CN112311231B - 开关电源转换器以及用于控制其的方法和控制器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及开关电源转换器以及用于控制开关电源转换器的方法和控制器。一个示例性实施方案是一种操作开关电源转换器的方法，该方法包括：以可变的开关频率操作开关电源转换器，每个开关周期都包括开关电源转换器的电感器的充电模式和电感器的放电模式；由电流控制环路通过控制电感器的每个充电模式下的峰值电流来控制从开关电源转换器提供的平均电流；以及由频率控制环路调节开关电源转换器的开关频率。该调节可包括：调整输出电压与电感器的放电模式的长度的关系；以及在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流。

Description

开关电源转换器以及用于控制其的方法和控制器
技术领域
本专利申请涉及电源转换器的技术领域，并且具体涉及产生恒定电流的开关电源转换器。
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。原因可包括提供给LED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。
至少在汽车工业的背景下，通过控制流过LED的平均电流来控制LED。然而，随着LED电压的变化，当前可用的LED控制器表现出工作频率的大幅摆动。即，随着LED切换进出操作，诸如打开和关闭为汽车提供“远光灯”光的LED时，作为整体的LED两端的电压可摆动，这导致LED控制器的工作频率发生显著变化。工作频率的显著变化使得电气噪声和电磁干扰(EMI)难以抑制。
发明内容
一个示例性实施方案是一种操作开关电源转换器的方法，该方法包括：以可变的开关频率操作开关电源转换器，每个开关周期都包括开关电源转换器的电感器的充电模式和该电感器的放电模式；由电流控制环路通过控制电感器的每个充电模式下的峰值电流来控制从开关电源转换器提供的平均电流；以及由频率控制环路调节开关电源转换器的开关频率。调节开关频率可通过以下操作实现：调整输出电压与电感器的放电模式的长度的关系；以及在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流。
在示例性方法中：调整输出电压与放电模式的长度的关系还可包括与输出电压的变化成比例地进行调整；以及在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流还可包括与输出电压的变化成比例地进行改变。与输出电压的变化成比例地进行调整还可包括与输出电压的变化成正比地进行调整。与输出电压的变化成比例地进行改变还可包括与输出电压的变化成正比地进行改变。
在示例性方法中，调整输出电压与放电模式的长度的关系还可包括修改开关电源转换器的电源控制器的控制寄存器中的值，控制寄存器中的值限定电感器的放电模式的长度与输出电压之间的数学关系。示例性方法还可包括更新指示放电模式的断开时间的值，该值指示保持在电源控制器中的断开时间寄存器中的放电模式的断开时间，并且该更新与控制寄存器中的值成比例。
在示例性方法中，在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流可包括：修改开关电源转换器的电源控制器的控制寄存器中的值，控制寄存器中的值限定电感器的放电模式的长度与输出电压之间的数学关系；以及修正电源控制器的纹波电流寄存器中的值，其中基于纹波电流寄存器中的值来控制在充电模式期间流过电感器的峰值电流。修正纹波电流寄存器中的值还可包括基于控制寄存器中的值以及保持在开关电源转换器的电源控制器的比例寄存器中的比例值来进行修正。
在示例性方法中：调整输出电压与放电模式的长度的关系还可包括修改开关电源转换器的电源控制器的控制寄存器中的值，控制寄存器中的值限定电感器的放电模式的长度与输出电压之间的数学关系；以及在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流还可包括修正电源控制器的纹波电流寄存器中的值，其中基于纹波电流寄存器中的值来控制峰值电流。
在示例性方法中，在调整输出电压与放电模式的长度的关系之前，以及在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流之前，该方法还可包括更新指示保持在开关电源转换器中的断开时间寄存器中的断开时间的第一值，该更新基于开关电源转换器的输出电压和控制寄存器中的值的变化，控制寄存器中的值限定电感器的放电模式的长度与输出电压之间的数学关系。
另一个示例性实施方案是一种用于驱动发光二极管(LED)的开关电源转换器的控制器，该控制器包括：输入电压端子、输出电压端子、开关节点端子和总线接口；总线控制器，该总线控制器耦接至总线接口；平均电流寄存器，该平均电流寄存器能够由总线控制器访问，该平均电流寄存器被配置为保持指示设定点平均电流的值；纹波电流寄存器，该纹波电流寄存器能够由总线控制器访问，该纹波电流寄存器被配置为保持指示纹波电流的值；断开时间寄存器，该断开时间寄存器能够由总线控制器访问，该断开时间寄存器被配置为保持指示电感器的放电模式的断开时间的值；控制寄存器，该控制寄存器能够由总线控制器访问，该控制寄存器被配置为保持指示电感器的放电模式的长度与开关电源转换器的输出电压之间的数学关系的值；电源开关，该电源开关具有耦接至开关节点端子的第一引线、耦接至输入电压端子的第二引线以及控制输入；电流控制器，该电流控制器耦接至纹波电流寄存器，该电流控制器被配置为通过在电感器的充电模式期间控制峰值电流来控制从开关电源转换器提供的平均电流；频率控制器，该频率控制器耦接至控制寄存器、断开时间寄存器和纹波电流寄存器，该频率控制器被配置为调节开关电源转换器的开关频率。为了调节开关频率，频率控制器可被配置为：调整指示电感器的放电模式的长度与开关电源转换器的输出电压之间的数学关系的值；以及在电感器的充电模式期间改变峰值电流。
在示例性控制器中：当频率控制器调整输出电压与放电模式的长度的关系时，频率控制器还可被配置为与输出电压的变化成比例地进行调整；以及当频率控制器在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流时，频率控制器还可被配置为与输出电压的变化成比例地进行改变。当频率控制器调整输出电压与放电模式的长度的关系时，频率控制器可被配置为与输出电压的变化成正比地进行调整。
在示例性控制器中，当频率控制器在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流时，频率控制器还可被配置为修正纹波电流寄存器中的值，并且其中基于纹波电流寄存器中的值来控制在充电模式期间流过电感器的峰值电流。示例性控制器还可包括：比例寄存器，该比例寄存器能够由总线控制器访问，该比例寄存器被配置成保持比例值；以及当频率控制器修正纹波电流寄存器中的值时，频率控制器还可被配置为基于控制寄存器中的值和比例寄存器中的比例值来进行修正。
另一个示例性实施方案是一种用于操作(多个)发光二极管的系统，该系统包括：照明微控制器；开关电源转换器，该开关电源转换器通信地耦接至照明微控制器；LED，该LED通过电感器耦接至开关电源转换器。开关电源转换器可被配置为：以可变的开关频率操作，并且该操作使用电感器的放电模式的长度进行，放电模式的长度基于开关电源转换器的输出电压而变化；由电流控制器控制提供给LED的平均电流，电流控制器被配置为在充电模式期间通过控制流过电感器的峰值电流来控制平均电流；以及由频率控制器调节开关电源转换器的开关频率。在调节开关频率时，频率控制器可被配置为：调整输出电压与放电模式的长度的关系；以及在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流。
在示例性系统中：当频率控制器调整输出电压与放电模式的长度的关系时，频率控制器还可被配置为与输出电压的变化成比例地进行调整；以及当频率控制器在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流时，频率控制器还可被配置为与输出电压的变化成比例地进行改变。当频率控制器调整输出电压与放电模式的长度的关系时，频率控制器还可被配置为与输出电压的变化成正比地进行调整。
在示例性系统中，开关电源转换器还可包括：纹波电流寄存器，该纹波电流寄存器能够由照明微控制器访问，该纹波电流寄存器被配置为保持指示纹波电流的值；并且其中当频率控制器在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流时，频率控制器还可被配置为修正纹波电流寄存器中的值，并且其中基于纹波电流寄存器中的值来控制在充电模式期间流过电感器的峰值电流。
在示例性系统中，开关电源转换器还可包括：比例寄存器，该比例寄存器能够由照明微控制器访问，该比例寄存器被配置为保持比例值；并且其中当频率控制器修正纹波电流寄存器中的值时，频率控制器还可被配置为基于控制寄存器中的值和比例寄存器中的比例值来进行修正。
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104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频率控制器的框图；并且
图5示出了根据至少一些实施方案的方法。
定义
各种术语用来指特定系统部件。不同公司可用不同名称来指一种部件–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”旨在意指间接连接或直接连接。因此，如果第一器件耦接至第二器件，则该连接可通过直接连接或通过经由其他器件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，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。
“控制器”应以单独或组合的方式意指单个电路部件、专用集成电路(ASIC)、具有控制软件的微控制器、数字信号处理器(DSP)、具有控制软件的处理器或现场可编程门阵列(FPGA)。控制器被配置为读取输入并且响应于输入来驱动输出。
“长度”应意指时间长度，而不应意指距离的量度。
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实施方案可能是优选的，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。
各种实施方案涉及开关电源转换器的方法和系统，该开关电源转换器用于控制提供给发光二极管(LED)的平均电流，并且包括频率调整。更具体地，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至降压型直流(DC)至DC开关电源转换器，从而执行平均电流控制，其中开关电源转换器通过电感器来驱动LED。示例性开关电源转换器被设计和构造成控制提供给LED的平均电流，并且还更好地控制或限制开关电源转换器的开关频率。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通过通信信道106通信地耦接至开关电源转换器104(在下文中仅称为“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与电源转换器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至DC电源转换器。由一个或多个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。(多个)半导体衬底可以任何合适的形式诸如双列直插式封装件(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耦接至电感器110的第一引线，并且电感器110的第二引线耦接至LED 108。LED 108示例性地示出为串联耦接的三个LED，但可使用处于任何电气配置的一个或多个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。电路部件还可包括平滑电容器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至电感器的第二引线(例如，耦接至提供给LED 108的感测电压)。根据示例性实施方案，照明微控制器102可命令电源转换器104内的某些动作(下文更详细讨论的动作)，诸如设定要提供给LED 108的平均电流。说明书现在转到对电源转换器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。电源转换器104可采取封装集成电路(IC)200的形式。该封装包封半导体管芯或芯片或多个半导体管芯(例如，多芯片模块)，在该多个半导体管芯上单片地构造有各种电路。示例性电源转换器104限定输入电压端子202、输出电压端子204、开关节点端子206和总线接口208。总线接口208可包括附加端子，这取决于所实现的接口的类型。将存在其他端子(例如，公共或接地端子，VCC端子)，但未示出这些其他端子，以免使附图过于复杂。
示例性电源转换器104包括耦接至总线接口208的总线控制器210，并且总线控制器210被配置为通过该总线接口与外部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210访问的多个寄存器214。即，总线控制器210以及因此照明微控制器102可读取和/或写入多个寄存器214，作为设置电源转换器104以用于初始操作的一部分，并且在操作期间控制电源转换器104。
图2的示例性系统示出了多个寄存器214中的十个寄存器，但也可存在其他寄存器。寄存器可包括接通时间寄存器212。接通时间寄存器212保持指示电源转换器104的最近接通时间的值。寄存器可包括感测增益寄存器216。在示例性系统中，电源开关218实现感测或基准晶体管(下文更详细地讨论)，该感测或基准晶体管的Ron电阻比主晶体管(下文也更详细地讨论)高已知量。感测增益寄存器216保持指示基准晶体管相对于主晶体管的Ron电阻的关系或比率的值。寄存器还可包括断开时间寄存器220。断开时间寄存器220保持指示施加至电源开关218的脉冲信号的断开时间的值。换句话讲，断开时间寄存器220保持指示电感器110(图1)的放电模式的长度的值。可实现纹波电流寄存器222。纹波电流寄存器222保持指示纹波电流的值，该寄存器最初可由照明微控制器102通过总线接口208写入；然而，纹波电流寄存器222中指示纹波电流的值是电源转换器104的电流控制环路的间接控制变量，因此可在操作期间变化。
示例性的多个寄存器214还可包括输入电压寄存器224。输入电压寄存器224保持指示提供给电源转换器104的输入电压VDC的值。可实现输出电压寄存器226。输出电压寄存器226保持指示电源转换器104的输出电压的值。可实现目标频率寄存器228。目标频率寄存器228保持指示电源转换器104的目标工作频率的值。可实现控制寄存器230。控制寄存器230保持指示电感器的放电模式的长度与开关电源转换器的输出电压之间的数学关系的值。控制寄存器230最初可由照明微控制器102通过总线接口208写入；然而，控制寄存器230中的值变成电源转换器104的频率控制环路的控制变量，并且因此可在操作期间变化。可实现比例寄存器232。比例寄存器232保持用于通过频率控制环路调整峰值电流的比例值，如下文更详细地讨论。并且最后，可实现平均电流寄存器234。平均电流寄存器234保持指示设定点平均电流的值。在示例性系统中，指示设定点平均电流的值是电源转换器104的电流控制环路的设定点，并且由照明微控制器102(图1)写入。
电源转换器104还包括具有栅极输入236的电源开关218。具体地讲，电源开关218包括主晶体管238，该主晶体管的漏极通过输入电压端子202耦接至输入电压VDC，其源极通过开关节点端子206耦接至LED 108(并且因此耦接至开关节点120)，并且栅极耦接至栅极输入236。电源开关218还包括基准晶体管240，同样，该基准晶体管的漏极耦接至输入电压VDC，并且栅极耦接至栅极输入236。在示例性系统中，当栅极输入236生效时，主晶体管238和基准晶体管240两者使电流能够从漏极流至源极。如下文将更详细描述的，通过基准晶体管240汲取已知的基准电流，并且已知的基准电流产生基准电压。在一些系统中，主晶体管238与基准晶体管240之间的Ron电阻的比率可以是可设定的或可调的。在此类系统中，由感测增益寄存器216中的值控制比率(1:X)，其中感测增益寄存器216耦接至电源开关218的控制输入242。
仍然参见图2，示例性电源转换器104还包括电流控制器244。电流控制器244产生在电源转换器104内使用的控制信号，并且在一些情况下，电流控制器244实现电流控制环路以控制由电源转换器104产生的平均电流(例如，通过比例-积分-微分(PID)控制器246)。电流控制器244耦接至电源开关218的栅极输入236。电流控制器244被配置为在电源开关218的栅极输入236上生成脉冲信号。脉冲信号的失效时间(即，电感器的放电模式)基于指示保持在断开时间寄存器220中的断开时间的值。脉冲信号的生效时间(即，电感器的充电模式)基于指示保持在平均电流寄存器234中的平均电流的值和指示保持在纹波电流寄存器222中的纹波电流的最新值。如图2所示，在示例性实施方案中，平均电流寄存器234不直接耦接至电流控制器244。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电源转换器104的其他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248，该比较器具有第一比较器输入252、第二比较器输入254和比较器输出256。第一比较器输入252耦接至主晶体管238的源极，并且第二比较器输入254耦接至基准晶体管240的源极。比较器输出256耦接至电流控制器244。示例性系统还包括电流开关258，该电流开关具有控制输入260、第一开关引线262和第二开关引线264。第一开关引线262耦接至基准晶体管240的源极(和第二比较器输入254)。电流开关258的控制输入260耦接至电流控制器244，特别是电流控制器244内的开关控制器266。
示例性系统还包括耦接至电流开关258的第二开关引线264的电流源268。电流源268可采取任何合适的形式，诸如产生受控电流的数模转换器。电流源268具有控制输入270(例如，数字输入)，该控制输入设定流过电流源268的受控电流。控制输入270耦接至纹波电流寄存器222，并且因此纹波电流寄存器222中指示纹波电流的值设定由电流源268提供的电流。该系统还包括第二电流源272，该第二电流源耦接至第二比较器输入254(和基准晶体管240的源极)。电流源272同样可采取任何合适的形式，诸如产生受控电流的数模转换器。电流源272具有控制输入274，该控制输入设定流过电流源272的受控电流。控制输入274耦接至平均电流寄存器234，并且因此平均电流寄存器234中指示平均电流的值设定由电流源272提供的电流。
仍然参见图2，示例性电源转换器104还包括具有模拟输入278和数字输出280的模数(A/D)转换器276。模拟输入278耦接至输入电压VDC(如气泡“B”所示)。数字输出280耦接至输入电压寄存器224。在操作期间，A/D转换器276利用提供给电源转换器104的输入电压周期性地更新输入电压寄存器224。示例性电源转换器104还包括具有模拟输入284和数字输出286的A/D转换器282。模拟输入284耦接至转换器的输出电压，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286耦接至输出电压寄存器226。A/D转换器282利用电源转换器104所提供的输出电压的指示来周期性地更新输出电压寄存器226。
更具体地讲，现在参见电流控制器244。电流控制器244实现先前介绍的PID控制器246和开关控制器266。示例性电流控制器244还实现断开定时器288、脉冲驱动器290和断开时间控制器292。断开定时器288耦接至断开时间寄存器220。基于指示保持在断开时间寄存器220中的断开时间的值，断开定时器288控制由脉冲驱动器290实现的断开时间。具体地讲，基于来自PID控制器246的指示充电模式结束的信号的生效，断开定时器288使到脉冲驱动器290的信号生效并且使信号保持生效达断开时间寄存器220中所指示的时间段。到脉冲驱动器290的信号的生效使得脉冲驱动器290使到电源开关218的脉冲信号失效，从而实现放电模式。从断开定时器288到脉冲驱动器290的信号一旦失效，则脉冲驱动器290使到电源开关218的脉冲信号生效，从而开始新的充电模式。开关控制器266和断开时间控制器292在下文在初始设置的讨论之后更详细地讨论。
在初始设置期间，照明微控制器102(图1)向电源转换器104所使用的所述多个寄存器214提供特定信息。例如，照明微控制器102可向感测增益寄存器216中写入指示主晶体管238和基准晶体管240的Ron电阻比率的值，使得电源开关218实现期望的比率。对于特定的系统设计和设置(例如，预期输入电压和预期输出电压)，照明微控制器102(图1)可向控制寄存器230中写入指示电感器的放电模式的长度与开关电源转换器的预期输出电压之间的数学关系的初始值。
为了电源转换器104的正确操作，基于输出电压和控制寄存器230中的值周期性地更新由断开定时器288实现的断开时间(如从断开时间寄存器220读取)。具体地讲，在示例性实施方案中，断开时间控制器292耦接至输出电压寄存器226和控制寄存器230并周期性地读取该输出电压寄存器和该控制寄存器。断开时间控制器292可将输出电压寄存器226中的值(或其一些变体，诸如在预定时间段内的平均值)除以控制寄存器230中的值，并且所得值为指示写入断开时间寄存器220并由断开定时器288用于下一个放电模式的断开时间的值。然而，在电源转换器104生成输出电压之前，照明微控制器102将值写入断开时间寄存器220中以使电源转换器104能够开始初始操作，并且断开时间控制器292直到电源转换器104已操作预定时间段才进行周期性更新。
照明微控制器102(图1)还可将初始值写入纹波电流寄存器222中并将该初始值写入比例寄存器232中。保持在纹波电流寄存器222中的值和比例寄存器232中的值在操作期间是可变的。在相关领域的电源转换器中，电流控制器(例如，电流控制器内的PID控制器)直接更新纹波电流寄存器222中的值，作为控制平均电流的一部分。出于与在示例性实施方案中实现的频率调节相关联的原因，在操作中，PID控制器246(示例性地示出在电流控制器244内)更新比例寄存器232中的值，这使得纹波电流寄存器222中的值更新。纹波电流寄存器222中的值与比例寄存器232中的值的关系在下文相对于频率控制器294更详细地讨论。电流源268产生与纹波电流相关的电流，并且电流源268在设定提供给电源开关218的栅极输入236的脉冲信号的接通时间中起作用，如下文更详细地讨论。
仍作为初始设置的一部分，照明微控制器102还可向平均电流寄存器234中写入指示平均电流的值，该值实际上是电源转换器104所实现的电流控制环路的设定点。因此，电流源272产生与平均电流相关的电流，并且电流源272在设定提供给电源开关218的栅极输入236的脉冲信号的接通时间中起作用，如下文更详细地讨论。
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。曲线图302示出了随时间变化的流过主晶体管238的电流。曲线图304示出了该系统内的多个示例性布尔信号，并且具体地讲，示出了提供给电源开关218的栅极输入236的脉冲信号306、提供给电流开关258的控制输入260的开关信号308以及比较器248所形成的比较信号310。
同时参见图2和图3(并且具体地讲，曲线图300和304)，本说明书现在转到电源转换器104的操作，并且具体地转到电源转换器104的电流控制环路。在断开定时器288到期时(时间320)，脉冲驱动器290使脉冲信号306生效，从而开始充电模式。因此电源开关218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。在表示为接通时间tON的时间段之后，流过电感器的电流达到曲线图300中表示为IMAX的峰值电流。当电感器电流在时间322达到峰值电流IMAX时，断开定时器288被触发，使得脉冲信号306失效(即，功率开关218变为非导通)，因此充电模式结束并且连续放电模式开始。电源转换器104在图3中被表示断开时间tOFF的时间段内保持在放电模式下。然后以下一个充电模式重复该循环。
对于恒定输入电压和恒定输出电压，当在稳态条件下提供设定点平均电流时，接通时间tON和断开时间tOFF将是恒定的。然而，变化的物理条件可导致变化。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。输出电压可基于输入电压的变化而改变，或者输出电压可基于随着LED 108切换进出服务LED的数量的变化而变化。
尽管存在变化的物理条件，但为了提供设定点平均电流，电源转换器104控制若干变量。例如，可通过调整峰值电流IMAX电平来将接通时间tON从充电模式调整至充电模式。断开时间tOFF同样可基于输出电压来周期性地调整。接通时间tON和断开时间tOFF中的每一者将依次寻址。
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生效且电源开关218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的长度与第二周期t2的长度匹配时，在数学上算出中点电流318是提供给LED 108的平均电流IAVG。因此，电源转换器104(并且具体地PID控制器246)监测第一周期t1的长度和第二周期t2的长度，并且在稳态操作中调节系统以使第一周期t1的长度与第二t2的长度匹配。
由示例性电源转换器104实现的电流控制可被称为恒定纹波平均电流控制。在此类系统中，控制峰值电流IMAX以控制平均电流。纹波电流、平均电流IAVG和峰值电流IMAX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IRIP与峰值电流IMAX之间的关系是IMAX为IAVG加上IRIP。然后，从概念上讲，在瞬态循环期间，当第一周期t1的长度不等于第二周期t2的长度时，在紧接着的断开时间期间，PID控制器246调整比例寄存器232中的值，这导致纹波电流寄存器222中指示纹波电流的值进行了调整。对指示波纹电流的值的调整导致对峰值电流IMAX的调整，以试图迫使t1的长度在下一接通时间tON等于t2。例如，如果在第一充电模式下第一周期t1的长度大于第二周期t2的长度，则指示纹波电流的值增加(即，峰值电流IMAX增加)，以试图延长下一充电模式中的第二周期t2。相反，如果在第一充电模式下第一周期t1的长度小于第二周期t2的长度，则指示纹波电流的值减少(即，峰值电流IMAX减少)，以试图缩短下一充电模式中的第二周期t2的长度。
在转到由电源转换器104测量第一周期t1和第二周期t2的长度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238的电流。当脉冲信号306生效时(例如，当充电模式开始时)，基准晶体管240和主晶体管238两者均变为导通。由于系统100内的寄生电容，所以最初可存在高浪涌电流，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248的错误指示，示例性系统可实现消隐时间tBLANK。
仍同时参见图2和图3，根据示例性实施方案，由电流控制器244使用比较器248、电流开关258以及电流源268和272的组合来测量接通时间tON。具体地讲，在第一周期t1期间，电流开关258为断开或非导通。因此，在两个电流源268和272中，仅电流源272在第一周期t1期间耦接至第二比较器输入254。电流源272驱动与保持在平均电流寄存器234中的指示平均电流的值成比例的电流(即，设定点平均电流)。因此，比较器248将主晶体管238的源极上的电压(该电压与流过主晶体管238的电流成比例)与基准晶体管240的源极上的电压(电流源272所固定的电压)进行比较。当电压的量值相交时(指示已达到IAVG)，比较器248使比较器输出256生效，如比较信号310所示。一旦比较信号310生效，则电流控制器244(例如，开关控制器266)使电流开关258的控制输入260生效，从而闭合电流开关258或使该电流开关导通。
电流开关258的闭合将电流源268耦接到耦接至第二比较器输入254的电路中。因此，比较器输出256上的比较信号310再次失效(如曲线图310所示)，并且比较器248继续将主晶体管238的源极上的电压与基准晶体管240的源极上的电压(电流源268和272现在所固定的电压)进行比较。当这些电压的量值再次相交时(指示已达到峰值电流IMAX)，比较器248使比较器输出256再次生效，如比较信号310所示。比较信号310的第二生效是接通时间tON的结束和断开时间tOFF的开始。出于控制的目的，由电流控制器244将第一周期t1的长度测量为脉冲信号306的生效(或等同地，断开定时器的到期)与比较信号310的第一生效之间的时间。由电流控制器244将第二周期t2的长度测量为比较信号310的第一生效和第二生效之间的时间。在一些示例性系统中，PID控制器246接收周期t1和t2的长度的指示并且对比例寄存器232中的值进行调整(这导致对纹波电流寄存器222中的值进行调整)以试图平衡下一个充电模式中的周期t1和t2的长度。出于频率调节的目的，电流控制器244(例如，PID控制器246)还在接通时间寄存器212中写入指示接通时间的值。
现在参见断开时间tOFF考虑因素。在示例性系统中，随着输出电压(在电感器110与LED 108之间测得)的变化，电源转换器104还改变断开时间以便保持恒定或接近恒定的纹波电流。具体地讲，在示例性实施方案中，可将指示电感器的放电模式的长度与保持在控制寄存器230内的输出电压之间的数学关系的值初始设定为预期输出电压和预期断开时间的数学乘积。在操作期间，并且随着实际输出电压的变化(例如，LED切换进出电路)，周期性地更新断开时间寄存器220中指示断开时间的值，以说明由A/D转换器282测量的输出电压的变化。因此，随着输出电压的变化(或随着平均输出电压的变化)，指示断开时间的值也通过断开时间控制器292的操作而变化。更具体地，如果控制寄存器230中的值保持恒定，则由断开定时器288生成的断开时间与输出电压成反比，以便随着输出电压的变化保持纹波电流恒定。
相对于由电流控制器244实现的电流控制环路，电源转换器104的工作频率随时间变化。例如，如果实际平均电流低于设定点平均电流(例如，如果第一周期t1短于第二周期t2)，则在下一个充电模式下，接通时间tON减少，因此工作频率增大。相反，如果实际平均电流高于设定点平均电流(例如，如果第一周期t1长于第二周期t2)，则在下一个充电模式下，接通时间tON增加，因此工作频率减小。同样，当输出电压变化时，电源转换器104的工作频率变化。例如，如果输出电压增大，则断开时间tOFF减少，从而增大工作频率。相反，如果输出电压减小，则断开时间tOFF增加，从而减小工作频率。
相关领域的电源控制器的工作频率可广泛改变。例如，正提供50伏的输入电压VDC并且其中输出电压在5伏至45伏的范围内变化的相关领域的电源控制器可能经历+/-45％的频率变化。工作频率的大幅摆动使得电气噪声和电磁干扰(EMI)难以抑制。
各种示例性实施方案以调节电源转换器104的开关频率的方式操作电源转换器104。具体地讲，示例性实施方案不仅实现上文提到的电流控制环路(例如，通过电流控制器244)，而且实现有助于调节电源转换器的开关频率的频率控制环路。在示例性实施方案中，频率控制环路通过调整输出电压与电感器的放电模式的长度的关系(例如，调整控制寄存器230中的值)来控制开关频率。当对控制寄存器230中的值进行调整时，频率控制环路还改变峰值电流IMAX。
更具体地，在示例性情况下，频率控制环路通过调整控制寄存器230中的值(该调整与输出电压(例如，预定时间段内的平均输出电压)的变化成比例)并且与输出电压的变化成比例地改变峰值电流IMAX来调节开关频率。更具体地，在示例性情况下，频率控制环路通过与输出电压的变化成正比地调整控制寄存器230中的值并且通过与输出电压的变化成正比地改变峰值电流IMAX来调节开关频率。在一些情况下，峰值电流IMAX的变化可基于比例值(例如，保持在比例寄存器232中的值)。
再次参见图2。示例性电源转换器104还包括通信地耦接至多个寄存器214的频率控制器294。频率控制器294实现频率控制环路。为此，频率控制器294被设计和构造成读取和写入多个寄存器214中的各种寄存器。虽然图2示出了直接访问各种寄存器的频率控制器294，但在其他实施方案中，频率控制器294可通过总线控制器210访问寄存器。在示例性实施方案中，频率控制器294可具有对输入电压寄存器224、输出电压寄存器226、控制寄存器230、目标频率寄存器228、比例寄存器232、纹波电流寄存器222、接通时间寄存器212和断开时间寄存器220的读取访问。此外，示例性频率控制器294可具有对控制寄存器230和纹波电流寄存器222的写入访问。
在示例性实施方案中，频率控制器294通过调整控制寄存器230中的值来调节开关频率。更具体地，频率控制器294读取目标频率寄存器228中指示目标频率的值。频率控制器294监测电源转换器104的开关频率。例如，频率控制器294可通过读取接通时间寄存器212中的值和断开时间寄存器220中的值来直接感测开关频率的变化(例如，值的总和为开关周期，并且总和的倒数为开关频率)。频率控制器294可通过读取输入电压寄存器224而感测输入电压的变化来间接感测开关频率的变化。频率控制器可通过读取输出电压寄存器226而感测输出电压的变化来间接感测开关频率的变化。
无论频率控制器294如何确定开关频率已改变，当开关频率指示需要调节时，频率控制器294调整控制寄存器230中的值。在一些情况下，频率控制器294允许电流控制器244(例如，断开时间控制器292)基于对控制寄存器230的改变来更新断开时间寄存器220中的值，但在其他情况下，当改变控制寄存器230时，频率控制器294还更新断开时间寄存器220，以避免对断开时间寄存器220的更新的任何滞后。
如图3和相关讨论所暗示的，控制变量都是相互关联的，使得一个控制变量中的变化可导致其他控制变量的变化，以实现恒定纹波平均电流控制中的稳态操作。由频率控制器294对断开时间tOFF进行的调整最终将通过电流控制环路的操作导致峰值电流IMAX的变化。如果没有辅助，则电流控制环路可能需要若干个开关周期来实现正确的峰值电流IMAX。因此，在一些示例性实施方案中，当频率控制器294进行调整以调节开关频率时，频率控制器294还使峰值电流IMAX发生变化。在一个示例性情况下，频率控制器294通过修正纹波电流寄存器222中的值来改变峰值电流IMAX。具体地讲，当频率控制器294修改控制寄存器230中的值时，频率控制器294同时修正纹波电流寄存器222中的值。在示例性情况下，纹波电流寄存器222中的值是控制寄存器230中的值与比例寄存器232中的值的乘积。因此，当控制寄存器230中的值被频率控制环路修改以影响频率变化时，纹波电流寄存器222中的值被同时且自动地修正，而不影响比例寄存器232(其由电流控制环路控制)中的值。在示例性实施方案中，纹波电流寄存器222中的值的变化与控制寄存器230中的值的变化同时发生是电流控制环路更新比例寄存器232作为平均电流控制的一部分而不是直接更新纹波电流寄存器222中的值的原因。由频率控制器294实现的峰值电流IMAX的变化可被视为有助于电流控制环路提供设定点平均电流的前馈变化或调整。
此外，考虑到控制变量的相互关联性和若干变量由电流控制器244和频率控制器294(例如，纹波电流寄存器222和断开时间寄存器220)两者控制的事实，为了减少或避免电流控制器244与频率控制器294之间的不期望的交互作用，两个控制器可以不同频率更新受控变量。例如，在一些系统中，电流控制器244可在每个接通时间tON结束之后(即，在连续断开时间tOFF期间)对比例寄存器232中的值进行修正(例如，在瞬态条件期间)。因此，电流控制器244可以电源转换器104的开关频率(例如，100千赫(kHz)或更大)进行更新。为了引起纹波电流寄存器222中的值的变化与比例寄存器232中的值的变化同时发生，频率控制器294还可在连续断开时间tOFF期间更新纹波电流寄存器222中的值。
相比之下，频率控制器294可进行调整以便以较低速率(例如，当电源转换器104的开关频率为100KHz时的1kHz)控制电源转换器104的开关频率。以这种方式，减少或避免了电流控制器244与频率控制器294之间的不期望的交互作用。
在一些实施方案中，频率控制器294用于在开环意义上控制开关频率。例如，可以数学方式示出，通过以下公式实现控制寄存器230中的值的良好近似以使开关频率处于或接近目标频率：
VOUT*TOFF＝(VDC-VOUTNEW)/VDC/target_frequency (1)
其中“VOUT*TOFF”是要置于控制寄存器230中的值，VDC是当前存在的输入电压，VOUTNEW是当前存在的输出电压(在电感器和LED之间测得)，而target_frequency是目标频率(例如，保持在目标频率寄存器228中)。因此，在一些实施方案中，频率控制器294周期性地读取各种寄存器，并且更新控制寄存器230中的值以将开关频率调节为处于或接近目标频率。然而，在其他情况下，频率控制器294用于在闭环意义上控制开关频率。
图4示出了根据至少一些实施方案的频率控制器294的框图。为了图的便利性，图4还示出断开时间寄存器220、接通时间寄存器212、目标频率寄存器228、比例寄存器232、控制寄存器230和纹波电流寄存器222。示例性频率控制器294通过PID块400来实现某种形式的比例-积分-微分(PID)控制。例如，PID块400可实现仅比例控制、仅积分控制、比例-积分控制和其他变体。PID块400采用通过求和块402产生的误差信号作为输入。求和块402基于指示开关频率和目标频率的值(诸如对目标频率寄存器228的读取)来创建误差信号。在图4的示例性情况下，通过读取断开时间寄存器220来获得指示开关频率的值，但如上面所讨论的，从断开时间寄存器220和接通时间寄存器212导出指示开关频率的值。具体地讲，示例性频率控制器294读取断开时间寄存器220中的值和接通时间寄存器212中的值。示例性控制器诸如通过求和块404来对这两个值求和。求和的所得结果与开关周期成比例。开关周期与开关频率成反比，因此从概念上讲，可通过取开关周期的倒数(诸如倒数块406)来产生指示开关频率的值。
然后，可使用对由倒数块406产生的开关频率的指示来产生指示开关频率与目标频率之间的误差的误差信号。具体地讲，在示例性系统中，频率控制器294读取目标频率寄存器228中的值，并且基于开关频率与目标频率之间的差值来产生误差信号(例如，通过求和块208)。然后，误差信号变为PID块400的输入。基于误差信号，PID块400更新控制寄存器230中的值。更新控制寄存器230中的值导致断开时间寄存器220中的值基于输出电压而变化。因此，示例性频率控制器294将最终稳定在稳态条件下，其中开关频率与保持在目标频率寄存器228中的目标频率匹配或密切匹配。
图4的示例性频率控制器294还示出了用于通过修正纹波电流寄存器222中的值来改变流过电感器的峰值电流的示例性系统。具体地讲，示例性系统实现乘法器410。乘法器耦合至比例寄存器232中的值和PID块400的输出(或者另选地，控制寄存器230中的值)。顾名思义，乘法器410产生与比例寄存器232中的值和控制寄存器230中的值的乘积成比例的输出。乘法器410的乘积是写入纹波电流寄存器222的值。由于频率控制器294与输出电压的变化成比例地改变控制寄存器230中的值(以调节频率)，因此示例性乘法器410同样与输出电压成比例地改变纹波电流寄存器222中的值。
因此，通过使电流控制环路调整比例寄存器232中的值以使纹波电流寄存器222中的值发生变化，可基于控制寄存器230中的值来实现峰值电流控制的前馈方面。图4的示例性频率控制器294仅是一个示例性实施方式。具有普通技术并且受益于本公开的人员可设计将根据本公开产生令人满意的结果的实施方式。
再次参见图2。作为电流控制环路操作和频率控制环路操作两者的相互影响的示例，考虑电源转换器104正在操作并且在稳态条件下提供输出电压的情况(例如，输出电压是恒定的，输入电压是恒定的，峰值电流IMAX是恒定的，并且开关频率是恒定的)。现在考虑输出电压增大(例如，将附加的LED切换到电路中)。电流控制器244(例如，断开时间控制器292)降低断开时间寄存器220中的值。断开时间寄存器220中的较低值导致断开时间较短，并且因此暂时导致开关频率较高。另外，电流控制器244修改比例寄存器232中的值，这导致对纹波电流寄存器222中的值的修改，以实现设定点平均电流。频率控制器294运行频率控制环路的频率低于电流控制器244运行电流控制环路的频率，最终看到开关频率的增大。基于开关频率的增加，频率控制器294增大控制寄存器230中的值，使得断开时间寄存器220中的值再次降低。同时，频率控制器294增大纹波电流寄存器222中的值，这导致更高的峰值电流IMAX。即，控制寄存器230中的值的增大使得乘法器410产生比先前更大的乘积，并且将新的乘积写入纹波电流寄存器222。以这种方式，电源转换器104的开关频率降低到更接近目标频率寄存器228中的目标频率。如上面所讨论的，频率控制器294可在开环意义上进行阶跃变化，以使开关频率更接近目标频率。在其他情况下(例如，图4)，频率控制器294可在频率控制器294的若干工作循环内，通过PID块400的操作来迫使开关频率与目标频率匹配。
现在考虑相反的情况。即，考虑电源转换器104正在操作并且在稳态条件下提供输出电压，然后输出电压减小(例如，将LED切换出电路)的情况。电流控制器244(例如，断开时间控制器292)增大断开时间寄存器220中的值。断开时间寄存器220中的增大的值导致断开时间更长，并且因此暂时导致开关频率更低。另外，电流控制器244修改比例寄存器232中的值，这导致对纹波电流寄存器222中的值的修改，以实现设定点平均电流。频率控制器294运行频率控制环路的频率低于电流控制器244运行电流控制环路的频率，最终看到开关频率的减小。基于开关频率的减小，频率控制器294减小控制寄存器230中的值，使得断开时间寄存器220中的值再次增大。同时，频率控制器294减小纹波电流寄存器222中的值，这导致较低的峰值电流IMAX。即，控制寄存器230中的值的减小使得乘法器410产生比先前更小的乘积，并且将新的乘积写入纹波电流寄存器222。以这种方式，电源转换器104的开关频率升高为更接近目标频率寄存器228中的目标频率。如上面所讨论的，频率控制器294可在开环意义上进行阶跃变化，以使开关频率更接近目标频率。在其他情况下(例如，图4)，频率控制器294可在频率控制器294的若干工作循环内，通过PID块400的操作来迫使开关频率与目标频率匹配。
至此，各种实施方案假设对断开时间的调整和对峰值电流的改变是基于上读取和更新寄存器来实现的。然而，具有普通技术并且受益于本公开的人员可以多种不同的方式实现该系统。例如，峰值电流的变化可通过与电流源272并联耦接的附加受控电流源来实现。附加受控电流源将产生被选择用于实现由频率控制环路实现的峰值电流的变化的电流。类似地，调整断开时间以更好地控制开关频率可通过直接操纵断开定时器288来实现。
图5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(框500)并且包括：以可变的开关频率操作开关电源控制器，每个开关周期都包括开关电源转换器的电感器的充电模式和电感器的放电模式(框502)；由电流控制环路通过控制电感器的每个充电模式下的峰值电流来控制从开关电源转换器提供的平均电流(框504)；以及由频率控制环路调节开关电源转换器的开关频率(框506)。调节开关频率可包括：调整输出电压与电感器的放电模式的长度的关系(框508)；以及在充电模式期间改变流过电感器的峰值电流(框510)。之后，方法结束(框512)，可能立即重新开始。
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。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 (12)

1.一种操作开关电源转换器的方法，所述方法包括：
以可变的开关频率操作所述开关电源转换器，每个开关周期都包括所述开关电源转换器的电感器的充电模式和所述电感器的放电模式；
由电流控制环路通过控制所述电感器的每个充电模式下的峰值电流来控制从所述开关电源转换器提供的平均电流；以及
由频率控制环路通过以下操作来调节所述开关电源转换器的所述开关频率：
调整输出电压与所述电感器的放电模式的长度的关系；以及
在充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流。
2.根据权利要求1所述的方法：
其中调整输出电压与放电模式的所述长度的所述关系还包括与输出电压的变化成比例地进行调整；并且
其中在充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流还包括与所述输出电压的变化成比例地进行改变。
3.根据权利要求1所述的方法，其中调整输出电压与放电模式的所述长度的所述关系还包括修改所述开关电源转换器的电源控制器的控制寄存器中的值，所述控制寄存器中的所述值限定所述电感器的放电模式的所述长度与所述输出电压之间的数学关系。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流包括：
修改所述开关电源转换器的电源控制器的控制寄存器中的值，所述控制寄存器中的所述值限定所述电感器的放电模式的所述长度与所述输出电压之间的数学关系；以及
修正所述电源控制器的纹波电流寄存器中的值，其中基于所述纹波电流寄存器中的所述值来控制在充电模式期间流过所述电感器的所述峰值电流。
5.根据权利要求1所述的方法：
其中调整输出电压与放电模式的所述长度的所述关系还包括修改所述开关电源转换器的电源控制器的控制寄存器中的值，所述控制寄存器中的所述值限定所述电感器的放电模式的所述长度与所述输出电压之间的数学关系；
其中在充电模式期间改变流过所述电感器的峰值电流还包括修正所述电源控制器的纹波电流寄存器中的值，其中基于所述纹波电流寄存器中的所述值来控制所述峰值电流。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在调整输出电压与放电模式的所述长度的所述关系之前，以及在充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流之前，所述方法还包括更新保持在所述开关电源转换器中的断开时间寄存器中的指示断开时间的第一值，所述更新基于所述开关电源转换器的输出电压和控制寄存器中的值的变化，所述控制寄存器中的所述值限定所述电感器的放电模式的所述长度与所述输出电压之间的数学关系。
7.一种用于用于驱动发光二极管LED的开关电源转换器的控制器，所述控制器包括：
输入电压端子、输出电压端子、开关节点端子和总线接口；
总线控制器，所述总线控制器耦接至所述总线接口；
平均电流寄存器，所述平均电流寄存器能够由所述总线控制器访问，所述平均电流寄存器被配置为保持指示设定点平均电流的值；
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，所述纹波电流寄存器被配置为保持指示纹波电流的值；
断开时间寄存器，所述断开时间寄存器能够由所述总线控制器访问，所述断开时间寄存器被配置为保持指示电感器的放电模式的断开时间的值；
控制寄存器，所述控制寄存器能够由所述总线控制器访问，所述控制寄存器被配置为保持指示所述电感器的放电模式的长度与所述开关电源转换器的输出电压之间的数学关系的值；
电源开关，所述电源开关具有耦接至所述开关节点端子的第一引线、耦接至所述输入电压端子的第二引线以及控制输入；
电流控制器，所述电流控制器耦接至所述纹波电流寄存器，所述电流控制器被配置为通过在所述电感器的充电模式期间控制峰值电流来控制从所述开关电源转换器提供的平均电流；
频率控制器，所述频率控制器耦接至所述控制寄存器、所述断开时间寄存器和所述纹波电流寄存器，所述频率控制器被配置为通过将所述频率控制器配置为进行以下操作来调节所述开关电源转换器的开关频率：
调整指示所述电感器的放电模式的所述长度与所述开关电源转换器的所述输出电压之间的所述数学关系的所述值；以及
在所述电感器的充电模式期间改变所述峰值电流。
8.根据权利要求7所述的控制器：
其中当所述频率控制器调整所述输出电压与放电模式的所述长度的所述关系时，所述频率控制器还被配置为与输出电压的变化成比例地进行调整；并且
其中当所述频率控制器在充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流时，所述频率控制器还被配置为与所述输出电压的所述变化成比例地进行改变。
9.根据权利要求7所述的控制器，其中当所述频率控制器在充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流时，所述频率控制器还被配置为修正所述纹波电流寄存器中的所述值，并且其中基于所述纹波电流寄存器中的所述值来控制在充电模式期间流过所述电感器的所述峰值电流。
10.一种用于操作发光二极管LED的系统，所述系统包括：
照明微控制器；
开关电源转换器，所述开关电源转换器通信地耦接至所述照明微控制器；
LED，所述LED通过电感器耦接至所述开关电源转换器；
所述开关电源转换器被配置为：
以可变的开关频率操作，并且所述操作使用所述电感器的放电模式的长度进行，放电模式的所述长度可基于所述开关电源转换器的输出电压而变化；
由电流控制器控制提供给所述LED的平均电流，所述电流控制器被配置为通过在充电模式期间控制流过所述电感器的峰值电流来控制平均电流；以及
由频率控制器通过将所述频率控制器配置为进行以下操作来调节所述开关电源转换器的所述开关频率：
调整所述输出电压与放电模式的所述长度的关系；以及
在充电模式期间改变流过所述电感器的峰值电流。
11.根据权利要求10所述的系统：
其中当所述频率控制器调整所述输出电压与放电模式的所述长度的所述关系时，所述频率控制器还被配置为与所述输出电压的变化成比例地进行调整；并且
其中当所述频率控制器在充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流时，所述频率控制器还被配置为与所述输出电压的所述变化成比例地进行改变。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述开关电源转换器还包括：
纹波电流寄存器，所述纹波电流寄存器能够由所述照明微控制器访问，所述纹波电流寄存器被配置为保持指示纹波电流的值；并且
其中当所述频率控制器在所述充电模式期间改变流过所述电感器的所述峰值电流时，所述频率控制器还被配置为修正所述纹波电流寄存器中的所述值，并且其中基于所述纹波电流寄存器中的所述值来控制在所述充电模式期间流过所述电感器的所述峰值电流。
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