多相转换器拓扑的方法及装置制造方法及图纸

基于多相降压转换器技术，提供轻薄及具有成本效益的电压模块方案，解决电感器厚度及使用过多磁性材料的技术问题。该电压模块方案利用多相恒流拓扑及相应的电子控制器以为不同的OLED照明应用提供恒流源。该多相恒流拓扑包括两个或以上电感‑反激式二极管反馈回路，其中通过电流控制器可不同步地触发各电感‑反激式二极管反馈回路的导通与截止，感测与估计提供至负载的平均电流，通过控制电感‑反激式二极管反馈回路的导通时间来调整提供至所述负载的平均电流。

Method and device for multi phase converter topology

Based on the polyphase buck converter technology, a lightweight and cost effective voltage module scheme is provided to solve the technical problems of inductor thickness and the use of excessive magnetic materials. The voltage module scheme uses multiphase constant current topology and corresponding electronic controller to provide constant current source for different OLED lighting applications. The multi phase constant current topology includes two or more inductors flyback diode feedback loop, the controller can not through the current synchronization trigger on and off of the inductance flyback diode feedback loop, sensing and estimation of the average current supplied to the load, to adjust the current supplied to the load average by controlling the inductance flyback diode conduction time feedback loop.

【技术实现步骤摘要】
多相转换器拓扑的方法及装置相关专利申请的交叉引用本申请根据“巴黎公约”要求享有2016年4月26日提交的美国临时专利申请第62,327,999号的优先权。
本专利技术涉及可适用于驱动发光装置的电流调节方法及装置；更加具体地，本专利技术涉及具有多相拓扑的电流调节方法及装置，适用于驱动发光二极管(LEDs)，包括有机发光二极管(OLEDs)。
技术介绍
与钨丝灯泡、荧光管及LEDs等传统的照明技术相比，OLED具有体积纤薄、颜色多样及物理可弯曲等优点。这些特点使得OLED这项技术具有许多新的应用，例如用于装饰效果灯，这在过去是不可能实现的。例如，不带有电压转换器及机械支撑结构的OLED照明模块的厚度可小于1mm。然而，目前OLED相对高昂的价格限制了其在实现普遍照明作用中的应用。与钨丝灯泡及荧光管不同的是，OLED类似于LED，需要通过电流驱动来进行亮度控制及电源开关。因此，需要电压转换器来提供可控制的电流。在装饰性的OLED照明应用中，电源通常为12-48V的直流电压源。电压转换器用于将恒压转换成可控制的恒流。传统电压转换器采用如图1所示的单相降压电流转换器，通过其将直流(DC)电压转换成可控制的恒流。为了保持OLED照明面板的轻薄度及可弯曲性(例如，在具有机械支撑结构的基础上，厚度在1.5mm以内)，电压转换器也必须做到轻薄。否则电压模块无法整合到OLED面板中，需要单独安装并通过长电线连接到OLED面板。由于在传输过程中会有大量的能量损耗，通过长电线来传输电流并不可取。更重要的是，每个面板的电线都需要基于其恒流的性质进行分隔，无法整合以节省空间和成本。为了构建厚度为1.5mm的电压模块，由于有0.5mm的厚度通常是预留给印刷电路板(PCB)及机械装嵌，所有元件的厚度都需要等于或小于1mm。在电压模块的这些部件中，纤薄外型的电感器是最难取得的元件。例如，电感量为15uH，额定电流为0.6A的表面贴装电感器的厚度已经达到1mm。又例如，具纤薄外型的电感量为60μH，额定电流为1.2A的电感器的厚度为5mm，而相同属性的具普通外型的电感器则更厚。另一方面，OLED照明面板的面积通常较大(例如，常见的100mm*100mm规格，以及后续开发的300mm*100mm的规格)以致很容易遮盖隐藏其后的电源模块。这意味着在长度和宽度上有较多的空间可用于安装电源模块，而在高度上的空间则非常有限。因此，电感器的厚度是其中的关键因素；受普通电感器的厚度这一关键因素所制约，目前在本领域中并没有实际可行的方案实现用于OLED照明的轻薄电源模块。一个可行但不可取的方案是将多个更小更薄的电感器来替换所用的单个厚的电感器，从而可在增加长度及宽度上的占用面积的代价上，减少电压转换器的厚度。例如，如图2所示，将电感量为60μH，额定电流为1.2A的单个电感器替换为16个电感量为15μH，额定电流为0.6A的电感器。由于每个电感量为15μH，额定电流为0.6A的电感器的高度仅有1.0mm，具有替换后的电感器的电压转换器的厚度可达到要求。但是，相比起只采用单个电感量为60μH，额定电流为1.2A的电感器而言，该电压转换器所用到的磁性材料就加倍了。并且，这大幅增加的部件总数导致材料成本及组装成本的明显增加。所使用的磁性材料的数量是影响这些电感器体积的主要因素。
技术实现思路
多相降压转换器是目前可行的电压转换技术，实现恒压输出的传送。这样的技术已有效利用在商业上超过15年。例如，在现代化个人电脑中，多相电压转换器被有效利用以在尺寸及重量减少的电压模块中提供低电压高电流功率。图3为示例性的4相降压转换器。与上述采用16个电感器的方案相比，4相降压转换器方案的一个优点在于其以更少的磁性材料来传送同样的功率。在这种情况下，4相降压转换器仅需要4个电感量为15μH，额定电流为0.6A的电感器；与上述那些不可取的方案或者采用单个电感器的方案相比，4相降压转换器仅使用了其1/4或1/2的磁性材料。图4示出了这些方案之间的对比。本专利技术的目的之一是基于多相降压转换器技术提供解决上述问题的轻薄及具有成本效益的电压模块方案。该电压模块方案利用多相恒流拓扑及相应的电子控制器以为不同的OLED照明应用提供恒流源。本专利技术的另一目的是为不同的OLED照明应用提供可编程的恒流源。附图说明本专利技术的实施例将在以下结合附图做更详细的说明，其中：图1为传统单相降压电流转换器的电路图；图2为采用16个更小的电感器替换一个大电感器后的传统单相降压电流转换器的电路图；图3为4相降压电压转换器的电路图；图4为转换器及电感器的不同组合中用到的磁性材料量的对比表格；图5为本专利技术一实施例的多相恒流拓扑的电路图；图6为本专利技术一实施例的用于OLED照明的多相转换器拓扑的系统电路图；图7为图6所示的多相转换器拓扑所用的平均电流估计器的电路图；图8为图6所示的多相转换器拓扑在具有完全相符的电感器的情况下的总电流随时间变化仿真图；图9为图6所示的多相转换器拓扑在具有偏差的电感器的情况下的总电流随时间变化仿真图；图10为图6所示的多相转换器拓扑中所用的脉冲宽度控制单元及开关驱动电路的电路图；图11为图6所示的多相转换器拓扑所用的脉冲控制单元的信号时序图；图12为图6所示的多相转换器拓扑所用的斜坡发生器的电路图；以及，图13列出了各部件的参数并示出了图6所示的多相转换器拓扑在启动阶段的电流随时间变化仿真图，其中启动阶段提供给OLED负载的平均电流从0A变化至最终的大约0.8A。具体实施方式以下描述中，电流调节及类似的方法及装置以优选实施例的方式进行展示。对于本领域的技术人员来说可在不脱离本专利技术的保护范围及精神下做出等效改变，包括增加和/或替换。具体的细节可省略以免使本专利技术晦涩难懂；然而，本申请的目的在于使本领域的技术人员无需过度试验便可实践本申请的教导。四相恒流拓扑电路图用于更加清楚地说明本专利技术。本领域的技术人员可以理解，在无需过度试验的情况下，可基于四相恒流拓扑相同的概念实现两相、三相、五相、六相或其他合理数量相数的多相恒流拓扑。本专利技术的各种实施例均是基于多相恒流拓扑具有形成完整稳定的反馈回路的控制电路来实现的。参考图5，图5所示的简化的四相恒流拓扑包括四个电感器502，每个电感器502连接至串联的一个或多个OLED负载501的阴极，并且每个电感器502都串联连接至四个反激式二极管503中的一个，形成连接至串联的一个或多个OLED负载501的阳极的反馈回路。四个电感-反激式二极管反馈回路之间相互并联，并且可通过开关504中的一个导通或截止每个反馈回路。参考图6，其为完整的四相转换器拓扑电路图，其具有相应的控制电子器件以实现用于OLED照明的可控制反馈回路的稳定操作。在一实施例中，该具有相应控制电子器件的完整的四相转换器拓扑包括电流控制器601，电流控制器601连接至电感-反激式二极管反馈回路。电流控制器601至少包括以下部件：与电流感测电阻R1505并联的平均电流估计器602，其中电流感测电阻R1505串联连接至串联的一个或多个OLED负载501的阳极；开关模式控制单元603；脉冲宽度控制单元604；四个开关(在本实施例中通过功率场效应管(FET)T1、T2、T3、T4606实现)以及这些开关对应的驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供恒流的多相电路拓扑，包括：围绕负载的两个或以上电感‑反激式二极管反馈回路，其中各电感‑反激式二极管反馈回路包括与电感器串联的反激式二极管，所述二极管用于将来自电感器的电流引导至所述负载；连接至所述两个或以上电感‑反激式二极管反馈回路的电流控制器，该电流控制器用于：估计提供至所述负载的总电流的平均值；触发各所述两个或以上电感‑反激式二极管反馈回路的导通时间；以及，控制各所述两个或以上电感‑反激式二极管反馈回路的所述导通期间的长度；其中，各所述两个或以上电感‑反激式二极管反馈回路的导通与截止互不同步以产生以恒定直流电流形式提供至所述负载的总电流。

【技术特征摘要】
2016.04.26 US 62/327,9991.一种用于提供恒流的多相电路拓扑，包括：围绕负载的两个或以上电感-反激式二极管反馈回路，其中各电感-反激式二极管反馈回路包括与电感器串联的反激式二极管，所述二极管用于将来自电感器的电流引导至所述负载；连接至所述两个或以上电感-反激式二极管反馈回路的电流控制器，该电流控制器用于：估计提供至所述负载的总电流的平均值；触发各所述两个或以上电感-反激式二极管反馈回路的导通时间；以及，控制各所述两个或以上电感-反激式二极管反馈回路的所述导通期间的长度；其中，各所述两个或以上电感-反激式二极管反馈回路的导通与截止互不同步以产生以恒定直流电流形式提供至所述负载的总电流。2.如权利要求1所述的用于提供恒流的多相电路拓扑，进一步包括：与所述负载串联的电流感测电阻；其中，对所述提供至所述负载的总电流的平均估计包括所述电流感测电阻上的压降测量。3.如权利要求1所述的用于提供恒流的多相电路拓扑，其中，所述电流控制器包括用于估计提供至所述负载的总电流的平均值的平均电流估计器；其中，所述平均电流估计器包括：低通滤波器，其带宽大大低于所述电感-反激式二极管反馈回路的导通-截止切换频率，以对所述电流感测电阻上的所述压降测量进行低通滤波；高侧放大器，用于对所述压降测量进行缓冲、放大以及电平切换，以产生提供至所述负载的平均总电流的估计值。4.如权利要求1所述的用于提供恒流的多相电路拓扑，其中，所述电流控制器包括：脉冲宽度控制单元，用于产生驱动信号给连接至所述电感-反激式二极管反馈回路的开关以导通和截止所述开关，提供所述电感-反激式二极管反馈回路的导通时间；其中所述脉冲宽度控制单元包括：两个或以上的斜坡发生器，用于生成斜坡电压信号，各所述斜坡发生器对应一所述电感-反激式二极管反馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永志，吕小康，伍晟，廖翰湘，刘夏聪，劳树根，高荣，
申请(专利权)人：晶门科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81