脉冲密度调制快速电流控制器制造技术

本公开涉及脉冲密度调制快速电流控制器。具体公开了用于降压转换器的快速电流控制的方法、设备、技术和电路。在一个示例中，一种设备包括脉冲密度调制器、模拟比较器和互连电路。模拟比较器具有连接至峰值电流参考的第一输入。互连电路具有连接至脉冲密度调制器的输出的第一输入以及连接至模拟比较器的输出的第二输入。该设备具有互连电路的输出端。

Pulse density modulation fast current controller

The present invention relates to a pulse density modulation fast current controller. Methods, apparatus, techniques, and circuits for fast current control for buck converters are disclosed. In one example, an apparatus includes a pulse density modulator, an analog comparator, and an interconnect circuit. The analog comparator has a first input connected to a peak current reference. The interconnect circuit has a first input coupled to the output of the pulse density modulator and a second input connected to the output of the analog comparator. The device has an output terminal of an interconnect circuit.

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及电功率转换器，并且具体地，涉及用于电功率转换器的电控制。
技术介绍
电功率转换器用于满足具有可用源功率的负载的特定电流和电压要求。例如，发光二极管(LED)的链可以要求特定的DC电压和电流来用于适当操作。LED链通常可以利用两级控制机构来供电，其中两级控制机构包括AC-DC电压转换器和DC-DC电流转换器，其通常为输出电压小于输入电压的降低或降压转换器。LED链控制器可以是模拟或数字的。模拟控制器使得照明与电流成比例，这具有简化和快速响应时间的优势。然而，照明对电流的响应是非线性的，并且照明的频谱也随着电流变化，引起光的颜色随亮度变化。数字DC-DC电流转换器控制器由此对于许多应用来说是优选的。数字控制器可通过以高速率(优选足够快的低于人类感知的检测阈值)使电流接通和断开来调整LED链的照明，使得人类大脑仅检测到恒定照明。如果切换频率不能够快于人类感知的限度，则人类会感知到光的显著闪烁。
技术实现思路
通常，本公开的各个实施例的目的在于数字DC-DC电流转换器控制器，其组合脉冲密度调制器、一个或多个模拟比较器和开关电路来用于非常快速且有效的电流切换。许多现有的电流转换器控制器使用脉宽调制，尽力保持DC-DC降压转换器中的高切换频率，要求大电感器的体积和成本来补偿限制波纹电流中的有线切换频率，并且要求大量电子部件或高性能中央处理单元(CPU)的成本。由于大电感器，它们不能在非零或非最大照明等级处足够快的接通和断开电流以使闪烁感觉不到。除其他优势之外，本公开的快速开关模式电流控制器可以通过脉冲密度调制器来调制，从而以可以在可变亮度范围内的任何地方避免可感知的闪烁的方式来精确地控制所感知的LED亮度。除其他优势之外，本公开的快速开关模式电流控制器可以使用少量的部件，并且在切换中不涉及CPU，能够使用具有小电感器的转换器，并且利用小且非常有效的器件提供具有精确亮度和颜色控制的非常快速的切换，从而感知不到闪烁。一个示例的目的在于提供一种被配置用于降压转换器的快速电流控制的设备。该设备包括脉冲密度调制器、模拟比较器和互连电路。模拟比较器具有连接至峰值电流参考的第一输入。互连电路具有连接至脉冲密度调制器的输出的第一输入以及连接至模拟比较器的输出的第二输入。该设备具有互连电路的输出端。另一示例的目的在于提供一种被配置用于降压转换器的快速电流控制的微控制器。该微控制器包括脉冲密度调制器、模拟比较器和互连电路。模拟比较器具有连接至峰值电流参考的第一输入。互连电路具有连接至脉冲密度调制器的第一输入和连接至模拟比较器的输出的第二输入。微控制器具有互连电路的输出端。另一示例的目的在于提供一种用于降压转换器的快速电流转换的方法。该方法包括生成脉冲密度调制输出。该方法还包括经由模拟路径输出基于脉冲密度调制输出的接通时间信号。该方法还包括执行测量电流与峰值电流参考的模拟比较。该方法还包括经由模拟路径响应于确定测量电流达到峰值电流参考而输出断开时间信号来代替接通时间信号。以下在附图和说明书中阐述本公开的一个或多个示例的细节。其他特征、目的和优势将根据说明书和附图以及权利要求而变得显而易见。附图说明图1示出了根据本公开的示例的具有固定断开时间的脉冲密度调制快速峰值电流控制器的框图。图2示出了根据本公开示例的图1的DC-DC电流降压转换器在图1的快速峰值电流控制器的控制下的电流输出随时间的示图。图3示出了根据本公开的另一示例的脉冲密度调制快速峰值/谷值电流控制器的框图。图4示出了根据本公开示例的图3的DC-DC电流降压转换器在图3的快速峰值/谷值电流控制器的控制下的电流输出随时间的示图。图5示出了根据本公开的示例的脉冲密度调制快速滞后电流控制器的框图。图6示出了根据本公开的示例的通过快速电流控制器实施的DC-DC降压转换器的切换的快速控制的方法的流程图。图7示出了脉冲密度调制(PDM)输出比特流信号、控制器输出切换信号(OSS)和输出LED电流的时间对准示图，以示例性实施示出了它们之间的关系。具体实施方式图1示出了根据本公开示例的具有固定断开时间的脉冲密度调制快速峰值电流控制器100的框图。在该示例中，快速峰值电流控制器100包括脉冲密度调制器(PDM)102、模拟比较器104和计数器/连接电路106。快速峰值电流控制器100具有目标峰值电流参考设置点线110、所选亮度输入线120和切换输出线170(例如，它们都可以包括导线、管脚或终端)。切换输出170连接至DC-DC电流降压转换器180(其对LED链190供电)的开关184。如下面进一步解释的，快速峰值电流控制器100可以在一些示例中提供非常高的切换频率，诸如大于5兆赫兹(MHz)，在一些示例中具有非常低的电流感应延迟，诸如在100纳秒(ns)左右或低于100纳秒。因此，如以下进一步解释的，快速峰值电流控制器100能够利用人类感知的阈值之外的切换频率进行LED 190的精确亮度和颜色控制，确保可感知闪烁效应的不存在，并且不要求电流控制环路中的CPU或者转换器中的大电感器。在一些示例中，快速峰值电流控制器100可以实施为微控制器。如图1所示，目标峰值电流参考设置点110通过数模转换器(DAC)102连接以将模拟峰值电流参考线114提供给模拟比较器104的一个输入。目标峰值电流参考设置点110可以鉴于将被快速峰值电流控制器100控制的降压转换器180和LED链190来设置一次，并且可以设置用于DC-DC电流转换器180的目标峰值电流。模拟比较器104的另一输入连接至电流测量线192，该电流测量线192连接在开关184和降压转换器180的分流电阻188之间。所选亮度输入线120连接至用户输入接口，能够使用户选择LED链190的光的亮度。如图1所示，脉冲密度调制器102包括积分器122和均衡器124，并且可以在响应于所选亮度输入120变化的脉冲密度调制输出比特流126中输出随时间具有恒定宽度和密度的电流脉冲。由PDM 102输出的脉冲密度调制输出比特流126以及由模拟比较器104输出的模拟比较器输出116都连接为计数器/互连电路106的输入。计数器/互连电路106包括AND门132、134和136、计数器140、固定断开时间输入线142、最大接通时间输入线144以及比较器146和148。脉冲密度调制输出比特流126和模拟比较器输出116均连接为AND门132的输入。AND门132和比较器148的输出连接为AND门134的输入。AND门134的输出连接至AND门136的一个输入和计数器140的重置输入，同时比较器146的输出连接至AND门136的另一输入。计数器140的输出连接至比较器146和148中的每一个的一个输入；比较器146的另一输入连接至固定断开时间输入线142，并且比较器148的另一输入连接至最大接通时间信号144。AND门136的输出用作快速峰值电流控制器100的切换输出170以及降压转换器180的开关184的接通/断开信号。开关184可以实施为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。开关184控制接通和断开LED链190的电流。在开关184接通的情况下，通过LED链190和电感器186的电流以由电感器186限制的增加速率而上升。当输入所选亮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：脉冲密度调制器；模拟比较器，具有连接至峰值电流参考的第一输入；互连电路，具有连接至所述脉冲密度调制器的输出的第一输入以及连接至所述模拟比较器的输出的第二输入；以及所述互连电路的输出端。

【技术特征摘要】
2015.06.12 US 14/738,4881.一种设备，包括：脉冲密度调制器；模拟比较器，具有连接至峰值电流参考的第一输入；互连电路，具有连接至所述脉冲密度调制器的输出的第一输入以及连接至所述模拟比较器的输出的第二输入；以及所述互连电路的输出端。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述模拟比较器具有连接至电流测量线的第二输入，所述电流测量线被配置为测量连接至所述互连电路的所述输出端的转换器中的电流。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述互连电路被配置为基于所述峰值电流参考输出接通时间信号。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述互连电路包括固定断开时间控制电路。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述互连电路包括计数器，所述计数器的输入连接至所述模拟比较器的输出。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述模拟比较器是第一模拟比较器，所述设备还包括第二模拟比较器，所述第二模拟比较器的第一输入连接至谷值电流参考，其中所述互连电路被配置为基于所述峰值电流参考输出接通时间信号，并且基于所述谷值电流参考输出断开时间信号。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述互连电路包括定时器，所述定时器具有连接至所述第一模拟比较器的输出的第一输入以及连接至所述第二模拟比较器的输出的第二输入。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述计数器电路包括第一NOR门、第二NOR门和AND门。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一NOR门具有连接至所述第一模拟比较器的输出的第一输入，其中所述第一NOR门具有连接至所述第二NOR门的输出的第二输入，其中所述第二NOR门具有连接至所述第二模拟比较器的输出的第一输入，其中所述第二NOR门具有连接至所述第一NOR门的输出的第二输入，以及其中所述AND门具有连接至所述脉冲密度调制器的输出的第一输入以及连接至所述第一NOR门的输出的第二输入。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述峰值电流参考包括所选目标峰值电流设置点以及基于所选目标峰值电流设置点的模拟峰值电流参考。11.一种微控制器，包括：脉冲密度调制器；模拟比较器，具有连接至峰值电流参考的第一输入；互连电路，具有连接至所述脉冲密度调制器的输出的第一输入以及连接至所述模拟比较器的输出的第二输入；以及所述互连电路的输出端。12.根据权利要求11所述的微控制器，所述模拟比较器具有连接至电流测量线的第二输入，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·托马索维克斯，A·拉本斯泰恩，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE