CN109951916B - Dc-dc电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统 - Google Patents

Dc-dc电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明题为“DC‑DC电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统”。本申请涉及DC‑DC电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统。操作DC‑DC电源转换器的一种示例性方法包括：由照明微控制器命令电源转换器控制向经由电感器耦接到所述电源转换器的发光二极管(LED)提供的平均电流；由所述照明微控制器从所述电源转换器读取值；以及由所述照明控制器基于所述值来检测所述电源转换器的一种或多种失效模式。

Description

DC-DC电源转换器以及检测其失效模式的方法和系统
技术领域
本申请涉及电源转换器、特别是DC-DC电源转换器及检测其失效模式的技术领域。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月20日提交的名称为“LED Driver Buck DCDC ConvertorDiagnostic”(LED驱动器降压DCDC转换器诊断)的美国临时申请序列号62/608,434的权益。该临时申请以引用方式并入本文，如同在下面完全再现。
背景技术
出于多种原因，发光二极管(LED)对于照明系统的普及性日益增加。普及性增加的原因可包括向LED供应的每单位功率产生更大的光(与例如白炽灯泡进行比较)以及LED的可控性。LED的普及性增加对于汽车工业也是如此。在包括汽车工业的一些工业中，各种功能安全标准(例如，ISO26262)规定LED的驱动器电路能够检测和处理故障条件。例如，就汽车的前灯而言，功能安全系统需要不仅能够检测导致产生过少光的失效(例如，对驾驶员有危险)，而且能够检测导致产生过多光的失效(例如，对迎面而来的驾驶员有危险)。
发明内容
各种实施方案涉及DC-DC电源转换器以及检测DC-DC电源转换器的失效模式的方法和系统。至少一个示例性实施方案是操作DC-DC电源转换器的方法，该方法包括：由通信地耦接到电源转换器的照明微控制器来命令电源转换器控制向经由电感器耦接到电源转换器的发光二极管(LED)提供的平均电流；由照明微控制器从电源转换器读取值；以及由照明控制器基于这些值来检测电源转换器的一种或多种失效模式。
在该示例性方法中从电源转换器读取值可还包括读取电源转换器内实现的一个或多个寄存器，该读取通过耦接在照明微控制器和电源转换器之间的通信总线进行。读取所述一个或多个寄存器可包括通过串行外围接口(SPI)总线进行读取。
在该示例性方法中从电源转换器读取值可还包括：读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的值；读取指示电源转换器的输入电压的值；以及读取指示电源转换器的输出电压的值。检测一种或多种失效模式可还包括：由照明微控制器基于指示输入电压的值和指示输出电压的值来计算预期接通时间；如果指示接通时间的值与预期接通时间相差超过预定量，则由照明微控制器向外部设备发送失效的指示。
在该示例性方法中从电源转换器读取值可还包括由照明微控制器从电源转换器读取指示纹波电流的值。检测所述一种或多种失效模式可还包括：由照明微控制器基于电感器的电感来计算预期纹波电流；以及如果指示纹波电流的值与预期纹波电流相差超过预定阈值，则由照明控制器向外部设备发送失效的指示。
在该示例性方法中读取值以及检测一种或多种失效模式可还包括：由照明微控制器读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的第一值；随后由照明微控制器命令交换电源转换器内的两个电流源的作用；然后由照明微控制器读取指示电源开关的接通时间的第二值；以及如果指示接通时间的第一值与指示接通时间的第二值相差超过预定阈值，则由照明微控制器向外部设备发送失效的指示。
命令电源转换器控制平均电流可还包括将指示平均电流的值写入到电源转换器；并且电源转换器实现控制回路，从而以指示峰值电流的值的形式更新受控变量。在其他情况下，命令电源转换器控制平均电流可还包括将指示平均电流的值写入到电源转换器；将指示纹波电流的值写入到电源转换器；以及从电源转换器递归地读取指示接通时间的值，并且更新指示纹波电流的值，以控制到平衡的接通时间和断开时间。
又一个示例性实施方案是半导体器件，该半导体器件实现直流(DC)-DC电源转换器的驱动器以便驱动发光二极管(LED)，该半导体器件包括：具有栅极输入的电源开关；电流开关，该电流开关具有控制输入、第一开关引线和第二开关引线，该第一开关引线耦接到电源开关；调节控制器，该调节控制器耦接到电源开关的栅极输入和电流开关的控制输入；第一电流源，所述第一电流源具有控制输入；第二电流源，所述第二电流源具有控制输入；和电流交换区块，该电流交换区块耦接到第一电流源和第二电流源，该电流交换区块限定控制输入和多个区块引线以便在电流开关的第二开关引线和电源开关之间切换第一电流源和第二电流源，该电流交换区块的控制输入能够由半导体器件外部的控制设备控制。调节控制器被配置为从控制设备接收断开时间的指示，并且调节控制器被配置为在栅极输入上生成脉冲信号，其中脉冲信号的被解除断言的时间基于断开时间的指示，并且脉冲信号的被断言的时间基于平均电流的值指示。半导体器件被配置为使得指示向第一电流源或第二电流源的控制输入提供的纹波电流的值是DC-DC电源转换器的控制回路的控制变量。电流交换区块具有第一电流源耦接到电流开关且第二电流源耦接到电源开关的第一配置，并且电流交换区块具有第一电流源耦接到电源开关且第二电流源耦接到电流开关的第二配置。
示例性半导体器件可还包括：控制交换区块，该控制交换区块耦接到第一电流源的控制输入和第二电流源的控制输入，该控制交换区块限定控制输入和多个区块引线以便在第一电流交换区块和第二电流交换区块的控制输入之间切换指示平均电流的值和指示纹波电流的值，该控制交换区块的控制输入能够由半导体器件外部的控制设备控制。控制交换区块具有指示纹波电流的值耦接到第一电流源的控制输入且指示平均电流的值耦接到第二电流源的控制输入的第一配置，以及指示平均电流的值耦接到第一电流源的控制输入且指示纹波电流的值耦接到第二电流源的控制输入的第二配置。
示例性半导体器件可还包括：限定总线接口的总线控制器，该总线控制器被配置为通过该总线接口与控制设备进行通信；能够由总线控制器访问的平均电流寄存器，该平均电流寄存器被配置为保持指示平均电流的值，并且该平均电流寄存器耦接到控制交换区块的第一区块连接；能够由总线控制器访问并耦接到调节控制器的纹波电流寄存器，该纹波电流寄存器被配置为保持指示纹波电流的值，并且该纹波电流寄存器耦接到控制交换区块的第二区块连接；以及能够由总线控制器访问的交换命令寄存器，该交换命令寄存器耦接到电流交换区块的控制输入，并且该交换命令寄存器耦接到控制交换区块的控制输入。示例性半导体器件被配置为基于交换命令寄存器中的第一值来实现电流交换区块和控制交换区块的第一配置，并且被配置为基于交换命令寄存器中的第二值来实现电流交换区块和控制交换区块的第二配置。
示例性半导体器件的调节控制器可被配置为实现控制回路，该控制回路更新纹波电流寄存器中指示纹波电流的值以控制所产生的平均电流，从而驱动LED。或者，调节控制器可被配置为实现控制回路，该控制回路控制所产生的平均电流以驱动LED。
又一个示例性实施方案是用于操作发光二极管(LED)的系统，该系统包括：照明微控制器；通信地耦接到照明微控制器的电源转换器；经由电感器耦接到驱动器电路的LED。电源转换器可包括：具有栅极输入的电源开关，该电源开关经由电感器耦接到LED；电流开关，该电流开关具有控制输入、第一开关引线和第二开关引线，该第一开关引线耦接到电源开关；以及调节控制器，该调节控制器耦接到电源开关的栅极输入和电流开关的控制输入，该调节控制器被配置为从照明微控制器接收一个或多个命令以调节电源转换器的输出电流。调节控制器被配置为从照明微控制器接收断开时间的指示，并且调节控制器被配置为在栅极输入上生成脉冲信号，其中脉冲信号的被解除断言的时间基于断开时间的指示，并且脉冲信号的被断言的时间基于指示向第一电流源的控制输入提供的平均电流的值。电源转换器被配置为使得指示向第二电流源的控制输入提供的纹波电流的值是电源转换器的控制回路的控制变量。照明微控制器被配置为从电源转换器读取值并且基于来自电源转换器的值来检测电源转换器的一种或多种失效模式。
示例性系统的电源转换器可还包括：限定总线接口的总线控制器，该总线接口耦接到照明微控制器；以及能够由总线控制器访问的多个寄存器。由照明微控制器从电源转换器读取值还包括读取电源转换器内实现的一个或多个寄存器，该读取通过总线接口进行。该总线接口可为串行外围接口(SPI)总线。
示例性系统的电源转换器可还包括：具有模拟输入和数字输出的第一模数(A/D)转换器，该模拟输入耦接到电感器；耦接到数字输入且能够由总线控制器访问的输出电压寄存器，该输出电压寄存器被配置为保持指示输出电压的值；具有模拟输入和数字输出的第二模数(A/D)转换器，该第二A/D转换器的模拟输入耦接到供电电压；耦接到第二A/D转换器的数字输入且能够由总线控制器访问的输入电压寄存器，该输入电压寄存器被配置为保持指示输入电压的值；以及耦接到调节控制器且能够由总线控制器访问的接通时间寄存器，该接通时间寄存器被配置为保持指示脉冲信号的接通时间的值。当照明微控制器从电源转换器读取值时，照明微控制器被配置为读取指示输出电压的值、指示输入电压的值以及指示脉冲信号的接通时间的值。并且当照明微控制器检测一种或多种失效模式时，照明微控制器被配置为：基于指示输入电压的值和指示输出电压的值来计算预期接通时间；并且如果指示接通时间的值与预期接通时间相差超过预定量，则向外部设备发送失效的指示。
示例性系统的电源转换器可还包括能够由总线控制器访问且耦接到调节控制器的纹波电流寄存器，该纹波电流寄存器被配置为保持指示纹波电流的值。当照明微控制器从电源转换器读取时，照明微控制器被配置为读取指示纹波电流的值。并且当照明微控制器检测一种或多种失效模式时，照明微控制器被配置为：基于电感器的电感来计算预期纹波电流；并且如果指示纹波电流的值与预期纹波电流相差超过预定阈值，则向外部设备发送失效的指示。
示例性系统的电源转换器可还包括：具有主晶体管和基准晶体管的电源开关，该主晶体管经由电感器耦接到LED；具有第一比较器输入、第二比较器输入和比较器输出的比较器，该第一比较器输入耦接到主晶体管并且该第二比较器输入耦接到基准晶体管；第一电流源，所述第一电流源具有控制输入；第二电流源，所述第二电流源具有控制输入；限定控制输入、第一区块引线、第二区块引线、第三区块引线和第四区块引线的电流交换区块，该第一区块引线耦接到电流开关的第二开关引线，并且该第二区块引线连接到第二比较器输入；耦接到第三区块引线的第一电流源；耦接到第四区块引线的第二电流源；耦接到调节控制器且能够由总线控制器访问的接通时间寄存器，该接通时间寄存器被配置为保持指示脉冲信号的接通时间的值；能够由总线控制器访问且耦接到电流交换区块的控制输入的控制寄存器；电流交换区块具有第一电流源耦接到电流开关且第二电流源耦接到第二比较器输入的第一配置，并且电流交换区块具有第一电流源耦接到第二比较器输入且第二电流源耦接到电流开关的第二配置。当照明微控制器读取值并且检测一种或多种失效模式时，照明微控制器进一步被配置为：读取指示脉冲信号的接通时间的第一值；随后通过写入控制寄存器来命令电流源的作用的交换；然后读取指示脉冲信号的接通时间的第二值；并且如果指示接通时间的第一值与指示接通时间的第二值相差超过预定阈值，则向外部设备发送失效的指示。
示例性系统的调节控制器可进一步被配置为实现控制回路，该控制回路更新指示纹波电流的值以控制所产生的平均电流，从而驱动LED。
附图说明
为了详细描述示例性实施方案，现在将参照附图，在附图中：
图1示出了根据至少一些实施方案的用于操作LED的系统的框图；
图2示出了根据至少一些实施方案的电源转换器的电路框图；
图3示出了根据至少一些实施方案的时序图；
图4示出了根据至少一些实施方案的方法；
图5示出了根据至少一些实施方案的方法；
图6示出了根据至少一些实施方案的方法；并且
图7示出了根据至少一些实施方案的方法。
定义
各种术语用于表示特定系统部件。不同公司可用不同名称表示一种部件–本文献并非意于在名称不同而功能相同的部件之间作出区分。在下面的讨论中以及在权利要求书中，术语“包括”和“包含”以开放形式使用，并且因此，这些术语应被解释成意指“包括但不限于…”。另外，术语“耦合”或“耦接”意指间接或直接的连接。因此，如果第一设备耦接到第二设备，则该连接可通过直接连接或通过经由其他设备和连接的间接连接进行。
术语“输入”和“输出”在用作名词时是指连接(例如，电连接、软件连接)，不应被解读为需要动作的动词。例如，衬底上的定时器电路可限定时钟输出。示例性定时器电路可在时钟输出上形成或驱动时钟信号。在直接在硬件中(例如，半导体衬底上)实现的系统中，这些“输入”和“输出”限定电连接。在软件中实现的系统中，这些“输入”和“输出”限定分别由实现功能的指令读取或写入的参数。
“引线”在用作名词时是指连接(例如，电连接、软件连接)，不应被解读为需要动作的动词。例如，单刀单掷开关限定第一引线和第二引线。又如，双刀双掷开关限定四个引线。
“控制器”应意指被配置为读取信号并响应于此类信号而采取控制动作的衬底上的单独电路部件、衬底上构造的专用集成电路(ASIC)、衬底上构造的微控制器(其中控制软件存储在衬底之上或之外)或它们的组合。
具体实施方式
以下讨论涉及本发明的各种实施方案。虽然这些实施方案中的一个或多个可能是优选的，但所公开的实施方案不应解释为或以其他方式用来限制包括权利要求书在内的本公开的范围。另外，本领域技术人员应当理解，以下描述具有广泛应用，并且对任何实施方案的讨论仅意指该实施方案的示例，而并非旨在表示包括权利要求书在内的本公开的范围限于该实施方案。
各种实施方案涉及检测直流(DC)-DC电源转换器的失效模式的方法和系统。更具体地讲，示例性实施方案涉及包括照明微控制器的系统，该照明微控制器通信地耦接到降压型DC-DC电源转换器，从而执行平均电流控制，其中电源转换器经由电感器来驱动一个或多个LED。照明微控制器以及一些情况下的电源转换器被设计和构造成检测电源转换器和相关电路的一种或多种失效模式。例如，该系统可检测失效模式，诸如：电源转换器内的一个或多个定时器的失效；作为电源转换器内的交换区块实现的控制开关或开关组的失效；与电源转换器内的主开关晶体管相关联的感测晶体管的相关失效；电源转换器内的主晶体管的失效；使用电源转换器实现的一个或多个数模(D/A)转换器的失效；以及电感器的电感的非预期变化。本说明书首先转到示例性系统的高层描述。
图1示出了根据至少一些实施方案的用于操作LED的系统的框图。具体地讲，图1示出了示例性系统100，该系统可为汽车照明系统或家用照明系统，仅举几个例子。示例性系统100包括照明微控制器102。照明微控制器102可与其他设备进行通信，并且实现系统(例如，汽车、家庭)内许多LED的总体照明控制策略。示例性照明微控制器102经由通信信道106通信地耦接到电源转换器104。通信信道106可采取许多形式。在一些情况下，通信信道可为多个导体，可通过所述多个导体在照明微控制器102和电源转换器104之间交换模拟和/或布尔信号。在其他情况下，通信信道可为并行或串行通信总线。在一个具体实施方案中，通信信道106是串行外围接口(SPI)总线，但可使用其他总线系统和协议(例如，I2C总线、通用串行总线(USB))。
示例性系统中的电源转换器104是驱动器电路，其被设计和构造成将一个DC电压下的功率转换为另一个DC电压。在示例性系统中，电源转换器104将功率从电压源VDC转换为较低电压(基于下文所讨论的附加电路)，因此可称为降压型DC-DC电源转换器。由半导体衬底上构造的各种电路(下文更详细讨论)实现电源转换器104的功能。半导体衬底可以以任何合适的形式诸如16引脚双列直插式封装件(DIP)来封装。可等同地使用其他封装配置。
电源转换器104经由电感器110耦接到LED 108。具体地讲，电源转换器104耦接到电感器110的第一引线，并且电感器110的第二引线耦接到LED 108(示例性地示出为串联耦接的三个LED，但可使用任何电配置的一个或多个LED)。由于示例性系统作为开关电源转换器操作，因此在该操作的一些部分期间，电源转换器104不向电感器110提供电流(例如，当流过电感器110的电流放电时)。在电感器110放电的时间段期间，耦接在电感器的第一引线与接地端或公共端之间的续流二极管112为电感器110电流提供传导路径。在其他情况下，同步整流器(例如，操作性地控制的场效应晶体管(FET))可用于代替续流二极管112。电路部件可还包括平滑电容器114以对向LED 108提供的输出电压进行平滑处理。
示例性系统100可使用单独物理位置中的各种部件实现。例如，在汽车系统中，照明微控制器102可位于汽车的驾驶室内，而电源转换器104可位于发动机舱中，并且LED 108被设置为汽车的前灯或雾灯。在其他情况下，示例性系统100可全部或部分耦接在底层印刷电路板(PCB)上。如图1所示，照明微控制器102、电源转换器104和各种电路部件(例如，续流二极管112、电感器110和平滑电容器114)可位于单个PCB 116上，其中LED 108被设置在其他地方。或者，LED 108也可设置在PCB 116上(如图1的PCB 116的虚线延伸部所示)。
因此电源转换器104具有耦接到电压源VDC的VDC输入118。电源转换器104还具有开关节点120，该开关节点耦接到续流二极管112与电感器110之间的节点。电源转换器104可任选地包括电压感测输入122，该电压感测输入耦接到电感器的第二引线(即，耦接到向LED108提供的感测电压)。如上所提及，根据示例性实施方案，照明微控制器102从电源转换器104读取各种值，并且在一些情况下可命令电源转换器104内的某些动作(这些动作将在下文更详细讨论)。基于该读取和/或命令，照明微控制器102可检测电源转换器104和相关设备(例如，电感器110)的一种或多种失效模式。为了描述检测这些失效模式，本说明书现在转到电源转换器104的更详细描述。
图2示出了根据至少一些实施方案的电源转换器104的电路框图。具体地讲，图2示出了电源转换器104包括半导体衬底200，在该半导体衬底上构造了电源转换器104的各种电路和控制器。示例性系统包括限定总线接口204的总线控制器202，总线控制器202被配置为通过该总线接口与其他设备诸如照明微控制器102(图1)进行通信。示例性系统还包括能够由总线控制器202访问的多个寄存器206。即，总线控制器202和因此的照明微控制器102可读取和/或写入所述多个寄存器206，作为控制电源转换器104以及实现检测电源转换器104的一种或多种失效模式的能力两者的一部分。
对于图2的示例性系统而言，在所述多个寄存器中实现八个寄存器。一个示例性寄存器是感测增益寄存器208。在示例性系统中，电源开关210实现感测或基准晶体管(下文更详细讨论)，其Ron电阻比主晶体管(也在下文更详细讨论)要高已知的量，使得流过基准晶体管的基准电流形成与主晶体管基本上相同的电压。感测增益寄存器208可保持指示基准晶体管相对于主晶体管的电流的关系或比率的值。寄存器可还包括能够由总线控制器202访问的断开时间寄存器212。断开时间寄存器212被配置为保持指示向电源开关210施加的脉冲信号的断开时间的值。可实现纹波电流寄存器214，并且其能够由总线控制器202访问。纹波电流寄存器214被配置为保持指示纹波电流的值，该值最初可由照明微控制器102经由总线接口204写入；然而，纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值变成电源转换器104的控制回路的控制变量。可实现接通时间寄存器216，并且其能够由总线控制器202访问。接通时间寄存器216被配置为在向电源开关210施加的脉冲信号的最近被断言的循环上保持指示向电源开关210施加的脉冲信号的接通时间的值。可实现输入电压寄存器218，并且其能够由总线控制器202访问。输入电压寄存器218被配置为保持指示向电源转换器104提供的输入电压VDC的值。可实现输出电压寄存器220，并且其能够由总线控制器202访问。输出电压寄存器220被配置为保持指示电源转换器104的输出电压的值。可实现控制寄存器222，并且其能够由总线控制器202访问。控制寄存器222中的多位字控制电源转换器104内的各种双刀双掷开关(下文将更详细讨论)的状态。最后，可实现平均电流寄存器224，并且其能够由总线控制器202访问。平均电流寄存器224被配置为保持指示由电源转换器104提供的平均电流的值。在示例性系统中，指示平均电流的值是电源转换器104的控制回路的设定点。
电源转换器104包括电源开关210。电源开关210限定栅极输入226。具体地讲，电源开关210包括主晶体管228，该主晶体管具有经由VDC输入118耦接到VDC的其漏极，并且具有经由开关节点120和电感器110耦接到LED 108的其源极。电源开关210还包括基准晶体管230，该基准晶体管同样具有耦接到VDC的其漏极。在示例性系统中，当栅极输入226被断言时，主晶体管228和基准晶体管230两者使电流能够从漏极流动到源极。如下文将更详细描述，通过基准晶体管230汲取已知的基准电流，其形成与主晶体管230成比例或基本上相同的电压。在一些系统中，主晶体管228与基准晶体管2228之间的电流比率可为可设定的或可调节的，并且在此类系统中，该电流比率(1:X)受到写入到感测增益寄存器208的值的控制，其中感测增益寄存器208耦接到电源开关210的控制输入232。
仍然参见图2，示例性电源转换器104还包括调节控制器234。调节控制器234产生电源转换器104内使用的控制信号，并且在一些情况下，调节控制器234实现控制回路(例如，比例积分微分(PID)控制器239)以控制电源转换器所产生的平均电流。因此，调节控制器234耦接到电源开关210的栅极输入226。调节控制器234被配置为从照明微控制器102接收断开时间的指示。在示例性系统中，从耦接到调节控制器234的断开时间寄存器212接收断开时间的指示。调节控制器234被配置为在电源开关210的栅极输入226上生成脉冲信号，其中脉冲信号的被解除断言的时间基于断开时间的指示，并且脉冲信号的被断言的时间基于保持在平均电流寄存器224中的指示平均电流的值以及保持在纹波电流寄存器214中的指示纹波电流的最新值。如图2所示，平均电流寄存器224不直接耦接到调节控制器234。指示断开时间的值、指示平均电流的值和脉冲信号之间的控制关系将在介绍其他电源转换器104电路部件之后更详细讨论。
示例性电源转换器104还包括比较器236，该比较器具有第一比较器输入238、第二比较器输入240和比较器输出242。第一比较器输入238耦接到主晶体管228的源极，并且第二比较器输入240耦接到基准晶体管230的源极。比较器输出242耦接到调节控制器234。示例性系统还包括电流开关244，该电流开关具有控制输入250、第一开关引线246和第二开关引线248。第一开关引线246耦接到基准晶体管230的源极(和第二比较器输入240)。电流开关244的控制输入250耦接到调节控制器234，特别是调节控制器234内的开关控制器252。
示例性电源转换器104还包括称为电流交换区块254的双刀双掷开关。电流交换区块254限定控制输入256、第一区块引线258、第二区块引线260、第三区块引线262和第四区块引线264。第一区块引线258耦接到电流开关244的第二开关引线。第二区块引线260耦接到第二比较器输入240。可从半导体器件外部的控制设备访问控制输入256。在所示的示例性系统中，控制输入256耦接到控制寄存器222，因此电流交换区块254基于控制寄存器222中所保持的控制字(例如，照明微控制器102所写入的控制字)来改变开关位置。
示例性系统还包括耦接到第三区块引线262的电流源266。电流源266具有控制输入268，该控制输入设定流过电流源266的受控电流。该系统还包括耦接到第四区块引线264的第二电流源270。电流源270具有控制输入272，该控制输入设定流过电流源270的受控电流。现在已介绍了电流源266和270，本说明书可阐述电流交换区块254的配置。具体地讲，电流交换区块254具有第一配置(明确示出)，在该第一配置中，电流源266耦接到电流开关244，并且电流源270耦接到第二比较器输入240。电流交换区块254具有第二配置(当响应于控制寄存器222中的控制字的变化而发生“掷刀”时会出现)，在该第二配置中，电流源266耦接到第二比较器输入240，并且电流源270耦接到电流开关244。如下文将更详细讨论，这两种可控配置可有助于隔离电源转换器104内的失效模式，特别是电流源之一的失效。
示例性系统还包括称为控制交换区块274的另一个双刀双掷开关。控制交换区块274限定控制输入276、第一区块连接278、第二区块连接280、第三区块连接282和第四区块连接284。涉及控制交换区块274的术语“连接”可等同地陈述为“引线”，但“连接”用于减少这些区块连接与电流交换区块254的那些连接的可能混淆。可从半导体器件外部的控制设备访问控制交换区块274的控制输入276。在所示的示例性系统中，控制输入276耦接到控制寄存器222，因此控制交换区块274基于控制寄存器222中所保持的控制字(例如，照明微控制器102所写入的控制字)来改变开关位置。第一区块连接278耦接到指示平均电流的值，特别是耦接到平均电流寄存器224。第二区块连接280耦接到指示纹波电流的值，特别是耦接到纹波电流寄存器214。第三区块连接282耦接到第一电流源266的控制输入268。第四区块连接284耦接到第二电流源270的控制输入276。控制交换区块274具有第一配置(明确示出)，在该第一配置中，指示纹波电流的值耦接到电流源266的控制输入268，并且指示平均电流的值耦接到电流源270的控制输入272。控制交换区块274具有第二配置(当响应于控制寄存器222中的控制字的变化而发生“掷刀”时会出现)，在该第二配置中，指示平均电流的值耦接到电流源266的控制输入268，并且指示纹波电流的值耦接到电流源270的控制输入272。
仍然参见图2，示例性电源转换器104还包括具有模拟输入290和数字输出292的模数(A/D)转换器288。模拟输入290耦接到VDC(如气泡“B”所示)。数字输出292耦接到输入电压寄存器218。因此A/D转换器288用向电源转换器104提供的输入电压连续地更新输入电压寄存器218。示例性电源转换器104还包括具有模拟输入296和数字输出298的A/D转换器294。模拟输入296耦接到转换器的输出电压，更具体地讲，电感器110与LED 108之间的节点(如气泡“C”所示)。数字输出298耦接到输出电压寄存器220。因此A/D转换器294用电源转换器104所提供的输出电压连续地更新输出电压寄存器220。
示例性电源转换器104作为平均电流控制器操作，诸如共同拥有的名称为“Apparatus,Systems And Methods For Average Current Control In ABuck DC/DC LEDDriver”(用于降压DC/DC LED驱动器中的平均电流控制的装置、系统和方法)的美国专利No.9,887,614中所述，该专利以引用方式并入本文，如同在下面完全再现。本说明书以平均电流控制器的形式描述了设置和操作以形成对系统100(图1)可检测到的失效模式的理解。具体地讲，照明微控制器102(图1)最初向系统所使用的所述多个寄存器206提供特定信息。例如，照明微控制器102可向感测增益寄存器208中写入指示主晶体管228和基准晶体管230的电流比率的值，使得电源开关210实现所需比率。接下来，对于特定系统设置(例如，电感器的所选电感及预期输出电压)而言，向主开关提供的脉冲信号的断开时间是恒定的，因此照明微控制器102可向断开时间寄存器212中写入指示断开时间的值。指示断开时间的值耦接到断开定时器235，该断开定时器向脉冲驱动器237提供定时器信号。在一些实施方案中，断开定时器235所生成的断开时间可与VLED(例如，转换器的输出上的电压，标记为“C”)成反比，以便在输出电压变化时保持纹波恒定。在操作中，脉冲驱动器237将脉冲信号驱动到栅极输入226，并且脉冲信号的被解除断言的时间是恒定的且由断开定时器235(及因此断开时间寄存器212中指示断开时间的值)设定。照明微控制器102可还将初始值写入到纹波电流寄存器214中。然而，如上所指出，纹波电流寄存器214中所保持的值是控制平均电流的控制回路内的控制变量，因此纹波电流寄存器214内的值在操作期间改变。在一个示例性系统中，一旦电源转换器104是操作性的，PID控制器239(示例性地示出为在调节控制器234内)就连续地更新纹波电流寄存器214中的值，作为平均电流的闭环控制的一部分。
照明微控制器102可还向平均电流寄存器224中写入指示平均电流的值，该值实际上是电源转换器104所实现的控制的设定点。最后，照明微控制器102向控制寄存器222写入值，该值设定电流交换区块254和控制交换区块274的相应配置。应当注意，电流交换区块254和控制交换区块274被实现为帮助检测电源转换器104的失效模式，并且不在电源转换器104所实现的循环间操作中发挥作用。因此，如图2中明确示出，电流源266因此产生与纹波电流相关的电流，并且电流源270因此产生与平均电流相关的电流，并且这两个电流源在设定向电源开关210的栅极输入226提供的脉冲信号的接通时间中发挥作用(通过比较器236的操作，下文将更详细讨论)。
图3示出了根据至少一些实施方案的时序图。具体地讲，曲线图300示出了随时间变化的电感器电流，特别是经过约1.5个切换周期的电感器电流。应当注意，未在示例性电源转换器104中实际测量电感器电流，而是出于解释的目的来提供该曲线图。曲线图302示出了随时间变化的流过主晶体管228的电流。曲线图304示出了该系统内的多个示例性布尔信号，具体地示出了向电源开关210的栅极输入226提供的脉冲信号306、向电流开关244的控制输入250提供的开关信号308、以及比较器236所形成的比较信号310。
同时参见图2和图3(具体地曲线图300和304)，在断开定时器235到期(时间320)时，脉冲驱动器237断言脉冲信号306。因此电源开关210被激活，并且流过电感器的电流开始上升，如曲线图300中所示。在表示为tON的有限时间量之后，流过电感器的电流达到曲线图300中表示为IMAX的峰值。当电感器电流在时间322达到IMAX时，脉冲信号306被解除断言(即，电源开关210变为不导通)，并且断开定时器235被触发，迫使进入下一固定断开时间(在图3中表示为tOFF)。对于恒定输入电压和恒定输出电压而言，当向LED提供稳态电流时，接通时间tON和断开时间tOFF应为恒定的。然而，变化的物理条件(例如，外部温度、LED 108的温度、操作中的LED 108的数量、输入电压)可能需要电源转换器104的操作变化以便保持设定点平均电流。例如，环境温度波动可改变电感器110的有效电感。环境温度波动可改变LED的接线的阻抗。输入电压可改变。为了提供设定点平均电流，电源转换器通过调节IMAX电平来控制tON时间。
接通时间tON可在概念上分成第一周期t1和第二周期t2，如图3所示。第一周期t1在脉冲信号306被断言且电源开关210变为导通时开始，并且第一周期在流过电感器的电流达到中点电流318时结束。第二周期t2在流过电感器的电流达到中点电流318时开始，并且在电流在时间322达到峰值电流IMAX时结束。当第一周期t1的时间长度匹配第二周期t2的时间长度时，在数学上算出中点电流318是向LED 108提供的平均电流IAVG。因此电源转换器104监测第一周期t1的长度和第二周期t2的长度，并且调节该系统以在稳态操作中使t1匹配t2。
如上所提及，纹波电流是通过调制来控制设定点平均电流的受控变量。纹波电流、IAVG电流和IMAX电流之间的关系在曲线图300中示出。具体地讲，在稳态操作中，峰间电流值是纹波电流的两倍(即，2*IRIP)，如图所示。由此，纹波电流与IMAX之间的关系是IMAX等于IAVG加IRIP。于是从概念上讲，在接通时间tON周期中t1不等于t2的瞬变循环期间，系统100调节纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值，试图以此迫使t1在下一循环中等于t2。例如，如果t1在脉冲信号的第一循环中大于t2，则增加指示纹波电流的值(即，增加IMAX)，试图以此在脉冲信号的下一循环中延长t2。相反地，如果t1在脉冲信号的第一循环中小于t2，则减小指示纹波电流的值(即，减小IMAX)，试图以此在下一循环中缩短t2。
在转到由电源转换器104测量t1和t2的示例性实施方式之前，暂时将注意力转到曲线图302。同样，曲线图302示出了流过主晶体管228的电流。当脉冲信号306被断言时，基准晶体管230和主晶体管228两者均变为导通。由于系统100内的寄生电容，最初可存在流过主晶体管228的高浪涌电流，在一些情况下该浪涌电流甚至可超过预期平均电流IAVG。浪涌电流并不真实指示电感器电流(如曲线图300所示)，因此为了避免比较器236的错误指示，示例性系统实现消隐时间tBLANK。
根据示例性实施方案，由电源转换器利用比较器236、电流开关244及电流源266和270的组合来测量接通时间tON。具体地讲，在周期t1期间，电流开关244断开或不导通。因此，在这两个电流源266和270之中，仅第二电流源270耦接到第二比较器输入240，并且如图2所示，电流源270驱动与平均电流寄存器224中所保持的指示平均电流的值(即，设定点平均电流)成比例的电流。因此比较器236将主晶体管228的源极上的电压(该电压与流过主晶体管228的电流成比例)与基准晶体管230的源极上的电压(电流源270所固定的电压)进行比较。当这些电压相交(指示已达到IAVG)时，比较器236断言比较器输出242，如比较信号310所示。一旦比较信号310被断言，调节控制器234就断言电流开关244的控制输入250，从而闭合电流开关244或使之导通。
电流开关244的闭合将第一电流源266切换成耦接到第二比较器输入240的电路。因此比较器输出242上的比较信号310再次被解除断言，并且比较器236继续将主晶体管228的源极上的电压与基准晶体管230的源极上的电压(电流源266和270所固定的电压)进行比较。当这些电压相交(指示已达到IMAX)时，比较器236再次断言比较器输出242，如比较信号310所示。比较信号310的第二断言标志着tON周期的结束和tOFF周期的开始。然而，出于控制的目的，由调节控制器234将时间t1测量为脉冲信号306的断言(或等同地，断开定时器的到期)与比较信号310的第一断言之间的时间。由比较信号310的第一断言与第二断言之间的时间来测量时间t2。
在一些示例性系统中，PID控制器239接收时间周期t1和t2的指示，并且根据平衡t1和t2的需要对纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值进行调节，并因此提供设定点平均电流。然而，在其他情况下，电源转换器104外部的设备(诸如照明微控制器102)可从所述多个寄存器206读取各种值，并且实现控制回路方面。例如，照明微控制器102可：将指示平均电流的值写入到电源转换器；将指示纹波电流的值写入到电源转换器；并且递归地读取指示t1和t2的值(在未明确示出的t1和t2的寄存器中)。更具体地讲，在控制回路位于电源转换器104外部的一个示例性系统中，开关控制器252可将指示t1的值和指示t2的值写入到一个或多个寄存器。因此照明微控制器102可通过总线接口204从接通时间寄存器216读取指示t1和t2的值，然后将指示纹波电流的更新值写入到纹波电流寄存器214以在下一切换循环中控制IMAX电流。在控制回路位于电源转换器104外部的另一个实施方案中，开关控制器252可将指示t1与t2比较的状态写入到接通时间寄存器216中(例如，所测量的接通时间以外的一位值)。
本说明书现在转到检测电源转换器104及在一些情况下更广泛的系统100的失效模式。示例性系统执行三次高层检查以检测失效模式。每次检查的结果确定已在系统的一组部件之一中发生失效，但这些系统和方法可能无法将该失效限定于具体部件。考虑到这些想法，本说明书转到与接通时间tON相关的第一高层检查。
返回图2，第一示例性高层检查被设计成检测断开定时器235的失效或电流开关244的失效。具体地讲，在示例性系统中，照明微控制器102从电源转换器104读取多个值，并且在给出系统100的各种参数的情况下，根据这些值确定tON时间是否匹配预期tON时间。即，对于特定系统而言，接通时间tON根据以下方程来与输入电压、输出电压和常数关联：
Figure BDA0001867733500000171
其中KToff是对于断开时间寄存器212的给定设置的常数，假定所生成的TOFF与Vled(节点C)成反比，VIN是输入电压(即，VDC)，并且VOUT是输出电压。因此，在示例性系统中，照明微控制器102读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的值，特别是通过总线接口204读取接通时间寄存器216。照明微控制器102读取指示电源转换器的输入电压的值，特别是通过总线接口204读取输入电压寄存器218。照明微控制器102读取指示电源转换器的输出电压的值，特别是通过总线接口204读取输出电压寄存器220。利用所收集的信息，照明微控制器102基于指示输入电压的值和指示输出电压的值来计算预期接通时间。然后如果指示接通时间的值与预期接通时间相差超过预定量，则照明微控制器102可向外部设备(例如，汽车主系统控制器)发送失效的指示。
指示接通时间的值与预期接通时间相差超过预定量可指示断开定时器235已失效并且提供错误的断开时间。即，当系统尝试调节到设定点平均电流时，断开定时器235的失效自身体现为错误的接通时间tON。同样，指示接通时间的值与预期接通时间相差超过预定量可指示电流开关244已失效。即，电流开关244的失效自身体现为错误的接通时间tON，并且实际上在一些情况下控制回路尝试调节到设定点平均电流将无法做到这点(称为调节失效)。
第二示例性高层检查被设计成检测大量设备/系统的失效，诸如：电源开关210的感测比率的失效；电感器110的电感的非预期变化；其控制输入耦接到纹波电流寄存器214的电流源的失效；电流源266和270将其用作产生它们的相应电流的基准的电流基准265的失效；断开定时器235的失效；以及电流交换区块254和/或控制交换区块274的失效。具体地讲，在示例性系统中，照明微控制器102从电源转换器104读取指示纹波电流的值，并且根据该值确定系统内的纹波电流是否匹配预期纹波电流。即，对于特定系统而言，纹波电流根据以下方程来与常数和电感关联：
Figure BDA0001867733500000181
其中IRIP是纹波电流，并且L是电感器的电感。因此，在示例性系统中，照明微控制器102从电源转换器读取指示纹波电流的值，特别是读取纹波电流寄存器214。利用来自寄存器的指示纹波电流的值，照明微控制器基于电感器的电感(组装在系统中的电感器的标称电感存储于微控制器存储器中)来计算预期纹波电流。然后如果指示纹波电流的值与预期纹波电流相差超过预定阈值，则照明微控制器102可向外部设备(例如，汽车主系统控制器)发送失效的指示。
指示纹波电流的值与预期纹波电流相差超过预定量可指示此前所列出的任何部件的失效。即，电源开关210的感测比率的失效可导致电源转换器104达到被认为是提供设定点平均电流的稳态操作。然而，由于感测比率的示例性失效，流向LED 108的实际平均电流更高或更低。虽然纹波电流的幅值可为正确的，但峰值电流将分别更高或更低，因此指示纹波电流的值将对应地更高或更低(因为基于指示纹波电流的值确定的IMAX将对应地更高或更低)。同样，电感器110的电感的非预期下降(例如，电感器壳体破裂所引起)可导致电源转换器104达到提供设定点平均电流的稳态操作；然而，由于电感的下降，将需要更高的IMAX电流才能实现IAVG。由此，纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值的形式的受控变量将对应地更高。
类似地，其控制输入耦接到纹波电流寄存器214的电流源的失效或部分失效改变了电源转换器104转变为断开时间的点。在该失效的一些情况(例如，完全失效)下，电源转换器104可经历调节误差。在其他情况(例如，部分失效)下，电源转换器104可达到提供设定点平均电流的稳态操作，但由于该失效，纹波电流寄存器中指示纹波电流的值可与预期值显著不同。相关失效(电流源266和270将其用作产生它们的相应电流的基准的电流基准265的失效)自身类似地体现。
根据失效模式的不同，断开定时器235的失效也可自身体现为非预期纹波电流(还体现为非预期或错误接通时间tON)。最后，电流交换区块254的失效可自身体现为非预期纹波电流。例如，电流源266或270之一变为电断开或耦接到相同点将产生非预期纹波电流(如果电源转换器104可完全控制输出电流的话)。
第三示例性高层检查被设计成检测电流源266和270的失效。从识别角度看，第三示例性检查与第一示例性高层检查相关，并且还依赖于电流交换区块254和控制交换区块274的操作。具体地讲，考虑图2的电源转换器104，其中电流交换区块254和控制交换区块274提供电连接(如该图所示)并且电源转换器104处于稳态操作。假定电感器110和LED 108提供了恒定VDC和恒定阻抗，纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值将相对恒定，并且接通时间寄存器216中指示接通时间的值同样将相对恒定。然而，如上所指出，即使在存在与电流源266和270相关联的一些失效模式的情况下，也可能达到稳态操作。第三示例性高层检查涉及交换电流源266和270的作用，然后监测电源转换器104的操作的非预期变化。
第三示例性高层检查可首先涉及由照明微控制器102读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的第一值，并且更具体地讲，通过总线接口读取接通时间寄存器216。随后照明微控制器102命令电源转换器内的两个电流源的作用的交换。在图2所示的示例性电源转换器104中，两个电流源266和270的作用的交换可涉及由照明微控制器102通过总线接口204将值写入到控制寄存器222。耦接到电流交换区块254和控制交换区块274的控制输入256和276的所写入的值触发这些区块中的开关的变化或位置或“掷刀”。结果(未在图2中明确示出)是电流源266直接耦接到第二比较器输入240，并且电流源270直接耦接到电流开关244的第二引线。类似地，基于控制交换区块274的操作，纹波电流寄存器214耦接到电流源270的控制输入272，并且平均电流寄存器224耦接到电流源266的控制输入268。
如果电流源266和270正常操作，则作用的交换应不引起接通时间tON或纹波电流寄存器214中的受控变量的明显变化。另一方面，如果一个或两个电流源266或270已以某种形式失效，则当控制回路再次尝试修改纹波电流寄存器214中的值以实现稳态操作时，作用的交换将引起tON和纹波电流寄存器214中的受控变量中的至少一者的变化。因此，照明微控制器102在命令该交换之后读取指示电源开关的接通时间的第二值，并且更具体地讲，再次读取接通时间寄存器中指示接通时间的值。然后如果指示接通时间的第一值(即，作用交换之前的值)与指示接通时间的第二值(即，作用交换之后的值)相差超过预定阈值，则照明微控制器102向外部设备发送失效的指示。
图4示出了根据至少一些实施方案的方法。即，在包括通信地耦接到经由电感器耦接到LED的直流DC-DC电源转换器的照明微控制器的系统中，示例性方法可开始(方框400)，并且可包括：由照明微控制器命令电源转换器控制向LED提供的平均电流(方框402)；由照明微控制器从电源转换器读取值(方框404)；并且由照明控制器基于这些值来检测电源转换器的一种或多种失效模式(方框406)。随后，该方法可结束(方框408)。
图5示出了根据至少一些实施方案的方法。具体地讲，图5的方法是图4的方法，并且其中读取方法步骤还包括：读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的值(方框500)；读取指示电源转换器的输入电压的值(方框502)；并且读取指示电源转换器的输出电压的值(方框504)。在图5的示例性方法中，检测方法步骤还包括：基于指示输入电压的值和指示输出电压的值来计算预期接通时间(方框506)；并且如果指示接通时间的值与预期接通时间相差超过预定量，则向外部设备发送失效的指示(方框508)。
图6示出了根据至少一些实施方案的方法。具体地讲，图6的方法是图4的方法，并且其中读取方法步骤还包括从电源转换器读取指示纹波电流的值(方框600)。在图6的示例性方法中，检测方法步骤还包括：基于电感器的电感来计算预期纹波电流(方框602)；并且如果指示纹波电流的值与预期纹波电流相差超过预定阈值，则向外部设备发送失效的指示(方框604)。
图7示出了根据至少一些实施方案的方法。具体地讲，该方法开始(方框400)，并且可包括：由照明微控制器命令电源转换器控制向LED提供的平均电流(方框402)；由照明微控制器读取指示电源转换器内的电源开关的接通时间的第一值(方框700)；由照明微控制器命令交换电源转换器内的两个电流源的作用(方框702)；由照明微控制器读取指示电源开关的接通时间的第二值(方框704)；并且如果指示接通时间的第一值与指示接通时间的第二值相差超过预定阈值，则由照明微控制器向外部设备发送失效的指示(方框706)。随后，该方法可结束(方框408)。
上述讨论意在说明本发明的原理和各种实施方案。一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说许多变型形式和修改形式就将变得显而易见。例如，各种实施方案讨论了将控制字连接到相应电流源的控制交换区块274；然而，在其他实施方案中，该功能可由数字门实现，这些数字门控制所述多个寄存器206中的寄存器上游的控制总线的切换。此外，虽然一些实施方案实现了两个A/D转换器288和294，但在其他实施方案中，可实现单个A/D转换器以对电压测量值向相应寄存器中的写入进行时分多路复用。以下权利要求书被解释为旨在包含所有此类变型形式和修改形式。

Claims (11)

1.一种操作DC-DC电源转换器的方法，包括：
由照明微控制器命令电源转换器以控制向经由电感器耦接到所述电源转换器的发光二极管(LED)提供的平均电流；
由所述照明微控制器从所述电源转换器读取值；以及
由所述照明微控制器基于所述值来检测所述电源转换器的一种或多种失效模式，
其中读取值还包括由所述照明微控制器从所述电源转换器读取指示纹波电流的值；
其中检测一种或多种失效模式还包括：
由所述照明微控制器基于所述电感器的电感来计算预期纹波电流；以及
如果所述指示纹波电流的值与所述预期纹波电流相差超过预定阈值，则由所述照明微控制器向外部设备发送失效的指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述电源转换器读取值还包括读取所述电源转换器内实现的一个或多个寄存器，所述读取通过耦接在所述照明微控制器和所述电源转换器之间的通信总线进行。
3.根据权利要求1所述的方法：
其中读取值还包括：
读取指示所述电源转换器内的电源开关的接通时间的值；
读取指示到所述电源转换器的输入电压的值；
读取指示所述电源转换器的输出电压的值；
其中检测一种或多种失效模式还包括：
由所述照明微控制器基于指示输入电压的值和指示输出电压的值来计算预期接通时间；
如果指示接通时间的值与所述预期接通时间相差超过预定量，则由所述照明微控制器向外部设备发送失效的指示。
4.根据权利要求1所述的方法，其中还包括：
由所述照明微控制器读取指示所述电源转换器内的电源开关的接通时间的第一值；随后
由所述照明微控制器命令交换所述电源转换器内的两个电流源的作用；然后
由所述照明微控制器读取指示所述电源开关的接通时间的第二值；以及
如果指示接通时间的所述第一值与指示接通时间的所述第二值相差超过预定阈值，则由所述照明微控制器向外部设备发送失效的指示。
5.根据权利要求1所述的方法：
其中命令还包括将指示平均电流的值写入到所述电源转换器；并且
其中所述电源转换器实现控制回路，所述控制回路更新指示峰值电流的值的形式的受控变量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中命令还包括：
将指示平均电流的值写入到所述电源转换器；
将指示纹波电流的值写入到所述电源转换器；以及
从所述电源转换器递归地读取指示接通时间的值，并且更新所述指示纹波电流的值，以控制到平衡的接通时间和断开时间。
7.一种半导体器件，所述半导体器件实现用于DC-DC电源转换器的驱动器以用于驱动发光二极管(LED)，所述半导体器件包括：
电源开关，所述电源开关具有栅极输入；
电流开关，所述电流开关具有控制输入、第一开关引线和第二开关引线，所述第一开关引线耦接到所述电源开关；
调节控制器，所述调节控制器耦接到所述电源开关的所述栅极输入和所述电流开关的所述控制输入；
第一电流源，所述第一电流源具有控制输入；
第二电流源，所述第二电流源具有控制输入；和
电流交换区块，所述电流交换区块耦接到所述第一电流源和所述第二电流源，所述电流交换区块限定控制输入和多个区块引线以便在所述电流开关的所述第二开关引线和所述电源开关之间切换所述第一电流源和所述第二电流源，所述电流交换区块的所述控制输入能够由所述半导体器件外部的控制设备控制；
平均电流寄存器，可由总线控制器访问，所述平均电流寄存器被配置用于保持指示平均电流的值，
其中
所述调节控制器被配置为从所述控制设备接收断开时间的指示，并且所述调节控制器被配置为在所述栅极输入上生成脉冲信号，其中所述脉冲信号的被解除断言的时间基于所述断开时间的指示，并且其中所述脉冲信号的被断言的时间基于所述指示平均电流的值；
所述半导体器件被配置为使得指示向所述第一电流源或所述第二电流源的控制输入提供的纹波电流的值是所述DC-DC电源转换器的控制回路的控制变量；并且
所述电流交换区块具有其中所述第一电流源耦接到所述电流开关且所述第二电流源耦接到所述电源开关的第一配置，并且所述电流交换区块具有其中所述第一电流源耦接到所述电源开关且所述第二电流源耦接到所述电流开关的第二配置。
8.根据权利要求7所述的半导体器件，还包括：
控制交换区块，所述控制交换区块耦接到所述第一电流源的所述控制输入和所述第二电流源的所述控制输入，所述控制交换区块限定控制输入和多个区块连接以便在所述第一电流源和所述第二电流源的控制输入之间切换指示平均电流的值和指示纹波电流的值，所述控制交换区块的所述控制输入能够由所述半导体器件外部的所述控制设备控制；
所述控制交换区块具有其中所述指示纹波电流的值耦接到所述第一电流源的所述控制输入且所述指示平均电流的值耦接到所述第二电流源的所述控制输入的第一配置，以及其中所述指示平均电流的值耦接到所述第一电流源的所述控制输入且所述指示纹波电流的值耦接到所述第二电流源的所述控制输入的第二配置。
9.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括：
所述总线控制器，所述总线控制器限定总线接口，所述总线控制器被配置为通过所述总线接口与所述控制设备进行通信；
纹波电流寄存器，所述纹波电流寄存器能够由所述总线控制器访问并且耦接到所述调节控制器，所述纹波电流寄存器被配置为保持所述指示纹波电流的值，并且所述纹波电流寄存器耦接到所述控制交换区块的第二区块连接；和
交换命令寄存器，所述交换命令寄存器能够由所述总线控制器访问，所述交换命令寄存器耦接到所述电流交换区块的所述控制输入，并且所述交换命令寄存器耦接到所述控制交换区块的所述控制输入；
其中所述半导体器件被配置为基于所述交换命令寄存器中的第一值来实现所述电流交换区块和所述控制交换区块的所述第一配置，并且被配置为基于所述交换命令寄存器中的第二值来实现所述电流交换区块和所述控制交换区块的所述第二配置，以及
其中所述平均电流寄存器耦接到所述控制交换区块的第一区块连接。
10.根据权利要求9所述的半导体器件，还包括调节控制器，所述调节控制器被配置为实现控制回路，所述控制回路更新所述纹波电流寄存器中所述指示纹波电流的值以控制所产生的用于驱动所述发光二极管的平均电流。
11.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括调节控制器，所述调节控制器被配置为实现控制回路，所述控制回路控制所产生的用于驱动所述发光二极管的平均电流。
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