CN111435817A - 使用计算出的平均电流的功率转换器控制 - Google Patents

使用计算出的平均电流的功率转换器控制 Download PDF

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Abstract

本公开涉及使用计算出的均值电流的功率转换器控制。控制器电路被配置为：驱动开关元件，以建立将电源电耦合至降压转换器的电感元件的通道；并且生成最小电流采样。响应于在开关元件处的电流超过针对降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值，控制器电路被配置为：生成峰值电流采样，使用最小电流采样和峰值电流采样来计算均值电流，并且使用均值电流来修改控制参数集。响应于开关元件满足控制参数集的截止时间，控制器电路被配置为驱动开关元件，以在随后开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至电感元件的通道。

Description

使用计算出的平均电流的功率转换器控制
技术领域
本公开涉及电功率转换器，并且特别地，涉及降压转换器。
背景技术
包括降压转换器在内的DC/DC转换器，可以被用作用于具有特定电流和/或电压要求的负载的驱动器，诸如一个或多个发光二极管(LED)的链。LED链的光强度由流过LED链的电流的量来控制。通常，闭环电流生成器可以被用于保持电流恒定。对于具有高电流负载的照明，可以使用开关模式控制器。在某些应用中，诸如在汽车照明应用中，可以使用降压DC/DC转换器拓扑。
发明内容
通常，本公开涉及控制流过发光二极管(LED)集的平均电流。例如，用于降压转换器的控制器电路可以使用最小电流采样和峰值电流采样来计算均值电流。在该示例中，控制器电路可以驱动降压转换器以将平均电流供应给LED集，而无需直接测量在LED集处的电流。以这种方式，控制器电路可以省略专用于测量LED集处的电流的引脚，这可以降低生成电路的成本。
在一个示例中，用于降压转换器的控制器电路被配置为：驱动开关元件，以在当前开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至降压转换器的电感元件的通道；响应于驱动用于建立通道的开关元件，生成与开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；响应于开关元件处的电流超过针对降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：驱动开关元件以避免在当前开关时段的截止状态期间建立将电源电耦合至电感元件的通道；生成与在开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；使用最小电流采样和峰值电流采样计算均值电流；并且使用均值电流来修改针对降压转换器的控制参数集；并且响应于开关元件在当前开关时段的截止状态期间满足控制参数集的截止时间，驱动开关元件，以在随后开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至电感元件的通道。
在另一个示例中，用于控制降压转换器的方法包括：由控制器电路系统驱动开关元件，以在当前开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至降压转换器的电感元件的通道；响应于驱动用于建立通道的开关元件，由控制器电路系统生成与开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；响应于开关元件处的电流超过针对降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：由控制器电路系统驱动开关元件，以避免在当前开关时段的截止状态期间建立将电源电耦合至电感元件的通道；由控制器电路系统生成与在开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；由控制器电路系统使用最小电流采样和峰值电流采样计算均值电流；并且由控制器电路系统使用均值电流修改针对降压转换器的控制参数集；并且响应于开关元件在当前开关时段的截止状态期间满足控制参数集的截止时间，由控制器电路系统驱动开关元件，以建立在随后开关时段的导通状态期间将电源电耦合至电感元件的通道。
在另一个示例中，降压转换器系统包括：电池；LED集；降压转换器，降压转换器包括电感元件；控制器电路，控制器电路被配置为：驱动开关元件，以在当前开关时段的导通状态期间建立将电池电耦合至电感元件的通道；响应于驱动用于建立通道的开关元件，生成与开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；响应于开关元件处的电流超过针对降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：驱动开关元件，以避免在当前开关时段的截止状态期间建立将电池电耦合至电感元件的通道；生成与在开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；使用最小电流采样和峰值电流采样计算均值电流；并且使用均值电流来修改针对降压转换器的控制参数集；并且响应于开关元件在当前开关时段的截止状态期间满足针对控制参数集的截止时间，驱动开关元件，以在随后开关时段的导通状态期间建立将电池电耦合至电感元件的通道。
在以下的说明书和附图中阐述这些示例和其他示例的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求，其他特征、目的和优点将是明显的。
附图说明
图1是示出了根据本公开的一种或多种技术的被配置为用于使用计算出的平均电流的功率转换器控制的示例系统的框图。
图2是示出了根据本公开的一种或多种技术的被配置为修改截止时间的示例控制器电路的概念图。
图3是根据本公开的一种或多种技术的图2的示例控制器电路的第一性能的示意图。
图4是根据本公开的一种或多种技术的图2的示例控制器电路的第二性能的示意图。
图5是示出了根据本公开的一种或多种技术的被配置为修改目标峰值电流阈值的示例控制器电路的概念图。
图6是根据本公开的与用于使用计算出的平均电流来控制降压转换器的技术一致的流程图。
具体实施方式
在一些示例中，发光二极管(LED)应用可以使用具有组合操作电压小于电源电压的LED集。这种LED应用可以用于汽车照明或其他设置中。汽车照明例如可以包括仪器或控制的照明，以及汽车前置照明(例如，高光束照明、低光束照明、定向照明、基于物体检测的照明，或其它照明技术)。例如，应用可以使用单个高亮度LED，其具有的操作电压小于来自电池的最小电源电压。在这种应用中，降压直流(DC)-DC转换器可以被用作为LED驱动器。例如，无需升高电压，这是因为LED集可以以小于4伏的电源电压操作，而电池电源可以提供超过6伏的电压。在其他示例中，电源电压和/或LED操作电压可以不同。
在一些系统中，用于降压转换器控制的控制器电路可以应用受控时间截止(“Toff”)拓扑，以控制平均电流输出到LED集。在这样的系统中，控制器电路可以使用感测电阻器连续地测量LED集处的电流，该感测电阻器与LED集串联或被放置在降压转换器电路的二极管和降压转换器电路的电感器之间。在这种系统中，电阻器可以在实现控制器电路的芯片(例如，集成电路(IC))的外部。这样，在IC和对应的印刷电路板(PCB)上包括Rsense引脚，引脚具有至少一个额外的焊盘和金属线以用于读取跨Rsense引脚的压降。
控制器电路可以使用电流的内部读数(例如，片上)，而不依赖于在实现控制器电路的IC外部的感测电阻器。以这种方式，可以在IC上省略Rsense引脚，并且对应的PCB可以省略额外的焊盘和金属线，这减少了PCB上的空间以及IC、PCB和生成控制器电路的成本。
此外，控制器电路可以被配置为使用两个或更多个电流采样以用于计算LED集处的平均负载电流，而不使用在外部感测电阻器处的连续采样的电流值。例如，当达到在降压转换器的电感器处的最小电流时，控制器电路可以在导通阶段期间生成(例如，使用模数转换器(ADC)进行采样，存储在电容器处等)第一电流采样。在该示例中，当达到降压转换器的电感器处的峰值电流值时，控制器电路可以生成第二电流采样。控制器电路可以使用两个或更多个采样来计算(例如，外推)LED集处的平均电流。
控制器电路可以控制降压转换器，使得LED集处的平均电流对应于(例如，等于，成比例等)用于LED集的目标均值电流。例如，控制器电路可以动态地修改用于确定何时开始降压转换器的导通阶段的时间截止值，从而使平均电流与目标均值电流之间的差值最小。在一些示例中，控制器电路可以动态地修改用于确定何时开始降压转换器的截止阶段的目标峰值电流阈值，从而使平均电流和目标均值电流之间的差值最小。
被配置为使用内部的电流读数的控制器电路可以集成更多的片上(例如，在单个IC内)组件，与使用外部的感测电阻器的控制器电路相比，这可以降低成本。此外，使用内部读数的系统可以感测高侧开关元件(例如，DMOS)和二极管之间的电流，从而将仅在高侧开关元件的导通阶段期间读取电流，与在高侧开关元件的导通阶段期间和截止阶段期间都读取电流的系统相比，这可以减少功耗。
图1是示出了根据本公开的一种或多种技术的示例系统100的框图，该示例系统100被配置用于使用计算出的平均电流的功率转换器控制。如图1的示例中所示，系统100可以包括电源102、降压转换器104、LED106集(以下称为“LED”)、控制器电路110、开关元件112和电流传感器114。如图所示，降压转换器104包括电感元件116和二极管118。在一些示例中，二极管118可以替代地包括被配置用于有源整流的开关元件。如图所示，在降压转换器方案中，可以省略用于在电流模式下驱动LED的输出电容器。
电源102可以被配置为向系统100的一个或多个其他组件提供电功率。例如，电源102可以被配置为向LEDs 106供电。在一些示例中，电源102包括可以被配置为存储电能的电池。电池的示例可以包括但不限于镍镉、铅酸、镍金属氢化物、镍锌、氧化银、锂离子、锂聚合物、其他任何类型的可充电电池或它们的任何组合。在一些示例中，电源102可以包括线性调压器、功率转换器或功率逆变器的输出。例如，电源102可以包括DC到DC的功率转换器的输出、交流(AC)到DC的功率转换器的输出等。在一些示例中，电源102可以表示到电力供应电网的连接。在一些示例中，由电源102提供的输入功率信号可以是DC输入功率信号。例如，在一些示例中，电源102可以被配置为提供在大约5VDC至大约40VDC的范围内的DC输入功率信号。在一些示例中，电源102可以输出6伏和16伏之间的电压。
LED106可以指代任何合适的半导体光源。在一些示例中，LED106包括被配置为在被激活时发光的p-n结。在示例性应用中，LED106被包括在用于汽车应用的前灯组件中。例如，LED106可以是用于照亮车辆前方道路的发光二极管的矩阵。如本文所使用的，车辆可以指代卡车、船、高尔夫球车、雪地车、重型机器或使用定向照明的任何类型的车辆。在一些示例中，LED106可以包括一个或两个LED。
电流传感器114可以包括内部电阻器，该内部电阻器生成与流过内部电阻器的电流相对应的电压。在一些示例中，电流传感器114可以包括霍尔效应传感器、电流钳表或另一电流传感器。
开关元件112可以被配置为建立将电源102电耦合至电感元件116的通道。开关元件的示例可以包括但不限于，硅控整流器(SCR)、场效应晶体管(FET)和双极性结型晶体管(BJT)。FET的示例可以包括但不限于，结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、双栅MOSFET，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、其他任何类型的FET或它们的任何组合。MOSFET的示例可以包括但不限于，耗尽型p沟道MOSFET(PMOS)、增强型PMOS、耗尽型n沟道MOSFET(NMOS)、增强型NMOS、双扩散MOSFET(DMOS)、其他任何类型的MOSFET或它们的任何组合。BJT的示例可以包括但不限于，PNP、NPN、异质结或其他任何类型的BJT、或它们的任何组合。开关元件可以是高侧或低侧开关元件。附加地，开关元件可以是电压控制的和/或电流控制的。电流控制的开关元件的示例可以包括但不限于，氮化镓(GaN)MOSFET、BJT或其他电流控制的元件。
控制器电路110可以被配置为控制开关元件112，使得在LED106处的平均电流对应于(例如，等于、成比例等)目标均值电流。在一些示例中，控制器电路110可以切换开关元件112，使得降压转换器104向LED106输出3伏至4伏之间的电压。
控制器电路110可以包括在单个集成电路上的微控制器，集成电路包括处理器核、存储器、输入和输出。例如，控制器电路110可以包括一个或多个处理器，处理器包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，或其它任何等效的集成的或离散的逻辑电路系统，以及此类组件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路系统”通常可以指代前述的逻辑电路系统，单独的或与其他逻辑电路系统组合的电路或其他任何等效的电路系统中的任何一个。控制器电路110可以是一个或多个模拟组件和一个或多个数字组件的组合。
在图1的示例中，电源102包括正节点和参考节点(例如，接地，本地接地轨或另一参考节点)。在该示例中，电流传感器114被布置在具有开关元件112的集成电路中，并且传感器114被配置为输出在开关元件112处的测量的电流的指示。如图所示，开关元件112包括控制节点、第一节点和第二节点，控制节点耦合至控制器电路110，第一节点耦合至电源102的正节点。在该示例中，降压转换器104包括具有耦合至电源102的参考节点的阳极、以及耦合到开关元件112的第二节点的阴极。如图所示，电感元件116包括第一节点和第二节点，第一节点耦合到开关元件112的第二节点，第二节点耦合到LED106。
根据所描述的一种或多种技术，控制器电路可以被配置为驱动开关元件112，以在当前开关时段的导通状态期间建立将电源102电耦合至降压转换器104的电感元件116的通道；响应于驱动用于建立通道的开关元件112，控制器电路110可以被配置为生成与在开关元件112处的测量的电流相对应的最小电流采样；响应于开关元件处112的电流超过针对降压转换器104的控制参数集的目标峰值电流阈值，控制器电路110可以被配置为驱动开关元件112，以避免在当前开关时段的截止状态期间建立将电源102电耦合至电感元件106的通道；生成与在开关元件112处的测量的电流相对应的峰值电流采样；使用最小电流采样和峰值电流采样计算均值电流；并且使用均值电流来修改针对降压转换器104的控制参数集。响应于开关元件112在当前开关时段的截止状态期间满足控制参数集的截止时间，控制器电路110可以被配置为驱动开关元件112，以在随后开关时段的导通状态期间建立将电源102电耦合至电感元件116的通道。
图2是示出了根据本公开的一种或多种技术的被配置为修改截止时间的示例控制器电路的概念图。控制器电路210可以对应于图1中所示的系统100的控制器电路110。在图2的示例中，控制器电路210包括电流传感器214、寄存器219、比较器220、时钟222、置位-复位(SR)锁存器224、寄存器226、均值计算器228、误差模块230、加法器232。在图2的示例中，控制器电路210修改针对降压转换器的控制参数集的截止时间。附加地，或备选地，控制器电路可以修改针对降压转换器的控制参数集的其他参数，例如，但不限于，目标峰值电流阈值(参见图5)。
在图2的示例中，电流传感器214被配置为输出在图1的开关元件112处的测量的电流的指示。比较器220被配置为响应于在开关元件处的测量的电流的指示超过目标峰值电流阈值,输出复位信号。时钟222被配置为响应于开关元件满足截止时间,输出置位信号，时钟响应于复位信号而被初始化。当被由比较器220输出的复位信号设置为0的时钟222的计数值超过截止时间时，时钟222可以确定满足当前开关时段的截止状态期间的截止时间。
SR锁存器224被配置为响应于复位信号而复位，并响应于置位信号而置位。SR锁存器输出门驱动信号，以当SR锁存器被置位时驱动开关元件112来建立通道，并且当SR锁存器被复位时驱动开关元件112来避免建立通道。
寄存器219被配置为：响应于在开关元件112处的测量的电流大于目标峰值电流阈值，存储峰值电流采样。例如，寄存器219可以被配置为响应于复位信号来存储峰值电流采样。寄存器226被配置为响应于置位信号来存储最小电流采样。
均值计算器228被配置为接收存储在寄存器219处的峰值电流、接收存储在寄存器226处的最小电流采样、以及输出均值电流。例如，均值计算器228可以被配置为仅使用最小电流采样和峰值电流采样来计算均值电流。例如，均值计算器228可以将均值电流计算为最小电流采样和峰值电流采样的总和除以2。
在一些示例中，控制器电路210可以被配置为：在生成最小电流采样之后并且在生成峰值电流采样之前，生成一个或多个与开关元件处的测量的电流相对应的补充电流采样。在该示例中，均值计算器228可以被配置为使用最小电流采样、峰值电流采样以及一个或多个补充电流采样来计算均值电流。在一些示例中，均值计算器228可以生成与在开关元件112处的测量的电流相对应的均值电流采样，生成均值电流采样与生成最小电流采样和与生成峰值电流采样等距。例如，均值计算器228可以将均值电流计算为与在开关元件处的测量的电流相对应的均值电流采样、以及最小电流采样和峰值电流采样的总和除以2的结果的平均值，均值电流采样与生成的最小电流采样和与生成的峰值电流采样等距。
误差模块230可以被配置为从均值计算器228接收均值、接收目标峰值电流阈值、以及输出误差信号。例如，误差模块230可以计算均值电流和目标均值电流之间的差值。加法器232可以被配置为接收误差信号、接收先前截止时间、以及使用误差信号和先前截止时间来修改截止时间。换言之，加法器232可以使用均值电流和目标均值电流之间的差值来修改截止时间。例如，加法器232可以将与均值电流和目标均值电流之间的差值相对应的值与Toff值相加，Toff值将会增大或减小。
在示例性的操作中，比较器220将测量的电流与参考Iref，即峰值电流阈值进行比较。一旦电流达到该值，比较器220将SR锁存器224的复位输入设置为高。响应于设置复位输入，时钟222开始计数达等于Toff的时间量。时钟222在Toff时段之后生成门驱动信号以导通开关元件112。
当开关元件112被导通时，电流是最小的并且寄存器226存储电流的该最小值。可以通过将置位信号连接至寄存器226的使能来执行存储。同样地，当开关元件112被断开时，电流是最大的并且寄存器219存储电流的该最大值。可以通过将复位信号连接至寄存器219的使能来执行存储。
一旦最小电流值为可用的，均值计算器228可以将平均值计算为参考值与存储的最小值的总和除以2，参考值是电流达到的最大值。误差模块230可以将计算出的平均值与所搜索的值(例如，目标均值电流)进行比较，以便获得计算出的均值与所搜索的值的差值。随后，加法器将所生成的差值与Toff值相加，Toff值将会增大或减小。特别地，如果计算出的平均值高于所搜索的值，则Toff值可以增大，而如果计算出的平均值不高于所搜索的值，则Toff值可以减小。在示例中，控制器电路210可以通过控制回路自身给出下一Toff值，并且在每一个随后的周期处，平均电流可以变为越来越接近于所搜索的值。相应地，控制器电路210可以以比使用恒定Toff值的系统更高的精度来帮助控制电流的峰值和平均值。另外，控制器电路210可以帮助控制电流纹波的精度，因为电流纹波可能取决于平均值与峰值参考有多近。例如，如果平均值电流与峰值参考非常近，则可能产生非常小的纹波。
图3是根据本公开的一种或多种技术的图2的示例控制器电路210的第一性能的示意图。图3的横坐标轴(例如，水平的)表示时间并且图3的纵坐标轴(例如，竖直的)表示电感电流302、计数值304和门驱动信号306。
在图3的示例中，开关元件112是闭合的，并且控制器电路210通过例如读取电流来监测电感电流302的上升时间。在时刻310，电感电流302达到参考，例如目标峰值电流阈值。在该示例中，寄存器219可以响应于电感电流302达到参考来存储最大值330。响应于电感电流302达到参考，SR锁存器224生成使开关元件112打开，并且电感电流302减小。同时，时钟222被初始化，并且生成计数值304以开始从0到标识Toff的特定值的计数。
相应地，在等于Toff的持续时间之后，SR锁存器224生成使开关元件112闭合的门驱动信号。在此时，电感电流302停止下降并开始上升。在短暂的情况下，电感电流302处于最小值332。在图3的示例中，寄存器226可以在等于Toff的持续时间之后存储最小值332。均值计算器228可以使用最大值330和最小值332生成误差信号，误差信号被加法器232使用以修改截止时间，以比使用恒定Toff值的系统更高的精度来控制电流的峰值和平均值。
图4是根据本公开的一种或多种技术的图2的示例控制器电路的第二性能的示意图。图4的横坐标轴(例如，水平的)表示时间并且图4的纵坐标轴(例如，竖直的)表示电感电流402。
在图4的示例中，控制器电路210操作，使得基于由回路计算的平均电流，在每个开关周期更新其中开关为截止的Toff时段。在图4的示例中，误差模块230将计算出的平均值420与所搜索的均值Imean进行比较。以这种方式，误差模块230能够导出带有符号的误差，加法器232可以将该误差与先前的Toff值相加。Toff时段能够增大或减小以延长或缩短电感电流402的纹波，直到计算出的平均值与期望的值一致。以这种方式，控制器电路210可以实现稳定状态条件。
由于技术限制，电感电流402在最小电流值处可能不会被精确地读取。读取电路系统(例如，电流传感器214)可以具有在闭合开关元件112之后的稳定时间。如果稳定时间与Ton相关，控制器电路212可以在后处理期间外推最小电流。例如，为生成与在开关元件112处的测量的电流相对应的最小电流采样，控制器电路210可以被配置为：在驱动开关元件112以建立通道达第一开关切断持续时间之后，生成最小电流采样。在该示例中，为生成与在开关元件112处的测量的电流相对应的峰值电流采样，控制器电路210可以被配置为：在开关元件112处的电流超过目标峰值电流阈值达第二开关切断持续时间之后，生成峰值电流采样。在一些实施例中，控制器电路210可以在导通阶段期间使用多于两个的测量。
控制器电路210可以被配置为响应于驱动用于建立通道的开关元件112，生成(例如，将数字值存储在存储器中、将模拟值存储在电容器中等)与开关元件112处的测量的电流相对应的最小电流采样。响应于驱动用于建立通道的开关元件112来生成最小电流采样的示例可以包括但不限于：在驱动用于建立通道的开关元件(稍微)之前、期间、或(稍微)之后，生成最小电流采样。
类似地，控制器电路210可以被配置为响应于在开关元件112处的电流超过针对降压转换器104的控制参数集的目标峰值电流阈值，生成(例如，将数字值存储在存储器中、将模拟值存储在电容器中等)与开关元件112处的测量的电流相对应的峰值电流采样。响应于在开关元件112处的电流超过目标峰值电流阈值来生成峰值电流采样的示例可以包括但不限于：在开关元件112处的电流超过目标峰值电流阈值(稍微)之前、期间、或(稍微)之后，生成峰值电流采样。
电流传感器214在生成电流采样之前或与生成电流采样基本上同时地检测在开关元件处的测量的电流。例如，电流传感器214可以响应于驱动用于建立通道的开关元件112，连续地检测在开关元件112处的电流，并且最新检测到的测量的电流仅作为最小电流采样被生成。在另一实施例中，电流传感器214可以响应于在开关元件112处的电流超过目标峰值电流阈值，连续地检测在开关元件112处的电流，并且最新检测到的测量的电流仅作为峰值电流采样被生成。
图5是示出了根据本公开的一种或多种技术的被配置为修改目标峰值电流阈值的示例控制器电路的概念图。控制器电路510可以对应于图1所示的系统100的控制器电路110。在图5的示例中，控制器电路510可以包括电流传感器514、寄存器519、比较器520、时钟522、SR锁存器524、寄存器526、均值计算器528、误差模块530、加法器532。
在图5的示例中，电流传感器514被配置为输出在图1的开关元件112处的测量的电流的指示。比较器520被配置为响应于在开关元件112处的测量的电流的指示超过目标峰值电流阈值，输出复位信号。时钟522被配置为响应于开关元件112满足截止时间来输出置位信号，时钟响应于复位信号被初始化。当由比较器520输出的复位信号设置为0的时钟522的计数值超过截止时间时，时钟522可以确定在当前开关时段的截止状态期间的截止时间被满足。
SR锁存器524被配置为响应于复位信号而复位，并响应于置位信号而置位。，SR锁存器524可以输出门驱动信号，以当SR锁存器524被置位时驱动开关元件112来建立通道，并且当SR锁存器524被复位时驱动开关元件112来避免建立通道。
寄存器519被配置为响应于在开关元件112处的测量的电流大于目标峰值电流阈值，存储峰值电流采样。寄存器526被配置为响应于置位信号，存储最小电流采样。
均值计算器528被配置为接收存储在寄存器519处的峰值电流、接收存储在寄存器526处的最小电流采样、以及输出均值电流。例如，均值计算器528可以被配置为仅使用最小电流采样和峰值电流采样来计算均值电流。
在一些示例中，控制器电路510可以被配置为在生成最小电流采样之后并且在生成峰值电流采样之前，生成与开关元件处的测量的电流相对应的一个或多个补充电流采样。在该示例中，均值计算器528可以被配置为使用最小电流采样、峰值电流采样以及一个或多个补充电流采样来计算均值电流。在一些示例中，均值计算器528可以生成与在开关元件处的测量的电流相对应的均值电流采样，均值电流采样与生成的最小电流采样和与生成的峰值电流采样等距。
误差模块530可以被配置为从均值计算器528接收均值、接收目标峰值电流阈值、以及输出误差信号。例如，误差模块530可以计算均值电流和目标均值电流之间的差值。加法器532可以被配置为接收误差信号、接收先前目标峰值电流阈值、以及使用误差信号和先前目标峰值电流阈值来修改目标峰值电流阈值。换言之，加法器532可以使用均值电流和目标均值电流之间的差值来修改目标峰值电流阈值。例如，加法器532可以将与均值电流和目标均值电流之间的差值相对应(例如等于、成比例等)的值与目标峰值电流阈值相加，目标峰值电流阈值将会增大或减小。
图6是根据本公开的与用于使用计算出的均值电流来控制降压转换器的技术一致的流程图。仅为了说明的目的，以下在图1至图5上下文内描述示例操作。然而，以下描述的技术可以被用在具有图1的电源102、降压转换器104、LED106、控制器电路110、开关元件112和电流传感器114的任何排列中和任何组合中。
根据本公开的一种或多种技术，SR锁存器224在开关元件112中切换(602)。寄存器226生成最小电流采样(604)。SR锁存器224响应于该测量的电流超过最大电流阈值来关断开关元件112(606)。例如，比较器确定测量的电流超过最大电流阈值并且输出复位信号到SR锁存器224。
寄存器219生成峰值电流采样(608)。例如，寄存器219响应于到SR锁存器224的复位信号来生成峰值电流采样。均值计算器228使用最小电流采样和峰值电流采样来计算均值电流(610)。误差模块230计算目标均值电流和计算出的均值电流之间的差值(612)。加法器232修改包括最大电流阈值和截止时间的控制参数集(614)。例如，加法器232修改截止时间。在一些示例中，加法器532修改最大电流阈值。时钟222确定截止时间已经流逝(616)，并且对于随后的开关时段，过程重复至步骤602。
下面的示例可以说明本公开的一个或多个方面。
示例1.一种用于被配置为提供发光二极管(LED)集的降压转换器的控制器电路，该控制器电路被配置为：驱动开关元件以在当前开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至该降压转换器的电感元件的通道；响应于驱动用于建立该通道的该开关元件，生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；响应于该开关元件处的电流超过针对降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：驱动该开关元件，以避免在该当前开关时段的截止状态期间建立将该电源电耦合至该电感元件的通道；生成与在开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；使用该最小电流采样和该峰值电流采样计算均值电流；并且使用该均值电流来修改针对该降压转换器的该控制参数集；并且响应于该开关元件在该当前开关时段的该截止状态期间满足该控制参数集的截止时间，驱动该开关元件以在随后开关时段的导通状态期间建立将该电源电耦合至该电感元件的该通道。
示例2.根据示例1的控制器电路，其中，为了修改该控制参数集，该控制器电路被配置为：计算该均值电流与目标均值电流的差值；和使用该均值电流与该目标均值电流之间的该差值来修改截止时间。
示例3.根据示例1-2组合中的任何一个示例的控制器电路，其中，为了修改该控制参数集，该控制器电路被配置为：计算该均值电流与目标均值电流的差值；和使用该均值电流与该目标均值电流之间的该差值来修改该目标峰值电流阈值。
示例4.根据示例1-3组合中的任何一个示例的控制器电路，其中，为了计算该均值电流，该控制器电路被配置为：仅使用该最小电流采样和该峰值电流采样计算均值电流。
示例5.根据示例1-4组合中的任何一个示例的控制器电路，其中，该控制器电路被配置为：在生成该最小电流采样之后并且在生成该峰值电流采样之前，生成与开关元件处的测量的电流相对应的一个或多个补充电流采样，其中，为了计算该均值电流，该控制器电路被配置为使用该最小电流采样、该峰值电流采样以及该一个或多个补充电流采样来计算该均值电流。
示例6.根据示例1-5组合中的任何一个示例的控制器电路，其中，为了生成该一个或多个补充电流采样，该控制器电路被配置为：生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的均值电流采样，该均值电流采样与生成的该最小电流采样和与生成的该峰值电流采样等距。
示例7.根据示例1-6组合中的任何一个示例的控制器电路，其中，该控制器电路包括：电流传感器，被配置为输出在该开关元件处的测量的电流的指示；比较器，被配置为响应于在该开关元件处的测量的电流的该指示超过目标峰值电流阈值，输出复位信号；时钟，被配置为响应于该开关元件满足该截止时间，输出置位信号，该时钟响应于该复位信号而被初始化；和置位-复位(SR)锁存器，被配置为响应于该复位信号而复位并响应于该置位信号而置位，其中该SR锁存器输出门驱动信号，以当该SR锁存器被置位时驱动开关元件来建立该通道，并且当该SR锁存器被复位时驱动开关元件来避免建立该通道。
示例8.根据示例1-7组合中的任何一个示例的控制器电路，其中该控制器电路包括：第一寄存器，被配置为响应于在该开关元件处的测量的电流大于该目标峰值电流阈值，存储该峰值电流采样；第二寄存器，被配置为响应于该置位信号，存储该最小电流采样；均值计算器，被配置为接收存储在该第一寄存器处的该峰值电流采样，接收存储在该第二寄存器处的该最小电流采样，并且输出该均值电流；误差模块，被配置为从该均值计算器接收该均值，接收该目标峰值电流阈值并且输出误差信号。
示例9.根据示例1-8组合中的任何一个示例的控制器电路，其中该控制器电路包括：加法器，被配置为接收该误差信号，接收先前截止时间，并使用该误差信号和该先前截止时间修改该截止时间。
示例10.根据示例1-9组合中的任何一个示例的控制器电路，其中该控制器电路包括：加法器，被配置为接收误差信号，接收先前目标峰值电流阈值，并且使用该误差信号和该先前目标峰值电流阈值来修改该目标峰值电流阈值。
示例11.根据示例1-10组合中的任何一个示例的控制器电路，其中，为了生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的该最小电流采样，该控制器电路被配置为：在驱动该开关元件以建立通道达第一开关切断断持续时间的之后，生成该最小电流采样；以及其中，为了生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的该峰值电流采样，该控制器电路被配置为：在该开关元件处的电流超过该目标峰值电流阈值达第二开关切断持续时间之后，生成该峰值电流采样。
示例12.根据示例1-11组合中的任何一个示例的控制器电路，其中该电源输出在6伏至16伏之间的电压；以及其中，该降压转换器将在3伏至4伏之间的电压输出到LED集，其中，LED集包括一个或两个LED。
示例13.根据示例1-12组合中的任何一个示例的控制器电路，其中该电源包括正节点和参考节点；其中被布置在具有该开关元件的集成电路中的电流传感器被配置为：输出在该开关元件处的测量的电流的指示；其中该开关元件包括控制节点、第一节点和第二节点，该控制节点耦合至该控制器电路，该第一节点耦合至该正节点；该降压转换器包括二极管，该二极管具有的阳极耦合至该参考节点，该二极管具有的阴极耦合至该开关元件的该第二节点；以及其中，该电感元件包括耦合至该开关元件的该第二节点的第一节点和耦合至该LED集的第二节点。
示例14.一种用于控制被配置为供应发光二极管(LED)集的降压转换器的方法，该方法包括：由控制器电路系统驱动开关元件以在当前开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至该降压转换器的电感元件的通道；响应于驱动用于建立该通道的该开关元件，由该控制器电路系统生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；响应于该开关元件处的电流超过针对该降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：由该控制器电路系统驱动该开关元件，以避免在该当前开关时段的截止状态期间建立将该电源电耦合至该电感元件的通道；由该控制器电路系统生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；由该控制器电路系统使用该最小电流采样和该峰值电流采样计算均值电流；并且由该控制器电路系统使用该均值电流修改针对该降压转换器的该控制参数集；并且响应于该开关元件在该当前开关时段的该截止状态期间满足该控制参数集的截止时间，由该控制器电路系统驱动该开关元件，以在随后开关时段的导通状态期间建立将该电源电耦合至该电感元件的该通道。
示例15.根据示例14的方法，其中修改该控制参数集包括：计算该均值电流与目标均值电流之间的差值；和使用该均值电流与该目标均值电流之间的该差值来修改该截止时间。
示例16.根据示例14-15组合中的任何一个示例的方法，其中修改该控制参数集包括：计算该均值电流与目标均值电流之间的差值；和使用该均值电流与该目标均值电流之间的该差值来修改该目标峰值电流阈值。
示例17.根据示例14-16组合中的任何一个示例的方法，其中，计算该均值电流包括：仅使用该最小电流采样和该峰值电流采样来计算均值电流。
示例18.根据示例14-17组合中的任何一个示例的方法，还包括：在生成该最小电流采样之后并且在生成该峰值电流采样之前，由该控制器电路系统生成与开关元件处的测量的电流相对应的一个或多个补充电流采样，其中，计算该均值电流包括使用该最小电流采样、该峰值电流采样以及该一个或多个补充电流采样来计算该均值电流。
示例19.根据示例14-18组合中的任何一个示例的方法，其中生成该一个或多个补充电流采样包括：生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的该均值电流采样，该均值电流采样与生成的该最小电流采样和与生成的该峰值电流采样等距。
示例20.一种降压转换器系统，包括：电池；一组发光二极管(LED)；降压转换器，该降压转换器包括电感元件；控制器电路，该控制器电路被配置为：驱动开关元件以在当前开关时段的导通状态期间建立将该电池电耦合至该电感元件的通道；响应于驱动用于建立该通道的开关元件，生成与在该开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；响应于该开关元件处的电流超过针对降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：驱动该开关元件，以避免在该当前开关时段的截止状态期间建立将该电池电耦合至该电感元件的通道；生成与在开关元件处的经测量的电流相对应的峰值电流采样；使用该最小电流采样和该峰值电流采样计算均值电流；并且使用该均值电流来修改针对降压转换器的控制参数集；并且响应于该开关元件在该当前开关时段的该截止状态期间满足该控制参数集的截止时间，驱动该开关元件以在随后开关时段的导通状态期间建立将该电池电耦合至该电感元件的该通道。
在本公开中已经描述了各种方面。这些和其他方面在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于被配置为提供发光二极管(LED)集的降压转换器的控制器电路，所述控制器电路被配置为：
驱动开关元件，以在当前开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至所述降压转换器的电感元件的通道；
响应于驱动用于建立所述通道的所述开关元件，生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；
响应于所述开关元件处的电流超过针对所述降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：
驱动所述开关元件，以避免在所述当前开关时段的截止状态期间建立将所述电源电耦合至所述电感元件的所述通道；
生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；
使用所述最小电流采样和所述峰值电流采样来计算均值电流；以及
使用所述均值电流来修改针对所述降压转换器的所述控制参数集；以及
响应于所述开关元件在所述当前开关时段的所述截止状态期间满足所述控制参数集的截止时间，驱动所述开关元件，以在随后开关时段的导通状态期间建立将所述电源电耦合至所述电感元件的所述通道。
2.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，为了修改所述控制参数集，所述控制器电路被配置为：
计算所述均值电流与目标均值电流之间的差值；以及
使用所述均值电流与所述目标均值电流之间的所述差值来修改所述截止时间。
3.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，为了修改所述控制参数集，所述控制器电路被配置为：
计算所述均值电流与目标均值电流之间的差值；以及
使用所述均值电流与所述目标均值电流之间的所述差值来修改所述目标峰值电流阈值。
4.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，为了计算所述均值电流，所述控制器电路被配置为：
仅使用所述最小电流采样和所述峰值电流采样来计算均值电流。
5.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，所述控制器电路被配置为：
在生成所述最小电流采样之后并且在生成所述峰值电流采样之前，生成与所述开关元件处的测量的电流相对应的一个或多个补充电流采样，
其中为了计算所述均值电流，所述控制器电路被配置为使用所述最小电流采样、所述峰值电流采样以及所述一个或多个补充电流采样来计算所述均值电流。
6.根据权利要求5所述的控制器电路，其中，为了生成所述一个或多个补充电流采样，所述控制器电路被配置为：
生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的所述均值电流采样，所述均值电流采样与生成的所述最小电流采样和与生成的所述峰值电流采样等距。
7.根据权利要求1所述的控制器电路，其中，所述控制器电路包括：
电流传感器，被配置为输出在所述开关元件处的测量的电流的指示；
比较器，被配置为响应于在所述开关元件处的测量的电流的所述指示超过所述目标峰值电流阈值，输出复位信号；
时钟，被配置为响应于所述开关元件满足所述截止时间，输出置位信号，所述时钟响应于所述复位信号而被初始化；以及
置位-复位(SR)锁存器，被配置为响应于所述复位信号而复位，并且响应于所述置位信号而置位，其中所述SR锁存器输出门驱动信号，以便当所述SR锁存器被置位时驱动所述开关元件以建立所述通道，并且当所述SR锁存器被复位时驱动所述开关元件以避免建立所述通道。
8.根据权利要求7所述的控制器电路，其中所述控制器电路包括：
第一寄存器，被配置为响应于在所述开关元件处的测量的电流大于所述目标峰值电流阈值，存储所述峰值电流采样；
第二寄存器，被配置为响应于所述置位信号，存储所述最小电流采样；
均值计算器，被配置为接收存储在所述第一寄存器处的所述峰值电流采样，接收存储在所述第二寄存器处的所述最小电流采样，并且输出所述均值电流；
误差模块，被配置为从所述均值计算器接收所述均值，接收所述目标峰值电流阈值并且输出误差信号。
9.根据权利要求8所述的控制器电路，其中所述控制器电路包括：
加法器，被配置为接收所述误差信号，接收先前截止时间，并使用所述误差信号和所述先前截止时间修改所述截止时间。
10.根据权利要求8所述的控制器电路，其中所述控制器电路包括：
加法器，被配置为接收所述误差信号，接收先前目标峰值电流阈值，并且使用所述误差信号和所述先前目标峰值电流阈值来修改所述目标峰值电流阈值。
11.根据权利要求1所述的控制器电路，
其中，为了生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的所述最小电流采样，所述控制器电路被配置为：在驱动所述开关元件以建立所述通道达第一开关切断持续时间之后，生成所述最小电流采样；以及
其中，为了生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的所述峰值电流采样，所述控制器电路被配置为：在所述开关元件处的电流超过所述目标峰值电流阈值达第二开关切断持续时间之后，生成所述峰值电流采样。
12.根据权利要求1所述的控制器电路，
其中所述电源输出在6伏至16伏之间的电压；以及
其中，所述降压转换器将在3伏至4伏之间的电压输出到所述LED集，其中所述LED集包括一个或两个LED。
13.根据权利要求1所述的控制器电路，
其中所述电源包括正节点和参考节点；
其中布置在具有所述开关元件的集成电路中的电流传感器被配置为：输出在所述开关元件处的测量的电流的指示；
其中所述开关元件包括控制节点、第一节点和第二节点，所述控制节点被耦合至所述控制器电路，所述第一节点被耦合至所述正节点；
其中所述降压转换器包括二极管，所述二极管具有的阳极被耦合至所述参考节点，并且所述二极管具有的阴极被耦合至所述开关元件的所述第二节点；以及
其中所述电感元件包括耦合至所述开关元件的所述第二节点的第一节点和耦合至所述LED集的第二节点。
14.一种用于控制被配置为供应发光二极管(LED)集的降压转换器的方法，所述方法包括：
由控制器电路系统驱动开关元件，以在当前开关时段的导通状态期间建立将电源电耦合至所述降压转换器的电感元件的通道；
响应于驱动用于建立所述通道的所述开关元件，由所述控制器电路系统生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；
响应于所述开关元件处的电流超过针对所述降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：
由所述控制器电路系统驱动所述开关元件，以避免在所述当前开关时段的截止状态期间建立将所述电源电耦合至所述电感元件的所述通道；
由所述控制器电路系统生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；
由所述控制器电路系统使用所述最小电流采样和所述峰值电流采样来计算均值电流；以及
由所述控制器电路系统使用所述均值电流来修改针对所述降压转换器的所述控制参数集；以及
响应于所述开关元件在所述当前开关时段的所述截止状态期间满足所述控制参数集的截止时间，由所述控制器电路系统驱动所述开关元件以在随后开关时段的导通状态期间建立将所述电源电耦合至所述电感元件的所述通道。
15.根据权利要求14所述的方法，其中修改所述控制参数集包括：
计算所述均值电流与目标均值电流之间的差值；以及
使用所述均值电流与所述目标均值电流之间的所述差值来修改所述截止时间。
16.根据权利要求14所述的方法，其中修改所述控制参数集包括：
计算所述均值电流与目标均值电流之间的差值；以及
使用所述均值电流与所述目标均值电流之间的所述差值来修改所述目标峰值电流阈值。
17.根据权利要求14所述的方法，其中计算所述均值电流括：
仅使用所述最小电流采样和所述峰值电流采样来计算均值电流。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在生成所述最小电流采样之后并且在生成所述峰值电流采样之前，由所述控制器电路生成与所述开关元件处的测量的电流相对应的一个或多个补充电流采样，
其中计算所述均值电流包括：使用所述最小电流采样、所述峰值电流采样以及所述一个或多个补充电流采样来计算所述均值电流。
19.根据权利要求18所述的方法，其中生成所述一个或多个补充电流采样包括：
生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的所述均值电流采样，所述均值电流采样与生成的所述最小电流采样和与生成的所述峰值电流采样等距。
20.一种降压转换器系统，包括：
电池；
发光二极管(LED)集；
降压转换器，所述降压转换器包括电感元件；
控制器电路，所述控制器电路被配置为：
驱动开关元件，以在当前开关时段的导通状态期间建立将所述电池电耦合至所述电感元件的通道；
响应于驱动用于建立所述通道的所述开关元件，生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的最小电流采样；
响应于所述开关元件处的电流超过针对所述降压转换器的控制参数集的目标峰值电流阈值：
驱动所述开关元件，以避免在所述当前开关时段的截止状态期间建立将所述电池电耦合至所述电感元件的所述通道；
生成与在所述开关元件处的测量的电流相对应的峰值电流采样；
使用所述最小电流采样和所述峰值电流采样来计算均值电流；以及
使用所述均值电流来修改针对所述降压转换器的所述控制参数集；以及
响应于所述开关元件在所述当前开关时段的所述截止状态期间满足所述控制参数集的截止时间，驱动所述开关元件，以在随后开关时段的导通状态期间建立将所述电池电耦合至所述电感元件的所述通道。
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