CN106572554B - 具有对未知输入和负载电压的自动调节的电子控制器 - Google Patents

具有对未知输入和负载电压的自动调节的电子控制器 Download PDF

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Abstract

提供了具有对未知输入和负载电压的自动调节的电子控制器。公开了用于降压转换器的电流控制的方法、设备、技术和电路。在一个示例中，一种设备被配置为接收针对电流驱动器的选定平均电流值。该设备还被配置为确定针对电流驱动器的参数集。该设备还被配置为生成到电流驱动器的输出以使得电流驱动器输出具有与选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号。

Description

具有对未知输入和负载电压的自动调节的电子控制器
技术领域
本公开内容涉及电功率转换器，并且具体地涉及针对电功率转换器的电子控制。
背景技术
电功率转换器被用于满足具有可用源功率的负载的专门的电流和电压要求。例如，发光二极管(LED)的链可能要求特定DC电压和电流以进行正常工作。LED链可能通常利用两级控制装置来供电，两级控制装置包括AC-DC电压转换器和DC-DC电流转换器，通常为具有比输入电压更低的输出电压的降压转换器。
LED链控制器可以是模拟的或数字的。模拟控制器使得照明与电流成比例，这具有简单和快速响应时间的优点。然而，照明对电流的响应是非线性的，并且照明的频谱也随电流而变化，从而使得光的颜色随亮度而变化。因此数字DC-DC电流转换器控制器优选用于许多应用。
发明内容
本公开内容的各种示例涉及使电子驱动器无论输入电压如何并且无论负载电压如何，跨正常操作条件的宽范围自动地生成期望的平均输出电流并且利用小的纹波电流来这么做的技术、系统、设备和方法。本公开内容的驱动器可以单独地利用控制逻辑，而非使用除了现有的廉价的且紧凑的驱动器硬件之外的额外的昂贵的且笨重的部件来实现这些优点。本公开内容的驱动器可以接收指示目标平均电流的输入；测量负载电压和输入电压；以及基于目标平均电流、输入电压以及负载电压确定并实现基准电流和关断时间以驱动开关信号实现具有低纹波的目标平均电流。
本公开内容的驱动器可以因此针对宽范围的输入电压中的任何和宽范围的负载电压中的任何自动地例如以可靠的且有效的电流流动、以快速的接通时间、标称亮度和颜色、无闪烁以及防止过流故障、以及其他优点来驱动LED链而不要求输入电压或负载电压被编程到驱动器中。本公开内容的单个驱动器可以因此灵活地、可靠地且有效地被使用在广泛的应用和操作条件上。
一个示例涉及一种设备。该设备被配置为接收针对电流驱动器的选定平均电流值。该设备还被配置为确定针对电流驱动器的参数集。该设备还被配置为生成到电流驱动器的输出以使得电流驱动器输出具有与选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号。
另一示例涉及一种方法。该方法包括接收针对电流驱动器的选定平均电流值。该方法还包括确定针对电流驱动器的参数集。该方法还包括生成到电流驱动器的输出以使得电流驱动器输出具有与选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号。
另一示例涉及一种微控制器。微控制器包括脉冲密度调制器、模拟比较器、电流控制电路、以及逻辑控制单元。电流控制电路具有连接到脉冲密度调制器的输出并且连接到模拟比较器的输出的输入。逻辑控制单元被配置具有连接到模拟比较器的输入的峰值电流设置点输出，并且被配置具有连接到电流控制单元的输入的关断时间输出。
在附图和下面的描述中阐述本公开内容的一个或多个示例的细节。其他特征、目的和优点将从说明书和附图、并且从权利要求书变得显而易见。
附图说明
图1描绘了在本公开内容的一个示例中的电流驱动器和负载的概念性框图，电流驱动器包括控制器和DC-DC降压转换器，控制器包括控制逻辑单元，并且DC-DC降压转换器包括开关，具有到控制逻辑单元的输入和来自控制逻辑单元的输出以控制开关并驱动负载。
图2描绘了图示了根据本公开内容的示例的电流驱动器的电路框图，电流驱动器包括控制器，控制器具有控制逻辑单元并被配置用于经由DC-DC降压转换器的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)自动地设置到负载LED链的平均输出电流。
图3描绘了根据本公开内容的示例的针对可以由电流控制器的至少一个中央处理单元(CPU)实现或运行以用于自动地设置目标峰值电流设置点和目标关断时间以实现目标平均输出电流的过程的流程图。
图4描绘了根据本公开内容的示例的用于基于选定平均输出电流和测量的输入电压和负载电压来自动设置平均输出电流的电流控制器的硬件逻辑单元的功能框图。
图5描绘了根据本公开内容的示例的在被配置为自动地设置平均输出电流的控制逻辑单元的控制下的电流驱动器的脉冲密度调制(PDM)输出比特流信号图、控制器输出开关信号(OSS)图以及(例如，被输出到LED链的)输出电流图的时序一致图。
图6描绘了图示了根据本公开内容的示例的用于基于测量的输入电压和测量的负载电压对选定平均输出电流的自动实现的方法的流程图。
具体实施方式
图1描绘了在本公开内容的一个示例中的电流驱动器100和负载190的概念性框图，电流驱动器100包括控制器110和DC-DC降压转换器170，控制器110包括控制逻辑单元120，并且DC-DC降压转换器170包括开关180，控制器110具有到控制逻辑单元120的输入和来自控制逻辑单元的输出以控制开关180并驱动负载190。在各种示例中，控制逻辑单元120可以为被编程有可执行控制逻辑指令的中央处理单元(CPU)，或者可以为逻辑硬件元件，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。负载190可以例如为LED灯链。控制逻辑单元120被配置为接收针对目标平均电流值(Itarget)122的外部输入。控制逻辑单元120还被配置为确定电流驱动器100的内部参数并且测量电流驱动器100的内部电压，包括DC-DC降压转换器170中的电感值(L)132和电流驱动器100中的内部传播时间(Tprop)134的内部参数以及DC-DC降压转换器170中的负载电压(VL)172和输入电压(Vin)174的测量结果。控制逻辑单元120可以从用户或想要将电流驱动器100配置为驱动负载190的其他外部源接收目标平均电流值(Itarget)122的输入的输入。控制逻辑单元120可以使用目标平均电流(Itarget)122的外部供应的输入和电感值(L)132、内部传播时间(Tprop)134、负载电压(VL)172和输入电压(Vin)174的内部确定的参数和测量，来确定并输出到(如下面进一步解释的)控制器110的其他元件的目标峰值电流设置点(Iref)142和关断时间(Toff)144。控制逻辑单元120可以因此使得控制器110将在贴合目标平均电流值122的平均电流的输出电流182供应到负载190。
控制器110的其他部件可以接收目标峰值电流设置点(Iref)142和关断时间(Toff)144作为来自控制逻辑单元120的输入。控制器110有时还可以接收意图激活负载190的激活输入152。例如，负载190可以为LED链，并且激活输入152可以是用于接通LED链并用于控制LED链的亮度的信号。控制器110可以生成到控制开关180接通和关断的开关信号输出162，由此将在目标平均电流值122处的开关输出电流182供应到负载190。
电流驱动器100可以因此无论输入电压174如何并且无论负载电压190如何跨正常操作条件的宽范围自动地生成贴合目标平均电流值122的平均电流处的开关输出电流182，并且可以利用小的纹波电流来实现。电流驱动器100可以单独地利用控制逻辑单元120而非使用除了现有的廉价的且紧凑的驱动器硬件之外的额外的昂贵的且笨重的部件来实现这些优点。电流驱动器100可以针对宽范围的输入电压174中的任何和宽范围的负载电压中的任何自动地例如以可靠的且有效的电流流动、以快速的接通时间、标称亮度和颜色、无闪烁以及防止过流故障、以及其他优点来驱动负载190(例如LED链)而不要求输入电压174或负载电压被编程到驱动器100中。本公开内容的单个驱动器100可以因此灵活地、可靠地且有效地被使用在宽范围的应用和操作条件上。
下面参考图2更详细地描述图1的示例的说明性实现方式。可以在其他示例中使用其他变型和实现方式。
图2描绘了图示了根据本公开内容的示例的电流驱动器的电路框图，电流驱动器200包括控制器210，控制器210具有控制逻辑单元220并被配置用于经由DC-DC降压转换器270的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)280自动地设置到负载LED链290的平均输出电流。图2的示例可以为图1的电流驱动器100的示例实现方式的更详细的描述。在该示例中，控制器210包括亮度和颜色控制单元(BCCU)201、模拟比较器203、电流控制单元(CCU)205、以及控制逻辑单元220。BCCU 201包括亮度控制输入端子252、脉冲密度调制器(PDM)213、以及BCCU输出与门215。
控制逻辑单元220被配置为接收针对目标平均电流222的外部输入。控制逻辑单元220还被配置为接收包含在DC-DC降压转换器270中的电感器271的电感值(L)232和电流驱动器200中的内部传播时间(Tprop)234的内部参数，并且被配置为接收LED链290的正向负载电压(VL)272和DC-DC降压转换器270的DC电流源292的输入电压(Vin)274的测量结果。控制逻辑单元220可以使用目标平均电流(Itarget)222的外部供应的输入和电感值(L)232、内部传播时间(Tprop)234、正向负载电压(VL)272和输入电压(Vin)274的内部确定的参数和测量结果，来确定并输出到控制器210的其他元件的目标峰值电流设置点(Iref)242和关断时间(Toff)244，如下面进一步解释的。
内部传播时间(Tprop)234和电感值(L)232是控制逻辑单元220的驱动器200的系统固有的或另一部件可以一次测量的参数，并且其可以保持不变。例如，控制逻辑单元220或另一部件可以在MOSFET 280被接通的时间(例如在MOSFET 280被初始地接通之后立即)测量来自降压转换器270的正向负载电压(VL)272和输入电压(Vin)274。例如，控制逻辑单元220或其他部件可以随时间(例如在每次电流驱动器200被初始地启动之后立即)重复地测量正向负载电压(VL)272和输入电压(Vin)274，这可以使得能够基于降压转换器270中存在的电压的电流值来进行更新的校准。
在其中另一部件测量或确定内部传播时间(Tprop)234、电感值(L)232、正向负载电压(VL)272、和/或输入电压(Vin)274的值中的任何的示例中，其他部件可以之后将那些值输出到控制逻辑单元220。针对内部传播时间(Tprop)234、电感值(L)232、正向负载电压(VL)272、和/或输入电压(Vin)274的值的测量结果或输入可以在被输入到控制逻辑单元220之前通过模数(DAC)信道传递。控制逻辑单元220可以通过将目标峰值电流设置点(Iref)242和关断时间(Toff)244输出到控制器210的其他元件使得开关信号经由到MOSFET280的开关信号输出端子262输出，如下面进一步描述的。
具体地，控制逻辑单元220可以经由模数转换器(DAC)243将目标峰值电流设置点(Iref)242输出到模拟比较器203的非反相输入端子，并且关断时间244从控制逻辑单元220被输出到电流控制单元205的各个输入，如下面进一步描述的。控制逻辑单元220可以确定目标峰值电流设置点242和关断时间244以使得到MOSFET 280的开关信号输出端子262根据被输入到控制逻辑单元220的目标平均电流值222来实现通过LED链290的平均电流。
目标峰值电流设置点242可以因此从控制逻辑单元220被供应到模拟比较器203而非被手动设置或由外部输入设置。到模拟比较器203的另一反相输入连接到被连接在降压转换器270的MOSFET 280与并联电阻器288之间的电流测量线路245，并且因此指示通过MOSFET 280的电流。
亮度控制输入线路252可以被连接到使得用户能够激活并选择LED链290的灯的亮度的用户输入接口。脉冲密度调制器102包括如图2所示的积分器217和量化器219，并且可以经由响应于经由亮度控制输入线路252选定的亮度输入而变化的PDM输出端子211在经脉冲密度调制的输出比特流中输出具有恒定宽度并且具有随时间的密度的电流脉冲。由PDM213输出的脉冲密度经调制的输出比特流和来自模拟比较器203的模拟比较器输出两者都被连接作为到BCCU与门215的输入。BCCU与门215的输出被输入到电流控制单元205。
电流控制电路205包括：与门251和253；计数器261；关断时间输入线路244；关断时间和最大接通时间输入线路246；以及比较器263和265。BCCU与门215的输出和比较器265的输出被连接作为到与门251的输入。与门251的输出被连接到计数器261的重置输入。计数器261的输出被连接到比较器263的非反相输入并且被连接到比较器265的反相输入。BCCU与门215的输出和比较器263的输出被连接作为到与门253的输入。
来自控制逻辑单元220的关断时间输出244被连接到比较器263的反相输入。来自控制逻辑单元220的关断时间输出244还与针对最大接通时间的信号组合以生成指示关断时间244加最大接通时间的加和的关断时间加上最大接通时间输出246。例如，最大接通时间可以一般地且明显地被选择在正常操作范围之外，作为针对过度的接通时间和过流故障的保护。关断时间加上最大接通时间输出246可以被连接到比较器265的非反相输入。
与门253的输出因此整体上用作电流控制单元205的输出并且用作控制器210的输出，用作如图2所示的开关信号输出262，其在该示例中控制MOSFET 280的开关。MOSFET 280控制对通过到LED链290的降压转换器270的电流的接通和关断。在MOSFET 280接通的情况下，通过LED链290和电感器271的电流以由电感器271限制的增加的速率升高。当选定亮度信号经由亮度控制输入252被输入到电流驱动器200时，脉冲密度调制器213将亮度控制输入转换为具有高振荡速率的比特流。该比特流是包含ON和OFF脉冲的开关信号。ON脉冲可以被认为是等价于1或者比特流中的高位，并且OFF脉冲可以被认为是等价于0或者比特流中的低位。当该经脉冲密度调制的输出比特流从0变为1(ON脉冲开始)时，电流控制器200初始地接通MOSFET 280，并且通过LED链290和电感器271的电流与输入电压线性地且成比例地升高。
在MOSFET 280与分流电阻器288之间的电压也升高，其经由电流测量信号245传播到模拟比较器203。模拟比较器203因此通过生成关断信号开关输出262并关断MOSFET 280的输出，对超过由控制逻辑单元220经由目标峰值电流设置点端子242设置的峰值电流基准的电流测量信号245做出响应。在MOSFET 280关断的情况下，通过LED链290和电感器271的电流以由电感器271限制的速率下降。电流的下降与LED链290的正向电压是线性的且成比例。开关信号输出262可以保持关断持续固定关断时间，该固定关断时间由控制逻辑单元220提供到电流控制单元205的比较器263的固定关断时间输出244管控。在设置关断时间之后，电流控制器200再次接通回开关输出262。
电流控制器100可以因此以高速率交替接通和关断开关输出262，保持通过LED链290和电感器271的电流设置为目标平均输出电流，并且以高速率在具有小纹波电流的紧密受限的范围内振荡，如下面进一步描述的。对通过MOSFET 280的电流测量结果245击中目标峰值电流设置点242的检测因此由模拟比较器203来执行，模拟比较器203可以具有非常快的检测时间，并且由该检测触发的关断信号可能仅仅需要通过串联的两个与门215和253传播到MOSFET 280，这可以提供非常快的传播时间。电流控制器200可以因此在以相对于由控制逻辑单元220基于输入目标平均电流值222设置的目标峰值电流设置点242控制MOSFET280接通和关断中提供非常低的检测延迟和非常低的传播延迟，并且因此提供非常快的且精确地引用贴合目标平均电流值222的平均电流的LED链290电流开关。
电流驱动器200可以因此无论输入电压274如何并且无论LED链290的负载电压272如何在宽范围的正常操作条件上自动地生成贴合目标平均电流值222的平均电流的开关输出电流并且具有小的纹波电流。电流驱动器200可以针对宽范围的输入电压274中的任何和宽范围的负载电压中的任何自动地例如以可靠的且有效的电流流动、以快速的接通时间、标称亮度和颜色、无闪烁以及防止过流故障、以及其他优点来驱动LED链290，而不要求输入电压274或负载电压272被编程到驱动器中。本公开内容的单个驱动器200可以因此灵活地、可靠地且有效地被使用在广泛的应用和操作条件上。
控制逻辑单元220可以使用各种方法至少部分地基于目标平均电流值222来确定目标峰值电流设置点242和关断时间244以引起信号开关输出262。下面参考图3-6更详细地描述这些方法的示例.
图3描绘了根据本公开内容的示例的针对可以由电流控制器的至少一个中央处理单元(CPU)320实现或运行以用于自动地设置目标峰值电流设置点和目标关断时间以实现目标平均输出电流的过程300的流程图。过程300可以由一个或多个处理器实现或运行，一个或多个处理器例如为被配置为实现如以上参考图1和图2描述的电流驱动器100或200的控制逻辑单元120或220的CPU 320中的一个或多个。CPU 320或其他一个或多个处理器可以被配置为通过可操作连接到可以具有存储在其上的实现过程300的可执行软件代码指令的存储器和/或数据存储来运行过程200。CPU 320可以从如以上所描述的电流驱动器的其他元件接收目标平均电流值222、内部传播时间(Tprop)234、电感值(L)232、正向负载电压(VL)272、和/或输入电压(Vin)274的值。下面参考图3并且参考图2的示例的元件两者来进一步描述过程300。
CPU 320可以接收目标平均输出电流(301)。运行过程300的CPU 320可以选择并输出可以高于目标平均电流值222特定或选定裕量的初始峰值电流基准(Iref)(302)。使用的裕量可以基于例如为10-20％的目标纹波值，以及电流驱动器中的内部传播延迟。例如，CPU320可以应用5％的裕量或相似的值(例如，在一些示例中，在1％与10％之间)。该初始峰值基准可以高于如以上所描述的后续目标峰值电流设置点242。在一个说明性示例中，CPU320可以接收针对目标平均电流222的700毫安的值，并且CPU 320可以选择730毫安的初始峰值电流基准。在一些示例中，初始峰值电流基准可以生成高于后续确定的目标关断时间的初始关断时间，但是还可以使免受失控电流增加和过流故障。CPU 320可以将高初始峰值电流基准输出到图2的示例中的模拟比较器203的非反相输入。CPU 320还可以测量高初始峰值电流基准，并且潜在地应用反馈或其他控制以确保其准确度。
CPU 320可以之后测量或接收例如在图中的DC电流源292处的输入电压(Vin)的测量结果(304)。(在一些示例中，CPU 320可以被称为借助于将值的测量结果提供到CPU 320的电流驱动器300的另一元件测量输入电压或任何其他值；CPU 320可以在这可以包括CPU320接收这样的值的测量或确定的理解的情况下被称为测量或确定任何值，为了本文的目的。)CPU 320可以之后利用高于如以上所描述的稍后的目标关断时间244的初始高生成的关断时间(high Tgen,off)来启动开关(306)。该初始地且临时地高的峰值电流基准和初始地且临时地高的关断时间可以导致初始地且临时地高的纹波电流。启动的开关可以使得CPU 320以测量LED链290的电压，其仅仅在MOSFET 280被接通时是可测量的。
CPU 320可以之后测量在LED链290的阴极处的(或在LED链290与电感器271之间的)电感器电压(VL,ON)(310)。CPU 320可以之后将LED链正向电压(VF)计算或确定为在输入电压与电感器电压之间的差(310)：
VF＝Vin-VL,ON
CPU 320可以之后基于电感器电压、电感值、以及传播时间来计算或确定初始电流过冲，例如基准过冲多少(Iovershoot)(312)：
CPU 320可以之后将实际峰值电流(Ipeak)计算或确定为初始峰值电流基准和初始电流过冲的加和(314)：
ipeak＝iref+iovershoot
CPU 320可以之后基于实际峰值电流和目标平均电流222来将目标纹波电流(Iripple,target)计算或确定例如为在实际峰值电流与目标平均电流222之间的差乘以2(316)：
iripple,target＝(ipeak-iavg,target)×2
CPU 320还可以将目标峰值电流设置点242确定为目标平均电流222加目标纹波电流的一半。在各种示例中，目标峰值电流设置点242可以与较早的峰值电流相同或小于较早的峰值电流。平均电流是实际峰值电流减去纹波电流的一半，或者等价地，在实际峰值电流与实际波谷电流之间的半道。
CPU 320可以之后计算或确定要被生成的目标关断时间244(Tgen,off)(318)：
CPU 320可以之后利用该新目标关断时间244开关代替应用初始的且临时的高关断时间(320)继续。通过这么做，CPU 320可以具有比起初基本上更小的纹波电流的目标平均电流。在一些示例中，CPU 320可以之后测量输入电压(Vin)(304)并再次测量电感器电压(308)，并且从测量电感器电压(308)重复过程300的剩余部分，以继续随时间细化或重新校准目标峰值电流基准242和目标关断时间244，这可以使得能够进一步减少纹波电流并制定在具有基本上低的纹波电流的目标平均电流的输出。
因此，在一些示例中，CPU 320可以运行针对过程320的算法并且因此基于电压测量结果和计算来实现如以上所讨论的控制逻辑单元120、220，并且因此生成针对具有未知输入电压和未知LED链电压的峰值电流LED驱动器系统的关断时间和峰值电流基准。用户可以仅仅需要设置目标平均电流。CPU 320可以不要求任何其他外部供应的参数。
图4描绘了根据本公开内容的示例的用于基于选定平均输出电流和测量的输入电压和负载电压来自动设置平均输出电流的电流控制器110的硬件逻辑单元420的功能框图。与图3的运行指令代码的通用处理硬件的示例相比，硬件逻辑单元420可以为ASIC、FPGA或任何其他类型的专用逻辑编码硬件。
图4描绘了根据本公开内容的另一示例的可以用作用于自动地设置目标峰值电流设置点和目标关断时间以实现目标平均输出电流的电流控制器的控制逻辑单元的FPGA420的功能框图。FPGA 420可以至少部分地实现如以上参考控制逻辑单元120、220和CPU320中的一个或多个描述的模拟功能。如图4所示，FPGA接收电感器电压471的测量值、输入电压474、电感值432、内部传播时间434、初始峰值电流基准441、以及目标平均电流422。与以上的对应描述类似地并且如图4所示，FPGA 420可以基于电感器电压471和输入电压474来确定正向负载电压472；基于电感器电压471、电感值432、以及内部传播时间434来确定过冲电流443；基于过冲电流443和初始峰值电流基准441来确定峰值电流445；基于峰值电流445和目标平均电流422(以及因数2)来确定目标纹波电流447和/或目标峰值电流设置点442；以及基于目标纹波电流447和/或目标峰值电流设置点442、电感值432、以及正向负载电压472来确定目标关断时间444。
图5描绘了根据本公开内容的示例的在被配置为自动地设置平均输出电流的控制逻辑单元的控制下的电流驱动器的脉冲密度调制(PDM)输出比特流信号图510、控制器输出开关信号(OSS)图520以及(例如，被输出到LED链的)输出电流图562的时序一致图形。图5示出了可以应用于在如以上所描述的控制逻辑单元120和220、CPU 320或FPGA 420中的任何的控制下的电流驱动器100或200的对应特征的示例电流。沿着时间轴，图5示意性地示出了初始电流接通时间502、初始关断时间504、初始峰值电流时间506(在传播延迟之后)、新接通信号时间507、以及初始波谷电流时间508。沿着输出电流图562的电流轴(y轴)，图5示出了目标平均电流值522、初始峰值电流值545以及目标峰值电流设置点542。如图5所示，电流驱动器供应在目标平均电流值522处的电流，并且具有随时间减少以实现目标峰值电流设置点542的纹波电流。随时间减少的纹波电流对应于也随时间减少的关断时间，对应于在稍后的关断时间512和稍后的接通时间514之间的值。电流控制器的控制逻辑可以因此以对亮度和颜色的精确控制、无可感知到的闪烁、以低纹波电流和高效率、并且以小的且低成本的设备来控制到例如LED链290的负载电流562。
图6描绘了图示了根据本公开内容的示例的用于基于测量的输入电压和测量的负载电压对选定平均输出电流的自动实现的方法600的流程图。方法600可以由控制逻辑单元120或220、CPU 320或FPGA 420执行并且可以导致电流驱动器输出具有目标平均电流并且具有低纹波电流的开关信号，如以上参考图1-5所描述的。
方法600包括接收针对电流驱动器的选定平均电流值(例如，接收目标平均电流值122、222、422、522的控制逻辑单元120、220、CPU 320、FPGA 420，和/或如在301中)(602)。方法600还包括确定针对电流驱动器的参数集(例如，如以上所描述的测量或确定输入电压、电感器电压、负载正向电压、电感值、和/或内部传播时间)(604)。方法600还包括生成到电流驱动器的输出以使得电流驱动器输出具有与选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号(例如，如以上所描述的生成针对目标峰值电流设置点、纹波电流、以及目标关断时间中的至少一个的输出)(606)。
以上描述的电路、设备和方法中的任何可以整体地或部分地被体现在各种类型的集成电路、芯片组、和/或其他设备中或通过其来执行，和/或被体现为由例如计算设备运行的软件。这可以包括由一个或多个微控制器、中央处理单元(CPU)、处理核心、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、由一个或多个底层的计算设备运行的虚拟设备、或硬件和/或软件的任何其他配置执行、运行或实现在其中的过程。
本公开内容的各个说明性方面可以被实现在编号为A1-A20的以下示例中：
A1.一种设备，被配置为：接收针对电流驱动器的选定平均电流值；确定针对所述电流驱动器的参数集；以及生成到电流驱动器的输出以使得所述电流驱动器输出具有与选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号。
A2.根据示例A1所述的设备，其中确定针对所述电流驱动器的所述参数集包括测量输入电压。
A3.根据示例A1-A2的任何组合所述的设备，其中确定针对所述电流驱动器的所述参数集包括测量电感器电压。
A4.根据示例A1-A3的任何组合所述的设备，其中确定针对所述电流驱动器的所述参数集包括基于测量的输入电压和测量的电感器电压来确定负载正向电压。
A5.根据示例A1-A4的任何组合所述的设备，其中确定针对所述电流驱动器的所述参数集包括确定电感。
A6.根据示例A1-A5的任何组合所述的设备，其中确定针对所述电流驱动器的所述参数集包括确定内部传播时间。
A7.根据示例A1-A6的任何组合所述的设备，其中生成到所述电流驱动器的所述输出包括生成目标关断时间。
A8.根据示例A1-A7的任何组合所述的设备，其中生成到所述电流驱动器的所述输出包括生成目标峰值电流设置点。
A9.根据示例A1-A8的任何组合所述的设备，其中生成到所述电流驱动器的所述输出包括：输出高于所述选定平均电流值的初始峰值电流基准；至少部分地基于初始峰值电流基准和初始电流过冲来确定峰值电流；以及至少部分地基于所述峰值电流和目标平均电流来确定目标纹波电流和目标峰值电流设置点中的一个。
A10.根据示例A1-A9的任何组合所述的设备，其中生成到所述电流驱动器的所述输出还包括：至少部分地基于电感器电压、电感以及传播时间来确定所述初始电流过冲。
A11.根据示例A1-A10的任何组合所述的设备，其中生成到所述电流驱动器的所述输出还包括：至少部分地基于以下各项来确定目标关断时间：所述目标纹波电流和所述目标峰值电流设置点中的至少一个；电感；以及负载正向电压。
A12.根据示例A1-A11的任何组合所述的设备，其中所述设备被集成在用于控制所述电流驱动器的微控制器中。
A13.根据示例A1-A12的任何组合所述的设备，其中所述设备被实现为被配置具有可执行软件指令的中央处理单元。
A14.根据示例A1-A13的任何组合所述的设备，其中所述设备被实现为被配置具有实现电路硬件的逻辑的专用集成电路(ASIC)。
A15.根据示例A1-A14的任何组合所述的设备，其中所述设备被实现为被配置具有实现电路硬件的逻辑的现场可编程门阵列(FPGA)。
A16.一种方法，包括：接收针对电流驱动器的选定平均电流值；确定针对所述电流驱动器的参数集；以及生成到所述电流驱动器的输出以使得所述电流驱动器输出具有与所述选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号。
A17.根据示例A16所述的方法，其中生成到所述电流驱动器的所述输出包括：输出高于所述选定平均电流值的初始峰值电流基准；至少部分地基于初始峰值电流基准和初始电流过冲来确定峰值电流；以及至少部分地基于所述峰值电流和目标平均电流来确定目标纹波电流和目标峰值电流设置点中的一个。
A18.根据示例A16-A17的任何组合所述的方法，其中生成到所述电流驱动器的所述输出还包括：至少部分地基于电感器电压、电感值以及传播时间来确定所述初始电流过冲。
A19.根据示例A16-A18的任何组合所述的方法，其中生成到所述电流驱动器的所述输出还包括：至少部分地基于以下各项来确定目标关断时间：所述目标纹波电流和所述目标峰值电流设置点中的至少一个；电感；以及负载正向电压。
A20.一种微控制器，包括：脉冲密度调制器；模拟比较器；电流控制电路，其具有连接到所述脉冲密度调制器的输出并且连接到所述模拟比较器的输出的输入；以及逻辑控制单元，其中所述逻辑控制单元被配置具有连接到所述模拟比较器的输入的峰值电流设置点输出，并且被配置具有连接到所述电流控制单元的所述输入的关断时间输出。
已经描述了各种示例。这些示例和其他示例在权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种用于自动调节未知输入和负载电压的设备，被配置为：
接收针对电流驱动器的选定平均电流值；
确定针对所述电流驱动器的参数集；以及
生成到所述电流驱动器的输出以使得所述电流驱动器输出具有与所述选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号，
其中，为了确定针对所述电流驱动器的所述参数集，所述设备被配置为基于测量的输入电压和测量的电感器电压来确定负载正向电压。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，为了确定针对所述电流驱动器的所述参数集，所述设备被配置为测量输入电压。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，为了确定针对所述电流驱动器的所述参数集，所述设备被配置为测量所述电感器电压。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，为了确定针对所述电流驱动器的所述参数集，所述设备被配置为确定电感。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，为了确定针对所述电流驱动器的所述参数集，所述设备被配置为确定内部传播时间。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，为了生成到所述电流驱动器的所述输出，所述设备被配置为生成目标关断时间。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，为了生成到所述电流驱动器的所述输出，所述设备被配置为生成目标峰值电流设置点。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，为了生成到所述电流驱动器的所述输出，所述设备被配置为：
输出高于所述选定平均电流值的初始峰值电流基准；
至少部分地基于初始峰值电流基准和初始电流过冲来确定峰值电流；以及
至少部分地基于所述峰值电流和目标平均电流来确定目标纹波电流和目标峰值电流设置点中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，为了生成到所述电流驱动器的所述输出，所述设备被配置为：
至少部分地基于所述电感器电压、电感以及传播时间来确定所述初始电流过冲。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，为了生成到所述电流驱动器的所述输出，所述设备被配置为：
至少部分地基于以下各项来确定目标关断时间：所述目标纹波电流和所述目标峰值电流设置点中的至少一个；电感；以及所述负载正向电压。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被集成在用于控制所述电流驱动器的微控制器中。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被实现为被配置具有可执行软件指令的中央处理单元。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被实现为被配置具有逻辑实现电路硬件的专用集成电路(ASIC)。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备被实现为被配置具有逻辑实现电路硬件的现场可编程门阵列(FPGA)。
15.一种自动调节未知输入和负载电压的方法，包括：
接收针对电流驱动器的选定平均电流值；
确定针对所述电流驱动器的参数集；以及
生成到所述电流驱动器的输出以使得所述电流驱动器输出具有与所述选定平均电流值相对应的平均电流的开关信号，其中生成到所述电流驱动器的所述输出包括：
输出高于所述选定平均电流值的初始峰值电流基准；
至少部分地基于初始峰值电流基准和初始电流过冲来确定峰值电流；以及
至少部分地基于所述峰值电流和目标平均电流来确定目标纹波电流和目标峰值电流设置点中的一个。
16.根据权利要求15所述的方法，其中生成到所述电流驱动器的所述输出还包括：
至少部分地基于电感器电压、电感以及传播时间来确定所述初始电流过冲。
17.根据权利要求15所述的方法，其中生成到所述电流驱动器的所述输出还包括：
至少部分地基于以下各项来确定目标关断时间：所述目标纹波电流和所述目标峰值电流设置点中的至少一个；电感；以及负载正向电压。
18.一种微控制器，包括：
脉冲密度调制器；
模拟比较器；
电流控制电路，具有连接到所述脉冲密度调制器的输出并且连接到所述模拟比较器的输出的输入；以及
逻辑控制单元，其中所述逻辑控制单元被配置具有连接到所述模拟比较器的输入的峰值电流设置点输出，并且被配置具有连接到所述电流控制单元的所述输入的关断时间输出。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9565731B2 (en) * 2015-05-01 2017-02-07 Lutron Electronics Co., Inc. Load control device for a light-emitting diode light source
EP3513627B1 (en) 2016-09-16 2022-09-07 Lutron Technology Company LLC Load control device for a light-emitting diode light source having different operating modes
US11239751B2 (en) * 2020-04-28 2022-02-01 KarmSolar DC-coupled hybrid energy system and method for converting DC voltages
EP4338275A1 (en) * 2021-06-29 2024-03-20 Tridonic GmbH & Co KG Power supply circuit, driver and controlling method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007046795A1 (en) 2005-10-17 2007-04-26 Acuity Brands, Inc. Constant lumen output control system
US8072163B2 (en) 2009-10-21 2011-12-06 General Electric Company Knowledge-based driver apparatus for high lumen maintenance and end-of-life adaptation
EP2529474A2 (en) 2010-01-26 2012-12-05 Nahorled Ltd Resonant fly-back power converter and led lighting unit powered therefrom
US8884551B2 (en) 2012-01-13 2014-11-11 Texas Instruments Incorporated Flyback switching regulator with primary side regulation
US9125250B1 (en) * 2012-04-17 2015-09-01 Universal Lighting Technologies, Inc. Constant current control based on indirect current sensing for critical conduction mode buck converter
DE102012008499A1 (de) 2012-04-26 2013-10-31 Tridonic Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Energieversorgung eines Leuchtmittels

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