CN105556821B - 具有辅助输出的特别用于发光二极管的紧凑驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种驱动器(10,20)，用于驱动至少一个主负载和至少一个辅助负载，其包括：功率转换器(101)，适于将输入电压(Vin)转换为通过主输出(1011)提供的至少一个主输出电压用于驱动所述主负载，以及通过辅助输出(1013)提供至少一个辅助输出DC电压用于对所述辅助负载进行供电，控制器(103)，适于基于至少一个输入设置点控制主输出，其中所述功率转换器(101)包括包含多个开关和多个电容器的开关电容器转换器，所述主输出(1011)被连接到所述功率转换器(101)的至少一个内部节点，所述辅助输出(1013)被连接到所述功率转换器(101)的DC节点(N10)。
Description
技术领域
本发明涉及集成功率转换器的领域。本发明可以特别地应用到用于诸如发光二极管(LED)光源的发光设备的驱动电路，然而也可以应用到其他类型的负载。更具体地，本发明涉及紧凑并且有效的功率转换设备。
背景技术
例如使用开关模式功率电源(SMPS)的需要功率转换模块的高电平集成的应用，可以诉诸例如开关电容器转换器(SCC)的功率转换器，其通过仅仅使用可能与小型感应输出滤波器相合并的电容器和开关就可以提供高度有效的DC到DC电压转换。
特别地，固态照明(SSL)工业对于用于LED的小型且紧凑的功率管理单元的需求在增长。LED要求功率以恒定电流的形式被尽可能有效地传送。理想地，在尺寸上与LED本身相当的LED驱动器将代表了实现新照明概念的重大突破。这种解决方案将要求系统具有高电平的可靠性以及效率，从而适合寿命、尺寸和散热的需求。
LED驱动器可以基于开关模式功率电源(SMPS)。特别地，一些LED驱动器可以包括将SCC与感应SMPS相合并的混合功率转换器。近年来，普遍地被设计为“智能灯”的LED灯已经得到发展。智能灯典型地要求具有可调光输出的驱动器，其提供了用于对LED供电的电流控制的可调光性，以及提供用以对电子模块进行供电的辅助电压。电子模块提供基本灯控制，但是还可以提供其他的先进功能，例如无线通信，颜色调光或黑体线调光。
根据已知的解决方案，辅助输出可以从变压器的次级绕组导出，例如通过搭接或者通过使用附加的绕组。根据另一个已知的解决方案，例如实施在集成电路中的控制器被设计为通过专用子电路输出辅助低电压。
然而现有技术仍然缺乏将所有就多输出功率管理而言的复杂需求以紧凑、有效并且优化的方式进行集成的LED驱动器。
在本专利申请中描述的示例性的实施例涉及由诸如LED的照明单元形成的主负载，但是应当理解的是本发明同样地应用于其他类型的例如在移动设备应用中的诸如CPU的线性或非线性负载，或者任何类型的要求输出电流控制以及/或具有辅助输出电压需求的大动态范围的负载。
发明内容
本发明的一个目的在于通过提出一种紧凑并且集成的解决方案来克服上面提及的现有解决方案的缺陷，这种紧凑并且集成的解决方案允许通过一个单一的功率转换模块的功率管理，单一的功率转换模块进一步提供通过其可以传送DC输出电压的辅助输出。
根据本发明，提出一种驱动器布置，其基于SCC架构，或者与利用了SCC的固有特性的、SCC和电感器相组合的混合架构。
为了这个目的，当前发明提出一种新颖的驱动器，用于驱动至少一个主负载和至少一个辅助负载，其包括功率转换器适于将输入电压转换为通过主输出提供的至少一个主输出电压以用于驱动所述主负载，以及通过辅助输出提供的至少一个辅助输出DC电压以用于对所述辅助负载进行供电，控制器，适于基于至少一个输入设置点控制主输出，其中功率转换器包括包含多个开关和多个电容器的开关电容器转换器，主输出被连接到功率转换器的至少一个内部节点，辅助输出被连接到功率转换器的DC节点。本发明的原理在于这样一个事实，即如果开关电容器转换器结构以功率从其浮置节点取出的方式进行使用，则相同的SCC结构的一些DC节点可以被用来对辅助负载提供功率。
在本发明的示例性实施例中，功率转换器的主输出可以传送其所具有的电平为输入电压电平的一定比例的浮置电压，该一定比例与转换率相关，该浮置电压具有以从经确定的最低比例电平到经确定的最高比例电平的多个步进进行划分的偏置分量。
在另一个实施例中，功率转换器可以配置用于提供多个其所具有的电平为输入电压电平的一定比例的输出信号，每个输出信号以从经确定的最低比例电平到经确定的最高比例电平的多个步进进行划分的偏置分量进行浮置，驱动器进一步包括选择模块，适于从所述多个输出信号中选择一个输出信号并且输出这个所选择的输出信号。
驱动器可以进一步包括连接到功率转换器的主输出的输出滤波器。
在其他实施例中，输出滤波器可以连接到选择模块的输出。
功率转换器可以基于由迪克森(Dickson)阶梯、标准阶梯、斐波纳契(Fibonacci)以及串联-并联拓扑构成的群组中的至少一个拓扑。
驱动器可以进一步包括耦合到辅助输出的调节模块，用于对辅助输出电压进行调节。
调节模块可以包括调节控制器，其包括传送用于代表感测到的跨辅助负载的电压的信号的输入，以及用于传送用于控制功率转换器的开关的控制信号的至少一个输出，该控制信号允许对功率转换器的DC节点电容器进行充电，所述控制信号由调节控制器生成。
调节模块可以包括串联连接在功率转换器的DC节点和辅助负载之间的线性调节器。
本发明的另一个方面是一种照明系统，其包括如所描述的实施例中的任一个的驱动器，主负载和辅助负载，其中主负载包括至少一个发光设备(LED)以及/或者辅助负载包括由控制单元、通信单元和感测器单元构成的群组中的至少一个。
本发明的另一个方面是一种通过电感性输出滤波器为主负载提供脉冲带宽调制(PWM)信号的方法，电感性输出滤波器至少具有配置为连接到主负载的输出，所述方法至少包括以下步骤：将由DC输入电压提供的功率至少转换为具有电平幅度的主输出电压，该电平幅度为输入电压电平的一定比例，所述主输出电压具有偏置分量以通过输出滤波器为主负载提供供电(supply)信号，并且向辅助负载提供辅助DC输出电压。
附图说明
鉴于下面仅作为描述性和非限定示例方式提供的优选实施例的详细描述以及附图，本发明的这些以及其他特性和优势将变得更为清楚，这些附图表示：
图1为描述了根据本发明的具有辅助输出的LED驱动器的框图；
图2为描述了根据本发明示例性实施例的具有辅助输出的LED驱动器的框图；
图3为描述了根据本发明示例性实施例的具有辅助输出的LED驱动器的电气图；
图4为描述了在根据本发明的LED驱动器的主输出和辅助输出处的输出电压的示例的图；
图5A和图5B为描述了根据本发明示例性实施例的LED驱动器的辅助输出的调节器的电气图；
图6A和图6B为描述了根据本发明另一个示例性实施例的LED驱动器的辅助输出的调节器的电气图。
具体实施方式
在下面详细的描述中，为了解释而非限制的目的，提出公开了特定细节的代表性的实施例从而用以提供对于本公开的全面理解。然而，对于已经受益于本公开的本领域的普通技术人员来说根据本公开的背离这里所公开的特定细节的其他实施例保留在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对已知装置和方法的描述从而避免对代表性实施例的描述的混淆。这种方法和装置很明显地在本公开的范围内。
图1示出了根据本发明的具有辅助输出的LED驱动器的一般框图。
图1描绘了连接到功率电源11的LED驱动器10。LED驱动器10包括功率转换器101，其包括一个主输出1011(MAIN)和一个辅助输出1013(AUX)。主输出1011可以连接到主负载，例如未在图1中示出的LED或者LED集合，或者任何其他类型的负载。主输出1011有可能通过在下面进一步参照图2描述的主输出滤波器连接到主负载。
辅助输出1013可以连接到未在图1中示出的辅助负载，其可以包括适于控制LED的操作的控制单元、或者通信单元、或者包括一个或多个感测器的感测器单元、有源冷却单元等，或者所述元件的组合。辅助输出1013有可能通过辅助输出滤波器连接到辅助负载。LED驱动器10、功率电源11、主负载和辅助负载、滤波器或者这些元件中的部分，可以是照明系统1的元件，该照明系统同样是本发明的一个方面。
功率电源11可以例如设计为提供AC或者DC电压Vsupply。例如电源电压Vsupply可以是来自市电的AC电压，或者由DC电网或电池提供的DC电压。
LED驱动器10进一步包括控制器103。控制器103包括至少一个输入(SET)用于接收至少一个设置点控制信号，并且包括至少一个输出(CTRL)用于传送至少一个控制信号到至少功率转换器101。
控制器103可以进一步包括一个主反馈输入用于接收代表着主负载的实际操作的反馈信号，以及/或者一个辅助反馈输入用于接收代表着辅助负载的实际操作的反馈信号。例如如果主负载由LED形成，则主反馈输入可以传送代表着感测到的通过LED的电流的信号，并且如果辅助负载由包括感测器的感测单元形成，则辅助反馈输入可以传送提供了由感测器集合感测到的信息的信号。控制器103可以由此调整作为输入设置点值以及/或者代表着主负载和/或辅助负载的操作的反馈信号的函数的功率转换器103的操作参数。
功率转换器101适于接收电源电压Vsupply并且通过主输出传送主调节后电压，并且通过辅助输出传送辅助DC电压。
根据本发明的特殊性，提出了功率转换器101由开关电容器转换器(SCC)形成，该开关电容器转换器包括多个由控制信号控制的开关，以及多个电容器，并且功率转换器101的主输出1011直接连接到开关电容器转换器的内部节点中的任一个，而功率转换器101的辅助输出1013直接连接到SCC的DC节点。SCC可以是可控制的，可控制的SCC典型地包括多个内部节点，其中一些在当前发明中被用作输出。
特别地，可控制的SCC典型地包括至少一个DC节点，其提供具有固定值无关于占空比的的电压，一些其他的内部节点为浮置PWM节点，其提供可以通过改变占空比而调制的脉动电压。功率转换器101的两个输出因此可以由单一控制器103通过开关电容器转换器而单独地进行控制，这提供了需要简单且紧凑架构的优势。在浮置PWM节点处的小电压纹波特别地提供了减轻对输出滤波器的需求的优势；如果使用了电感性输出滤波器，则电感器的尺寸可以因此极大地降低。在下面详细描述的图2所描述的示例性实施例中，可以将具有低于1μH的电感器用作输出滤波器电感。
SCC还可以通过频率调制以及/或通道上电阻调制进行控制。例如SCC的内部节点可以通过改变控制信号的占空比而进行控制，而对DC节点没有任何影响。DC节点可以通过通道上调制被调节而没有对SCC的内部节点处的电压产生明显的影响。
归功于SCC结构中的电容器的充分尺寸设计，上面提及的所有控制技术都可以使用。
图2示出了描述了根据本发明示例性实施例的具有辅助输出的LED驱动器的框图。
在图2所描述的本发明的示例性实施例中，以类似于上面参照图1描述的驱动器10的方式，驱动器20包括包含有SCC的功率转换器201。功率转换器201由电压源21提供功率，同样以类似于上面参照图1描述的驱动器10的方式。驱动器20具有连接到例如可以是电阻性负载或者诸如LED或有机发光二极管(OLED)的照明设备的主负载23的主输出，以及连接到辅助负载25的辅助输出。
在图2所描述的非限制性示例性实施例中，功率转换器201包括多个传送PWM电压的输出。如上面所描述的，多个输出直接连接到包括在功率转换器201内的SCC的内部节点，如下面参照图3进一步所详细描述的。仍然在这个示例性实施例中，功率转换器201的多个输出中的一个可以通过例如选择模块的适合的选择方法进行选择，并且例如通过输出滤波器205连接到输出。例如，功率转换器201的多个输出可以连接到形成选择模块的多路复用器模块202的相应输入的多个输入，选择模块在其输出处传送一个来自所述多个输入的PWM电压PWMx，如下面所详细描述的。多路复用器模块202可以由此为n：1多路复用器。应当理解的是驱动器并不必然如所描述的示例性实施例一样包括多路复用器。选择模块可以例如通过功率转换器201的输出中的一个到驱动器20的输出的、可能通过输出滤波器205的适合的接线来形成。
多路复用器202的输出连接到输出滤波器205。输出滤波器205可以特别地最少包括一个电容器或者一个电感器。
仍然在所描述的示例性实施例中，驱动器20的辅助输出直接连接到功率转换器201的辅助输出2013，其直接连接到包括在功率转换器201中的SCC的一个DC节点，正如下面参照图3所详细描述的。
驱动器20进一步以与上面参照图1所描述的驱动器10相同的方式包括控制器203。控制器203允许了一个通过以下控制的控制环路，即根据代表了由功率电源21提供的感测到的电压的输入信号，以及/或代表着感测到的主负载23和/或辅助负载25的电压、电流或功率(例如负载电压)的信号来控制功率转换器101和多路复用器202。
例如通过分区控制，控制器203的一个第一输出允许控制功率转换器201并且控制器103的一个第二输出允许控制多路复用器202信道。
控制器203包括SCC；由此，通过借助于模拟控制而控制功率转换器201的占空比和/或频率，控制器203通过其第一输出控制功率转换器201。
图3示出了描述根据本发明示例性实施例的具有辅助输出的LED驱动器的电气图。
驱动器30以与上面所描述的驱动器10或驱动器20相似的方式特别地包括功率转换器301、多路复用器302和输出滤波器305。
在图3所描述的非限制示例性实施例中，如上面所提及的，功率转换器301适于提供多个PWM输出信号，其具有为输入DC电压Vin的一定比例(fraction)的电平。在这个示例性实施例中，PWM输出信号为具有输入DC电压Vin的一定比例的电平的方波形电压。在非限制性描述的示例性实施例中，每个方波电压以偏置分量进行浮置，所述偏置分量均等地划分为多个从最低比例电平到最高比例电平的步进。可以通过多路复用器302选择任何电压并且可以通过多路复用器302的输出进行输出，多路复用器302的输出被连接到输出滤波器305，由此提供了到主负载33的持续电压。
在图3所描述的非限制示例性实施例中，功率转换器301由包括多个开关和电容器的SCC形成。例如，功率转换器301包括所谓的迪克森(Dickson)阶梯转换器。可以看出能够使用其他的SCC拓扑结构，诸如标准阶梯、斐波纳契(Fibonacci)或者串联-并联拓扑结构。
所描述的非限制示例实施例更为具体地使用了基于十个电容器C1到C10以及十四个单刀单掷类型的开关S1到S14的Dickson阶梯拓扑。更为具体地，功率转换器301包括两个飞行阶梯(flying ladder)：一个第一飞行阶梯包括四个串联放置的电容器C3、C5、C7、C9，以及一个第二飞行阶梯包括五个串联放置的电容器C2、C4、C6、C8、C10。
功率转换器301进一步包括十个中间节点N1到N10。一个第一开关S1选择性地将第一中间节点N1连接到电源电压Vin。一个第二开关S2选择性地将第一中间节点N1连接到第二中间节点N2。一个第三开关S3选择性地将第二中间节点N2连接到第三中间节点N3。一个第四开关S4选择性地将第三中间节点N3连接到第四中间节点N4。一个第五开关S5选择性地将第四中间节点N4连接到第五中间节点N5。一个第六开关S6选择性地将第五中间节点N5连接到第六中间节点N6。一个第七开关S7选择性地将第六中间节点N6连接到第七中间节点N7。一个第八开关S8选择性地将第七中间节点N7连接到第八中间节点N8。一个第九开关S9选择性地将第八中间节点N8连接到第九中间节点N9。一个第十开关S10选择性地将第九中间节点N9连接到第十中间节点N10。一个第一电容器C1被放置在第十中间节点N10和连接到例如接地的参考电压的第十一中间节点N11之间。
包括四个电容器C3、C5、C7、C9的第一飞行阶梯位于第二中间节点N2和一个第一次级节点SN1之间。一个第十一开关S11选择性地将第一次级节点SN1连接到第十一中间节点N11；一个第十二开关S12选择性地将第一次级节点SN1连接到第十中间节点N10。
包括五个电容器C2、C4、C6、C8、C10的第二飞行阶梯位于第一中间节点N1和一个第二次级节点SN2之间。一个第十三开关S13选择性地将第二次级节点SN2连接到第十中间节点N10；一个第十四开关S14选择性地将第二次级节点SN2连接到第十一中间节点N11。
由于开关S1到开关S14的打开和闭合的适当顺序，两个飞行阶梯为相位相反的。例如，所有的偶数开关S2、S4、…、S14可以在第一时间阶段Φ1处于给定的状态，例如打开，而所有的奇数开关S1、S3、…、S13可以为相反，例如关闭；在接下来的第二时间阶段Φ2，所有开关的状态可以反转。
根据所描述的实施例的功率转换器301由此被配置为提供10:1的转换率。从中间节点N1到N9所传送的信号形成了功率转换器301的许多输出，并且在所图示的实施例中为形成功率转换器301的开关电容器转换器的内部节点，其在图3中标记为电压vx1到vx9，被连接到多路复用器302的许多输入。在这个示例性实施例中，多路复用器302由此包括九个开关，允许选择性地将九个输入中的一个连接到输出vx，并且包括附加开关，该附加开关连接到第一次级节点SN1用于施加到输出滤波器305的电压电平的进一步改善的定义或动态。更普遍地，多路复用器302可以连接到功率转换器301的内部节点中的任意个，并且包括与其连接到的内部节点一样多的开关。多路复用器302的结构可以通过降低开关的数目而得到简化，这取决于关于负载操作的需求。
如上面所描述的，多路复用器302为选择模块的可能实施方式。通过在功率转换器301的多个输出中提供所选择的输出的合适的接线可以实现更为简单的架构，其可以满足对于一些应用的负载的操作需求。在这种情况下，选择模块由所述合适的接线来形成，即在这种实施例中不需要诉诸任何多路复用器。这种实施例特别地带来了例如通过在制造过程中的简单的附加接线步骤而仍提供可以适于给定负载的成本节约并且紧凑的架构的优势。
在图3所描述的示例性实施例中，功率转换器301的DC节点为第十中间节点N10。由此，功率转换器301的辅助输出，其也可以是驱动器30的辅助输出，可以被直接地连接到第十中间节点N10，如在图3所描述的示例性实施例中。跨次级负载35的DC电压，其被指示为Vaux，在这个例子中为跨第一电容器C1的电压，即在第十中间节点N10和第十一中间节点N11之间的电压，其被指示为vaux。
如在图3所描述的示例性实施例中，开关电容器转换器可以利用具有10-电容器的Dickson阶梯拓扑结构来实施，其具有可以从功率转换模块101的输出电压vaux访问的10:1的固定转换率。
同时，在形成了功率转换器301的开关电容器的内部节点处的电压vx1到vx9为方波形电压，其幅值为输入DC电压Vin的二十分之一。中间节点N1到N9中的每一个产生方波电压，其以均等地划分为从到Vin.的10个步进的偏置分量而浮置，如图3所描绘的，将在下面进行详细描述。中间节点N1到N9中的任一个通过多路复用器302连接到输出滤波器305。
在图3所描述的本发明的示例性实施例中，利用SCC作为功率转换器301允许通过已经存在的SCC的内部节点以及其DC节点提供功率转换器301的输出电压。这个具体的实施例提供了较之现有的具有相似性能的功率转换设备而言允许显著地降低在功率转换设备中使用的电容器的数目的优势，因为在被固有地包括在形成功率转换器301的SCC中的节点处已经可以获得输出电压。
正如在图3所描述的示例性实施例中，输出滤波器305可以包括滤波器电感器Lo以及滤波器电容器Co，滤波器电感器Lo连接在多路复用器302的输出和与滤波器电容器Co相并联的主负载33之间。
本发明的进一步的优势在于在多路复用器302的输出处的电压vx信号的纹波急剧降低，其允许了减轻对于滤波器电感器Lo的就体积而言的要求，以这种方式电感器Lo可以轻易地集成在所具有的尺寸类似于例如由LED模块形成的主负载33本身尺寸的小封装中。典型地，电感值与电压纹波成正比，因此如果电压纹波降低了因数N，则电感器的体积可以降低相同的因数N。
这种小纹波还提供了允许降低电磁发射的优势，因此改善了电磁干扰(EMI)。其还提供进一步的优势在于包括在功率转换设备中的开关的电压应力和电流应力可以急剧降低，由此特别地改善了功率转换设备的寿命。
为了获得负载调节，控制器203如上面参照图2所描述的被配置为控制多路复用器302的适当的信道以及控制功率转换器301。多路复用器302提供了具有施加到输出滤波器305的离散的电压电平的粗糙控制。
通过控制SCC相位的占空比，控制器203进一步提供功率转换器301的输出，即上面在参照图3所描述的示例性实施例中的SCC的内部节点的方波的精细控制PWM。进一步，控制器203可以允许调整SCC的开关频率从而使得在不同负载电平处的效率最大化。
尽管SCC的内部节点具有PWM电压，而SCC的DC节点具有的固定值的电压，该固定值由输入电压vin乘以功率转换器301的转换率来确定。
图3所描述的SCC的一些内部节点以及其DC节点的平均电压电平的变化比对占空比的扫描在图4中进行了描述，下面进行进一步的详述。
图4示出了描述根据上面参照图3所描述的示例性实施例的LED驱动器的主输出和辅助输出处的输出电压的示例的图。
图4示出了描述在示例性实施例中的在功率转换器301的不同内部节点以及其DC节点处的平均电压的曲线，其中当控制SCC的开关的PWM信号从0扫描到100％，输入电压Vin在50V的数量级。
从图4可以看出，对于占空比的极值，一些内部节点的平均电压可能重叠。
在图4中，九个描绘为虚线的曲线从图的顶部到底部分别代表了在SCC的前九个内部节点N1到N9处的电压，其为控制PWM信号的占空比的函数。
如图4中所示出的，如上面参照图1所描述的借助于控制器303改变控制功率转换器301的开关的信号的占空比是一种允许实现输出电压值的连续范围的方法；进一步，借助于多路复用器302选择适当的输出电压允许实现宽范围的输出电压值。
在图4的图中描绘为实线的底部曲线代表了在SCC处的DC节点N10的电压。如从这个曲线可以看出的，并且如上面参照图3所描述的，在DC节点处的电压具有固定值，该固定值由输入电压Vin乘以转换器的转换率来确定，转换率在图3所描述的非限制性示例性实施例中等于10。这个转换率是固定的，并且不依赖于SCC的占空比操作。这个电压可以用于提供功率转换器301的辅助输出，其也可以是驱动器30的辅助输出。在其中输入电压为高的例子中，正如所描述的示例中，其中输入电压等于50V，则由功率转换器301的SCC架构提供的在输入电压和辅助输出电压之间的本征高转换率，较之于其他已知的解决方案而言可能具有优势，特别是在简易性和效率方面。
在一些例子中，辅助输出可以要求严密调节。在本发明的实施例中，驱动器可以包括调节模块，调节模块可以例如为线性调节器。由此，驱动器适于提供略微高于辅助负载所要求的电压的电压；例如：对于作为辅助负载的3.3V电子模块，辅助输出可以适于提供在3.5V和3.7V之间的范围内的电压，并且辅助输出电压可以经由分流调节器来调整。在这种实施例中产生的额外的功率损失对于驱动起来说并不是不利的，这是由于由辅助输出所提供的功率典型地远低于在主输出处提供的功率。
图5A、图5B以及图6A、图6B在下面描绘了线性调节器的两种可能的实施方式。
图5A示出了描述根据本发明示例性实施例的LED驱动器的辅助输出的调节器的电气图。
在图5A所描述的实施例中，可以借助于跟随着闭合环路调节方案的线性调节器来调节辅助输出。在所描述的示例性实施例中，类似于上面参照图3所描述的驱动器30并且仅仅其一部分在图5中进行了描述的驱动器50可以进一步包括调节控制器501。
调节控制器501可以包括对代表着跨辅助负载55的感测电压的信号进行传送的输入。在所描述的示例性实施例中，调节控制器501包括三个输出来传送由调节控制器501生成的控制信号，用于控制允许对形成功率转换器301的SCC的DC节点电容器进行充电的开关，即：如图3所描述的示例性SCC的开关S10、S12以及S13。例如，如果开关由金属氧化物半导体(MOS)晶体管形成，则控制信号可以调制所述开关S10、S12以及S13的栅极处的各自的电压。如图5B所描述的，调节控制器501可以适于测量辅助输出电压vaux，这例如归功于由两个电阻器Rx1和Rx2形成的电压分压器。标记为Vsense的所感测到的电压可以从辅助输出电压设置点Vset减掉。
可以由放大器电路503和积分器电路505例如基于运算放大器(OA)形成比例-积分(PI)控制器。PI控制器允许使得两个测量到的电压Vsense和Vset之间的误差最小化；PI控制器的响应可以通过修改连接到OA的无源组件，即在所描述的示例性实施例中的电阻器和电容器的特性来得到调整。
标记为Vgate_driver的PI控制器的输出电压可以接着被提供到例如由MOS场效应晶体管(MOSFET)形成的开关S10、S12、S13的栅极，从而提供MOSFET中恰当的Vds压降。
图6A、图6B示出了描述了根据本发明另一个示例性实施例的LED驱动器的辅助输出的调节器的电气图。
在图6A所描述的实施例中，辅助输出可以经由串联连接在功率转换器301的DC节点和辅助负载65之间的线性调节器601来调节。
如图6B所描述的，以类似于参照图5B所描述的调节控制器501的架构的方式，线性调节器601可以适于测量辅助输出电压vaux，这例如归功于由两个电阻器Rx1、Rx2形成的电压分压器。标记为Vsense的感测的电压可以从辅助输出电压设置点Vset减掉。
可以由放大器电路603和积分器电路605例如基于运算放大器(OA)形成比例-积分(PI)控制器。PI控制器允许使得两个测量到的电压Vsense和Vset之间的误差最小化；PI控制器的响应可以通过修改连接到OA的无源组件，即在所描述的示例性实施例中的电阻器和电容器的特性来得到调整。
PI控制器的输出电压可以接着被提供到专用MOSFET开关T1的栅极。
所有使用在这里所描述的SCC架构中的开关可以为单向或双向的或者以与电路的开关频率兼容的适当的技术来实施。例如开关可以由硅衬底上的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或MOSFET集合或者镓-氮衬底上的高电子迁移率晶体管来形成。
所有电抗元件可以尺寸小到足以允许集成例如为片上功率系统(PSoC)或封装中的功率系统(PSiP)。
电容器还可以利用类似于应用到铁电随机存取存储器(FRAM)或嵌入式动态随机存储器(eDRAM)的技术来实施。利用这种技术所达到的介电常数越高，集成的SCC越小并且越便宜。
这里所定义并且使用的所有定义应当被理解为在字典定义、通过参考并入的文献中的定义以及/所限定的术语的通常含义之上进行掌握。
在本领域的技术人员通过对附图、公开以及所附的权利要求进行研究从而实践要求保护的发明时，对于所公开的实施例的其他变形是可以被其所理解并实施的。在权利要求中，用词“包括”并不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”、“一个”并不排除复数。在互相不同的从属权利要求中记载了特定的措施这一单纯的事实并不指示着这些措施的合并不能被用来获取优势。权利要求中的任何参考标记不应当被理解为限制范围。
Claims (10)
1.一种驱动器(10,20)，用于驱动至少一个主负载和至少一个辅助负载，所述驱动器包括：
·功率转换器(101)，适于将DC输入电压(Vin)转换为通过主输出(1011)提供的至少一个主输出电压以用于驱动所述主负载，以及通过辅助输出(1013)提供的至少一个辅助输出DC电压以用于对所述辅助负载进行供电，
·控制器(103)，适于基于至少一个输入设置点控制所述主输出，
其中所述功率转换器(101)包括开关电容器转换器，所述开关电容器转换器包含多个开关(S1，S2，…)和多个电容器(C1,C2,…)，所述主输出(1011)被连接到所述功率转换器(101)的至少一个内部节点，所述辅助输出(1013)被连接到所述功率转换器(101)的DC节点(N10)；以及
其中所述功率转换器(101,201)的所述主输出传送具有电平的浮置电压，所述电平为所述输入电压(Vin)电平的一定比例，所述比例与转换率相关，所述浮置电压具有以范围从经确定的最低比例电平到经确定的最高比例电平的多个步进进行划分的偏置分量；以及
其中所述功率转换器(101,201)配置用于提供多个输出信号(PWM1,…,PWMn)，所述多个输出信号具有的电平为所述输入电压(Vin)电平的一定比例，每个输出信号以范围从经确定的最低比例电平到经确定的最高比例电平的多个步进进行划分的偏置分量进行浮置，所述驱动器(10,20)进一步包括选择模块(202)，其适于从所述多个输出信号(PWM1,…,PWMn)中选择一个输出信号并且输出这个所选择的输出信号。
2.根据权利要求1所述的驱动器(10,20)，进一步包括连接到所述功率转换器(101,201)的所述主输出的输出滤波器(205)。
3.根据权利要求1所述的驱动器(10,20)，进一步包括连接到所述选择模块(202)的输出的输出滤波器(205)。
4.根据前述任一权利要求所述的驱动器(10,20)，其中所述功率转换器(101,201)包括开关电容器转换器(SCC)，其包括所述控制器(103,203)控制的多个开关。
5.根据权利要求4所述的驱动器(10,20)，其中所述功率转换器(101)基于由迪克森阶梯、标准阶梯、斐波纳契以及串联-并联拓扑构成的群组中的至少一个拓扑。
6.根据权利要求1-3和5中任一项所述的驱动器(10,20)，进一步包括耦合到辅助输出的调节模块，用于对辅助输出电压进行调节。
7.根据权利要求6所述的驱动器(10,20)，其中所述调节模块包括调节控制器(501)，其包括用于传送代表感测到的所述辅助负载(25,55)两端的电压的信号的输入，以及用于传送用于控制所述功率转换器(101,301)的所述开关的控制信号的至少一个输出，所述控制信号允许对所述功率转换器(101,301)的所述DC节点的电容器进行充电，所述控制信号由所述调节控制器(501)生成。
8.根据权利要求7所述的驱动器(10,20)，其中所述调节模块包括串联连接在所述功率转换器(101,301)的所述DC节点和所述辅助负载(25,65)之间的线性调节器(601)。
9.根据权利要求1-3、5、7和8中任一项所述的驱动器，其中所述控制器(103)包括一个主反馈输入，用于接收代表所述主负载的操作的反馈信号，以及/或者一个辅助反馈输入，用于接收代表所述辅助负载的实际操作的反馈信号，所述控制器(103)适于调整作为输入设置点值以及/或者所述反馈信号的函数的所述功率转换器(103)的操作参数。
10.一种照明系统，其包括如前述任一权利要求所述的驱动器(10,20)，主负载(23)和辅助负载(25)，其中所述主负载包括至少一个发光设备(LED)以及/或者所述辅助负载包括由控制单元、通信单元和感测器单元构成的群组中的至少一个。
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