值；其中，对所述第二时段的调整为调整在所述给定操作周期内提供给所述负载的电流的最小值；其中，根据在所述给定操作周期内的期望最大电流与提供给所述负载的电流的当前值的比较来调整所述第一时段；其中，根据在所述给定操作周期内的期望最小电流与提供给所述负载的电流的当前值的比较来调整所述第二时段；以及其中，所述第一电流传感器被配置为在电耦接所述第一开关、所述第二开关和所述降压转换器模块中的每一者的节点处感测在所述第一时段与所述第二时段中的每一时段内的电流。3.根据权利要求1所述的电源，其中，所述电源包括：第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为感测在所述第二时段内的电流；其中，所述第一电流传感器被配置为感测在所述第一时段内的电流。4.根据权利要求1所述的电源，其中，所述电源包括：调节模块，所述调节模块操作地耦接至所述第一开关、所述第二开关和所述第一电流传感器，并被配置为：在所述给定操作周期内电流等于期望最大电流时，指示所述第一开关断开和所述第二开关闭合；以及在所述给定操作周期内电流等于期望最小电流时，指示所述第一开关闭合和所述第二开关断开；其中，在所述第一开关闭合和所述第二开关断开时，开始下一个操作周期；其中，所述平均电流是针对所述给定操作周期的所述负载的目标电流。5.根据权利要求4所述的电源，其中，所述调节模块还包括：驱动器控制模块，所述驱动器控制模块操作地耦接至所述第一开关和所述第二开关；单个电流感测模块；其中，所述第一电流传感器由所述单个电流感测模块提供；以及联合比较器模块，所述联合比较器模块操作地耦接至所述单个电流感测模块和所述驱动器控制模块，并被配置为在电流处于在所述给定操作周期内提供给所述负载的电流的最大值和最小值之间时将设置信号输出至所述驱动器控制模块。6.根据权利要求5所述的电源，其中，所述调节模块还包括：时间段比较模块，所述时间段比较模块操作地耦接至所述联合比较器模块，并被配置为测量针对所述给定操作周期的最小时间和最大时间。7.根据权利要求6所述的电源，其中，所述最小时间在所述第二时段内产生，并且为所述电流从电流的最大值减小至目标最小电流所需的最小时间量。8.根据权利要求7所述的电源，其中，所述最大时间在所述第一时段内产生，并且为所述电流从电流的最小值增大至目标最大电流所需的最大时间量。9.根据权利要求8所述的电源，其中，所述调节模块还包括：多路复用器，所述多路复用器操作地耦接到所述联合比较器模块，并被配置为向所述联合比较器模块提供所述目标最小电流和所述目标最大电流。10.根据权利要求9所述的电源，其中，所述调节模块还包括：调整模块，所述调整模块耦接至所述时间段比较模块，并被配置为：根据从所述时间段比较模块接收到的输出值对称地调整所述目标最大电流与所述目标最小电流以用于在下一个操作周期内使用。11.根据权利要求10所述的电源，其中，所述调节模块还包括：第一求和模块，所述第一求和模块耦接至所述调整模块，并被配置为：从所述调整模块接收调整信号；接收所述目标电流；以及根据接收的所述调整信号，将所述目标电流调整为下一周期目标最大电流。12.根据权利要求11所述的电源，其中，所述调节模块还包括：第二求和模块，所述第二求和模块耦接至所述调整模块，并被配置为：从所述调整模块接收所述调整信号；接收所述目标电流；以及根据接收的所述调整信号，将所述目标电流调整为下一周期目标最小电流。13.根据权利要求12所述的电源，其中，所述多路复用器还耦接至所述第一求和模块和所述第二求和模块中的每一者，并进一步被配置为：接收所述下一周期目标最大电流；接收所述下一周期目标最小电流；接收所述设置信号；以及在接收到所述设置信号的同时，向所述联合比较器模块提供所述下一周期目标最大电流，或者向所述联合比较器模块提供所述下一周期目标最小电流。14.一种电源驱动器模块，其特征在于，所述电源驱动器模块包括：降压转换器模块，所述降压转换器模块用于在一个或多个操作周期内以输出电流和输出电压的方式向负载提供电力；其中，所述一个或多个操作周期中的每一者包括针对所述降压转换器模块的接通时段和关断时段；第一开关，所述第一开关被配置为在所述一个或多个操作周期中的每一者内处于对应于所述接通时段的第一操作状态和对应于所述关断时段的第二操作状...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP·埃格蒙特，
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