使用共用开关控制信号的用于LED驱动器的升压-浮动降压模式转换器制造技术

本发明专利技术揭示了一种转换器，其具有升压部分及降压部分。所述升压部分供应升压电压且包含：第一电感器，其具有耦合到输入端子的第一端；第一开关，其耦合到所述第一电感器的第二端以在所述第一开关处于其接通状态中时对所述第一电感器充电；及第一电容器，其被充电到所述升压电压。所述降压部分将小于所述升压电压的输出电压供应到负载且包含：第二电感器，其与所述负载串联；及第二开关，其与所述第二电感器及所述负载串联以在所述第二开关的接通期间对所述第二电感器充电。单个控制器IC接收反馈信号且将所述开关控制为具有相同工作循环以实现具有低EMI的经调节负载电流或电压。

Using a common switch control signal for boost LED driver floating step-down converter

The invention discloses a converter which is provided with a boosting part and a pressure reducing part. The part of the supply voltage and boost booster comprises a first inductor, which has a first terminal coupled to the input terminal; the first switch, which is coupled to the second end of the first inductor in the first switch is in the on state of charge of the first inductor and the first capacitor; it is charged to the boost voltage. The pressure part is less than the output voltage of the boost voltage supplied to a load and comprises second inductors, and the load in series; and the two switch and the second inductor and the load in series to connect the second switches in the period of the second electric charge sensor. A single controller IC receives a feedback signal and controls the switch to have the same operating cycle to achieve an adjustable load current or voltage with a low EMI.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案主张凯斯D.斯佐鲁沙(KeithD.Szolusha)在2014年4月3日申请的第61/974,787号美国临时申请案的优先权，所述美国临时申请案以引用方式并入。
本专利技术涉及用于驱动发光二极管(LED)的串联串的电流调节器，且特定来说，涉及一种接收输入电压且输出高于或低于输入电压的电压来以经调节目标电流驱动LED的调节器。
技术介绍
在一些应用中，希望将输入电压转换为高于或低于输入电压的输出电压。输出可为调节电压或调节电流。作为实例，可希望以经调节目标电流驱动发光二极管(LED)的串联串，其中跨串的电压必须为约20伏特且其中电源可提供从3伏特到40伏特的任何电压。在合适的转换器的一个实例中，输入电压被施加于升压调节器以输出高于负载将需要的电压的经调节升压电压。升压调节器后面紧接着单独控制的降压调节器，其接收升压电压作为输入且输出负载所需的调节电流。用户通常设置目标输出电流。此转换器需要两个控制器IC(升压控制器IC及降压控制器IC)，这增加了成本且需要印刷电路板上的额外空间。另外，因为升压侧及降压侧中的开关单独切换，所以可导致可闻拍频。存在其它缺点。使用单个控制器来控制四个开关(例如，MOSFET)的H电桥的降压-升压调节器也是已知的，其中电感器跨电桥连接。四个开关经控制以取决于输入电压被检测为高于所需输出电压还是低于所需输出电压而以降压模式或升压模式或两者作用。此类转换器在输入端子与电感器之间及输出端子与电感器之间具有开关。因此，此类转换器可具有高输入波纹及高输出波纹。高输入波纹不利地影响连接至电源总线的其它电路，而高输出温度不利地影响某些类型的负载。高波纹还在开关频率及其谐波下产生高电磁干扰(EMI)。有机LED(OLED)需要调节电压而非调节电流。上述电流调节器可易于通过反馈输出电压信号而非负载电流信号来转换为电压调节器。在某些应用中，在输入及输出处具有低波纹并且具有低EMI的转换器是重要的。因此，需要一种用于驱动LED的可将输入电压转换为较高或较低电压的转换器，其中仅需要一个控制器IC，且其中存在低输入及输出波纹。
技术实现思路
在一个实施例中，用于驱动LED的转换器具有升压级，其中第一电感器介于电源电压输入端子与升压级开关(例如，第一MOSFET)之间。升压级开关是低侧开关，因为其连接在电感器与接地之间。第一电感器的位置导致所需低输入波纹。升压级的输出是高于输入电压的相对恒定升压电压。升压电压并未经调节来匹配目标升压电压，因为替代地调节负载电流。升压电压高于在转换器的输出处用于以目标调节电流驱动负载所需要的电压。在升压级的输出处存在具有低侧开关(例如，第二MOSFET)的“浮动”降压模式级，所述低侧开关是由用于控制升压级开关的相同栅极控制信号来控制。换句话来说，所述两个开关在相同时间接通且在相同时间断开以具有相同工作循环。降压模式级具有耦合到负载的第二电感器，因此也存在低输出波纹。降压模式级被视为浮动的，因为负载并未连接到接地。在一个实施例中，单个控制器IC接收瞬时升压级开关电流作为第一反馈信号以控制通过升压级开关的峰值电流。控制器IC还接收对应于负载电流的信号作为第二反馈信号且利用单个控制信号控制两个低侧开关的工作循环以致使负载电流匹配目标电流。因此，使用本专利技术，仅使用一个控制器IC，且输入及输出处存在极小波纹，因此存在低EMI，且系统中的敏感电路并未受到转换器操作的不利影响。在另一实施例中，第一反馈信号是用于控制通过降压模式级开关的峰值电流的通过所述开关的瞬时电流。在一种特定配置中，降压模式级中的第二电感的第一端直接耦合到降压模式级开关，其中降压模式级开关的另一端子连接到接地。升压级开关还具有经由电流感测电阻器连接到接地的一个端子。LED负载连接在升压电压端子与第二电感器的第二端之间。因为两个开关均耦合到接地且具有相同工作循环，所以此配置可经稍微修改以将第二电感器的第一端连接到升压级开关以消除对降压模式级开关及整流器的需要。因此，转换器的成本及大小进一步减小。此配置对驱动LED的串联串尤其有用，因为LED负载可为浮动的且无需连接到接地。通过将转换器配置为电压调节器，转换器可为OLED驱动器，因为OLED也无需耦合到接地。本文描述了其它实施例。附图说明图1说明根据本专利技术的第一实施例的用于以调节电流驱动LED的升压-降压模式转换器的第一实施例，其使用单个控制器IC来产生高于或低于输入电压的输出电压，且其中调节通过升压开关的峰值电流。图2更详细地说明用于图1的转换器的一种可能的控制器IC。图3说明升压-降压模式转换器的第二实施例，其中单独控制电路选择性地控制照明串联串中的哪些LED来进行亮度及/或颜色控制。图4说明升压-降压模式转换器的第三实施例，其中升压级及降压模式级两者均仅使用一个共用低侧开关及一个共用高侧整流器。各个图式中相同或等效的元件以相同数字标记。具体实施方式图1说明具有升压部分12及浮动降压部分14的升压-降压模式转换器10。负载16是发光二极管(LED)的串联串或需要调节电流而非调节电压的其它负载。控制器18(通常形成为集成电路)接收斜坡开关电流(在开关频率下)及DC负载电流作为反馈信号。基于这些反馈信号，控制器18使用单个控制信号控制晶体管开关20及22的工作循环，以将负载电流维持在目标电流，其中目标电流通常是由用户设置。开关20及22被示为N沟道MOSFET但是可为其它类型的开关。转换器10在其输入处具有从电源接收输入电压Vin的电感器L1，且在其输出处具有耦合到负载16的另一电感器L2。电感器L1对开关瞬态(输入波纹)进行滤波，因此所述开关瞬态并未耦合到电源总线，这将另外不利地影响连接到总线的其它电路。电感器L2对负载16处的开关瞬态(输出波纹)进行滤波，这对某些类型的负载是重要的。这还降低了开关频率及其谐波下的EMI。因为仅仅存在一个IC控制器18来控制升压部分12及降压部分14两者，所以转换器10的大小及成本与具有两个IC或两个单独栅极信号的升压-降压转换器相比有所减小。在一些现有技术系统中，用户将一或多个额外电感器连接在转换器与电源或负载之间以减小输入或输出波纹。此类额外电感器在本专利技术中是不需要的。虽然转换器10经配置以供应调节电流，但是其可易于经配置以通过将经分压的输出电压而非对应于负载电流的信号反馈回到控制器18中来供应调节电压。在操作期间，输入电容器Cin帮助减小电源总线上的输入波纹。升压开关20及降压开关22在每一切换循环开始时使用控制器18内部的振荡器而接通。当升压开关20接通(闭合)时，上斜坡电流流过电感器L1。二极管24(例如，肖特基二极管)此时反向偏置。此斜坡电流还流过极低值的感测电阻器26。跨电阻器26的电压降由差分放大器28检测，且放大器28的输出产生对应于通过开关20及电感器L1的瞬时电流的反馈信号Isw。信号Isw施加于控制器18的输入以控制通过升压开关20的峰值电流。电感器L1在此期间进行充电。当峰值电流与关于随后描述的负载电流的阈值相交时，控制器18将升压开关20及降压开关22断开。开关20及22因此以相同工作循环D切换。电感器L1的右侧处的电压改变以使二极管24正向偏置。通过电感器L1的下斜坡电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经耦合以驱动发光二极管LED负载的转换器，其包括：用于接收输入电压的输入端子；所述转换器的升压部分，所述升压部分经控制以供应高于所述输入电压的升压电压，所述升压部分包括：第一电感器，其具有耦合到所述输入端子的第一端；第一开关，其耦合到所述第一电感器的第二端以在所述第一开关处于接通状态以对所述第一电感器充电时将所述第二端拉到低电压；第一整流器，其耦合在所述第一开关与第一电容器之间以在所述第一电感器在所述第一开关处于断开状态中的情况下放电时将电流传导通过所述第一电感器，所述第一电容器经耦合以将电流平滑化且被充电到所述升压电压；所述转换器的降压模式部分，所述降压部分经控制以向LED负载供应小于所述升压电压的输出电压，所述降压模式部分包括：第二电感器，其中所述LED负载耦合在所述第二电感器的第一端与所述第一电容器之间；第二开关，其耦合到所述第二电感器的第二端以在所述第一开关及所述第二开关处于接通状态中时对所述第二电感器充电；第二整流器，其耦合在所述第二电感器的所述第二端与所述第一电容器之间以在所述第二电感器在所述第一开关及所述第二开关处于断开状态中的情况下放电时将电流传导通过所述第二电感器；及控制器，其接收对应于通过处于接通状态中的所述第一开关或所述第二开关的电流的第一反馈信号，且所述控制器接收对应于LED负载电流或LED负载电压的第二反馈信号，其中所述控制器将所述第一开关及所述第二开关控制为具有相同工作循环且调节通过所述第一开关或所述第二开关的峰值电流以调节所述LED负载电流或负载电压。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.03 US 61/974,787;2014.08.05 US 14/452,3351.一种经耦合以驱动发光二极管LED负载的转换器，其包括：用于接收输入电压的输入端子；所述转换器的升压部分，所述升压部分经控制以供应高于所述输入电压的升压电压，所述升压部分包括：第一电感器，其具有耦合到所述输入端子的第一端；第一开关，其耦合到所述第一电感器的第二端以在所述第一开关处于接通状态以对所述第一电感器充电时将所述第二端拉到低电压；第一整流器，其耦合在所述第一开关与第一电容器之间以在所述第一电感器在所述第一开关处于断开状态中的情况下放电时将电流传导通过所述第一电感器，所述第一电容器经耦合以将电流平滑化且被充电到所述升压电压；所述转换器的降压模式部分，所述降压部分经控制以向LED负载供应小于所述升压电压的输出电压，所述降压模式部分包括：第二电感器，其中所述LED负载耦合在所述第二电感器的第一端与所述第一电容器之间；第二开关，其耦合到所述第二电感器的第二端以在所述第一开关及所述第二开关处于接通状态中时对所述第二电感器充电；第二整流器，其耦合在所述第二电感器的所述第二端与所述第一电容器之间以在所述第二电感器在所述第一开关及所述第二开关处于断开状态中的情况下放电时将电流传导通过所述第二电感器；及控制器，其接收对应于通过处于接通状态中的所述第一开关或所述第二开关的电流的第一反馈信号，且所述控制器接收对应于LED负载电流或LED负载电压的第二反馈信号，其中所述控制器将所述第一开关及所述第二开关控制为具有相同工作循环且调节通过所述第一开关或所述第二开关的峰值电流以调节所述LED负载电流或负载电压。2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一开关是第一MOSFET且其中所述第二开关是第二MOSFET。3.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一整流器是第一二极管且其中所述第二整流器是第二二极管。4.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一反馈信号是当所述第一开关处于其接通状态中时通过所述第一开关的瞬时电流，且其中所述控制器调节通过所述第一开关的峰值电流。5.根据权利要求4所述的转换器，其进一步包括包含所述第一电感器及所述第一开关的电流路径中的感测电阻。6.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一反馈信号是当所述第二开关处于其接通状态中时通过所述第二开关的瞬时电流，且其中所述控制器调节通过所述第二开关的峰值电流。7.根据权利要求6所述的转换器，其进一步包括包含所述第二电感器及所述第二开关的电流路径中的感测电阻。8.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第二电感器及所述第二开关耦合在所述负载的第一端子与接地之间，且其中所述负载的第二端子经耦合以接收输出电容器的端子处的电压，其中所述输出电容器由通过所述第二电感器的电流充电。9.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第二电感器及所述第二开关耦合在所述负载的第一端子与接地之间，且其中所述负载的第二端子经耦合以接收所述第一电容器的端子处的电压。10.根据权利要求1所述的转换器，其进一步包括与所述负载串联以检测通过所述负载的电流的感测电阻，所述第二反馈信号对应于负载电流使得所述控制器调节所述负载电流以匹配目标电流。11.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第二反馈信号对应于负载电压使得所述控制器调节浮动负载电压以匹配目标电压。12.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第二反馈信号对应于LED负载电流，其中跨与所述LED负载串联的感测电阻器的电压降经感测以产生所述第二反馈信号，所述转换器进一步包括跨所述感测电阻器连接的电容器以对通过所述LED负载的斜坡电...

【专利技术属性】
技术研发人员：基思·D·索露莎，
申请(专利权)人：凌力尔特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US