CN113853833B - Dc-dc转换器电路、led照明系统和操作led驱动器的方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了系统、装置和方法。装置包括功率级电路、开关和第一电路。开关电耦合到功率级电路。第一电路电耦合到功率级电路和开关，并且具有单个输出端。第一电路被配置为在单个输出端处提供第一电路输出电压。第一电路输出电压在功率级电路以峰值电流水平导通的条件下具有第一电平。第一电路输出电压在功率级电路不导通的条件下具有第二电平。

Description

DC-DC转换器电路、LED照明系统和操作LED驱动器的方法
背景技术
直流（DC）至DC（DC-DC）转换器电路可以用于发光二极管（LED）照明系统以降低或升高电压，并提供电流来驱动一个或多个LED装置或阵列。通过控制耦合到主电感器的开关的接通状态和关断状态，DC-DC转换器电路（诸如降压转换器电路、升压转换器电路、和降压-升压转换器电路）可以在不同的模式下进行操作。例如，这种模式可以包括：连续电流模式（CCM），其中通过主电感器的电流在开关期间绝不下降到零以下；不连续电流模式（DCM），其中通过主电感器的电流在其再次开始流动之前周期性地下降到零一段时间；以及临界或边界模式（CRM），其中通过主电感器的电流周期性地下降到零，且然后立即再次开始流动。
发明内容
本文描述了系统、装置和方法。一种装置包括功率转换器功率级电路、开关和第一电路。开关电耦合到功率转换器功率级电路。第一电路电耦合到功率转换器功率级电路和开关，并且具有单个输出端。第一电路被配置为在单个输出端处提供第一电路输出电压。在功率级电路以峰值电流水平导通的条件下，第一电路输出电压具有第一电平。在功率级电路不导通的条件下，第一电路输出电压具有第二电平。
附图说明
图1A是被配置为在CRM下操作的一个示例DC-DC转换器电路的示意图；
图1B是被配置为在CRM下操作的另一示例DC-DC转换器电路的示意图；
图1C是示例降压转换器电路的电路图，其中负载以地为基准并且PIZCD节点以浮动地为基准；
图1D是示例降压-升压转换器电路的电路图，其中开关以地为基准；
图1E是示例升压转换器电路的电路图，其中开关以地为基准；
图1F是示例降压转换器电路的电路图，其中开关以地为基准，其中使用电感器的额外绕组来感测电感器电流；
图1G是示出降压转换器电路中图1B的功率级和多功能电路以及示例控制电路的详细实现的电路图；
图1H是操作LED驱动器的示例方法的流程图；
图2是根据一个实施例的集成LED照明系统的电子板的俯视图；
图3A是一个实施例中电子板的俯视图，其中LED阵列在LED装置附接区域处附接到衬底；
图3B是双通道集成LED照明系统的一个实施例的示意图，其中电子部件安装在电路板的两个表面上；
图3C是LED照明系统的实施例的示意图，其中LED阵列在与驱动器和控制电路分离的电子板上；
图3D是LED照明系统的框图，该LED照明系统具有LED阵列以及与驱动电路分离的电子板上的一些电子器件；
图3E是示出多通道LED驱动电路的示例LED照明系统的示意图；以及
图4是示例应用系统的示意图。
具体实施方式
不同的光照明系统和/或发光二极管（“LED”）实现的示例将在下文中参考所附附图而更全面地描述。这些示例不相互排斥，并且在一个示例中发现的特征可以与在一个或多个其他示例中发现的特征相组合，以完成附加的实现。因此，将理解的是，所附附图中示出的示例仅仅为了说明的目的而提供，并且它们不旨在以任何方式限制本公开。类似的数字始终指代类似的元件。
将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用来描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语可以用来区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括一个或多个相关联列出项目的任何和所有组合。
将理解的是，当诸如层、区域或衬底的元件被称为“在”另一个元件“上”或“延伸到”另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可能存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上”或“直接延伸到”另一个元件“上”时，可能不存在中间元件。还将理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另一个元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，在该元件和另一个元件之间不存在中间元件。将理解的是，除了各图中描绘的任何取向之外，这些术语旨在涵盖元件的不同取向。
诸如“之下”、“之上”、“上方”、“下方”、“水平”或“垂直”的相对术语在本文中可以用来描述一个元件、层或区域与各图中所示的另一个元件、层或区域的关系。将理解的是，除了各图中描绘的取向之外，这些术语旨在涵盖装置的不同取向。
此外，LED、LED阵列、电气部件和/或电子部件是否容纳在一个、两个或更多个电子板上也可以取决于设计约束和/或应用。
半导体发光装置（LED）或光学功率发射装置（诸如发射紫外（UV）或红外（IR）光学功率的装置）是当前可用的最有效的光源。这些装置可以包括发光二极管、谐振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、边缘发射激光器等。例如，由于其紧凑的尺寸和较低的功率要求，LED对于许多不同的应用可能是有吸引力的候选。例如，它们可以用作手持式电池供电的装置（诸如摄影机和手机）的光源（例如，闪光灯和摄影机闪光灯）。例如，它们也可以用于汽车照明、平视显示器（HUD）照明、园艺照明、街道照明、视频手电筒（torch for video）、一般照明（例如，家庭、商店、办公室和工作室照明、剧院/舞台照明和建筑照明）、增强现实（AR）照明、虚拟现实（VR）照明、显示器背光、和IR光谱。单个LED提供的光可能不如白炽光源亮，并且因此，多结装置或LED阵列（诸如单片LED阵列、微LED阵列等）可以用于期望或要求更高亮度的应用。
如上所述，DC-DC转换器电路可以用于LED照明系统中，以降低或升高电压并提供电流来驱动一个或多个LED装置或阵列，并且DC-DC转换器电路可以在若干不同的模式下进行操作。通常使用临界模式，因为它相对容易控制。
图1A是被配置为在CRM下操作的示例DC-DC转换器电路100的示意图。在所示示例中，DC-DC转换器电路100包括零电流检测（ZCD）电路116、峰值电流（PI）检测电路115和功率级电路114，该功率级电路114被配置为降低DC电压并将电流施加到负载104。
功率级电路114可以包括DC电压输入端101和并联电耦合的电容器102、电感器103、负载104和二极管106。开关105可以与ZCD电路116并联电耦合，并且与PI检测电路115串联电耦合。开关105的端子在图1A中表示为117。PI检测电路115可以包括经由PI检测节点111电耦合到开关105的电阻器107。ZCD电路116可以包括经由ZCD节点112串联电耦合的电阻器108和109。ZCD电路116可以经由节点110耦合到功率级电路114。
控制器（未示出）可以经由相应的节点111和112通信地耦合到PI检测电路115和ZCD电路116，以在CRM下操作功率级电路114。虽然没有在图1A中示出，但是本领域普通技术人员将理解控制器可以是什么。例如，控制器可以是集成电路（IC）控制器或分立控制器，诸如设置在电子板上和/或LED照明系统中的微控制器，该微控制器可以与DC-DC转换器电路在同一电子板上或在不同的电子板上。下面参考图2、图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图4来描述示例电子板和LED照明系统，其中可以实现本文描述的DC-DC转换器电路。
在操作中，可以经由DC电压输入端101将DC电压供应给功率级电路114。当开关105切换到接通状态时，电流开始流经与负载104并联的电容器102、电感器103和开关105。流经电感器103的电流（本文也称为电感器电流）随着开关处于接通状态的时间而增加。当开关105被切换到关断状态时，DC-DC转换器电路100转换到续流模式，在续流模式期间，电感器103通过推动电流通过另一路径来释放当开关105处于接通状态时积累的能量，该另一路径包括二极管106和与负载104并联的电容器102。电感器电流随着开关处于关断状态的时间而逐渐减小，直到达到零。
为了使控制器控制功率级电路114在CRM下操作，控制器以及附加电路可以检测电感器电流何时下降到零或接近零，并提供高接通信号，从而将开关105切换到接通状态。类似地，控制器可以检测电感器电流何时达到峰值水平或接近峰值水平，并提供低关断信号，从而将开关105切换到关断状态。
直接检测电感器电流并不是直截了当的，并且因此，这种检测通常是间接进行的。一种间接检测ZCD的方法是检测电感器103和开关的端子117（由图1A中的节点110表示）处的寄生电容之间的谐振，该谐振在电感器电流降至零时开始，指示续流周期结束。节点110处的谐振可以显著地将ZCD节点112处的电压减小到低值（即，明显低于ZCD阈值电压的值）。因此，控制器可以在ZCD节点110处的电压下降到ZCD阈值电压以下的条件下检测到ZCD。由电阻器108和电阻器109形成的简单电阻分压器可用来检测跨电阻器108的ZCD节点电压。替代地，可以从电感器103的额外耦合绕组获得ZCD。通过检测电阻器107处的电压，可以在PI检测节点111处间接检测峰值电流。电阻器107处检测到的电压与被检测的峰值电流成比例。
对于图1A中所示的示例DC-DC转换器电路100，ZCD和峰值电流在两个分离的节点处被单独检测，这需要两组附加电路来处理。附加电路可以包括例如比较器、逻辑门、锁存器等。这增加了控制电路的复杂性和成本，并且对于分立控制器需要较大的印刷电路板尺寸，并且对于集成电路控制器需要较大的管芯面积和更多的引脚。
图1B是被配置为在CRM下操作的另一示例DC-DC转换器电路120的示意图。在图1B中所示的示例中，提供了单个多功能电路128，并且其包括单个PI检测和ZCD （PIZCD）节点126，在该节点处可以检测ZCD和PI两者。图示的多功能电路128包括与功率级电路114串联电耦合的电阻器122和二极管123。电阻器121可以并联地电耦合在电阻器122和二极管123的串联组合与电阻器107之间。电容器124可以与电阻器122并联耦合。控制器127在图1B中示出，并且通信地耦合在PIZCD节点126和开关105的控制端子之间。具有与图1A中的部件相同的附图标记的图1B的部件可以类似地操作，除非另有说明。
与示例DC-DC电路100相比，在示例DC-DC电路120中，电阻器121被添加成与电阻器122和107并联，并且图1A的电阻器109被二极管123代替。电阻器121和122的值都可以被设置得比电阻器107的值高得多（例如，高1000倍或更多倍）。提供各种电路元件的值的示例的详细电路图在图1G中提供，并且在下面详细描述。电容器124可以与电阻器122并联电耦合，以在节点125处的电压上升沿和电压下降沿期间增强和确保高逻辑状态和低逻辑状态，从而最小化开关105在转换期间在接通和关断状态之间振荡的风险，而不使用锁存器IC。
在操作中，当开关105处于接通状态时，节点125处的电压电平为零或接近零，并且因此，PIZCD节点126处的电压电平等于电阻器107处的电压。通过电感器103的电流随着时间增加，直到PIZCD节点处的电压达到PIZCD阈值电平。当达到PIZCD阈值时，控制器127可以检测峰值电流，并将开关105切换到关断状态。当开关105切换到关断状态时，电感器电流流经二极管106，并且跨电阻器107的电压降是零。因此，PIZCD节点126处的电压反映了节点125处的电压，其相对于开关处于接通状态的时间段而言是高的。这将PIZCD节点126处的电压电平保持在相对于PIZCD阈值的高的状态，尽管电阻器107处的电压有所损失。因此，开关105可以保持在关断状态，直到续流周期结束并且电感器103和节点125处的寄生电容之间的振荡开始。由于振荡，节点125处的电压崩溃，并且ZCD节点126处的电压下降到PIZCD阈值以下。这可以触发控制器127将开关105切换到接通状态，从而开始新的循环。
在节点125处的下降沿期间，电容器124能够将PIZCD节点126处的电压下拉至地电压以下。因此，可能需要或期望负箝位（诸如通过二极管123）来保护控制器127。二极管123也可以箝位正电压。因此，二极管123的额定电压可以被选择为高于PIZCD阈值。
对于闭环控制，可以基于负载的平均输出电压或电流而由反馈系统（未示出）来连续调节PIZCD阈值。因此，平均输出电压或电流可以精确地调节到需要的水平。在其他实施例中，可以使用具有固定PIZCD阈值的开环系统，这可以简化系统所需的任何附加电路。在这种开环系统中，一阶平均输出电流可以等于峰值电感器电流的一半。控制精度可能低于闭环系统，但对于一些应用而言，仍可以在可接受的精度范围内操作。
图1B中所示的示例DC-DC转换器电路120是降压转换器的示例。然而，本文描述的实施例可以适用于具有不同拓扑的任何类型的DC-DC转换器电路。特定示例在图1C、图1D、图1E和图1F中示出。
图1C是示例降压转换器电路130的电路图，其中负载104以地为基准，并且PIZCD节点126以浮动地131为基准。图示的降压转换器电路130包括功率级电路132、多功能电路133和开关105。
图1D是示例降压-升压转换器电路140的电路图，其中开关105以地为基准。图示的降压-升压转换器电路140包括功率级电路142和多功能电路143。
图1E是示例升压转换器电路150的电路图，其中开关105以地为基准。图示的升压转换器电路150包括功率级152和多功能电路153。
图1F是示例降压转换器电路160的电路图，其中开关105以地为基准，其中使用电感器162的额外绕组来感测电感器电流。在图1F中所示的示例中，降压转换器电路160包括二极管164，该二极管164被配置为在开关105处于接通状态的时间期间阻挡电感器162的额外绕组上的负电压。降压转换器电路160的配置可以减少与电阻器121和122相关联的损耗，因为磁耦合电压通常被设计为低于节点125处的电压。
图1G是示出降压转换器电路170中图1B的功率级电路和多功能电路以及示例控制电路的详细实现的电路图。图示的降压转换器电路170包括开关105，在该示例中，开关105是以地为基准的N沟道MOSFET。N沟道MOSFET具有由控制电路171的输出控制的栅极。降压转换器电路170可以是由48V的DC电压VDCin供电的LED驱动器，以驱动LED阵列负载104。LED阵列负载104可以包括串联和/或并联连接的LED装置或像素。图示的LED阵列负载104具有36V的正向电压和1A的目标电流。LED阵列负载104与电容为10 µF的电容器102、电感为22 µH的电感器103、和电阻为10千欧姆的电阻器180并联电耦合。与开关105的端子串联电耦合的电阻器107具有0.25欧姆的电阻。电阻器121和122分别具有270欧姆和12千欧姆的电阻。如上所述，电阻器121和122的电阻值比电阻器107的电阻高得多（例如，高1000倍或更多倍）。与电阻器122并联的电容器124具有10 pF的电容。指示PI和ZCD的电压可以经由单个节点（ZCD节点126）提供给控制电路171中的比较器186的反相输入端。二极管123具有5.1 V的正向电压，并且可以将PIZCD节点126处的电压的正峰值箝位到5.1 V，并且将负峰值箝位到大约0.7 V。
控制电路171包括比较器186，其反相输入端子电耦合到PIZCD节点126。比较器186的非反相输入端子被电耦合，以通过由电阻器183和184形成的电阻分压器来接收0.5 V的基准电压或阈值电压（等于PIZCD阈值电压），电阻器183和184的电阻值分别为5.1千欧姆和270欧姆。比较器186被配置成接收10V的供电电压Vcc。电阻值为10千欧姆的电阻器188、10V的二极管182、和100 nF的电容器181的并联布置从48 V输入电压VDCin提供10 V低压供电Vcc。电阻器185与比较器186并联耦合。电阻器185具有33千欧姆的电阻值，并且可以用来产生滞后电压，以防止比较器186的振荡。
比较器186的输出C电耦合到缓冲器电路187。缓冲器电路187可以包括分立电路或放大电流的MOSFET驱动器IC，并且如果需要，可以作为电平转移电路操作来移动电压电平，并且如果需要，可以作为反相器操作来反转信号极性。在图1G中所示的示例中，缓冲器不改变信号极性。缓冲器187的输出D可以电耦合到MOSFET 105的控制端子或栅极，以在接通和关断状态之间切换MOSFET 105。
在操作中，通电后，跨LED阵列负载104的电阻器180以及电阻器串107、121和122将PIZCD节点126处的电压设置为0.38 V。因此，PIZCD节点126处的电压小于阈值电压0.5 V，比较器186的输出C为高，并且MOSFET 105被切换到接通状态。这启动了降压转换器的操作。在此阶段期间，MOSFET 105处的电压为低，并且PIZCD节点126处的电压等于电阻器107处的电压，这可以表示通过电感器103和MOSFET 105的电流。电感器103被激励，并且电感器电流增加，直到PIZCD节点126处的电压达到0.5 V的阈值电压。在PIZCD节点126处的电压达到0.5 V的阈值电压的条件下，比较器186的输出C变低，并且将MOSFET 105切换到关断状态。在此阶段期间，MOSFET 105的电压为高，并且电阻器107的电压为低，使得PIZCD节点126处的电压通过电阻分压器107、121和122反映MOSFET 105处的高电压。因此，比较器186的输出C保持为低，从而保持MOSFET 105处于关断设置。
此时，电感器103通过推动电流经过与LED阵列负载104并联的二极管106和电容器102来释放其能量，从而开始续流周期。电感器电流持续下降，直到其达到零并且续流周期结束。此时，电感器103开始与节点125处的寄生电容振荡，这降低了节点125处的电压以及PIZCD节点126处的电压。一旦PIZCD节点126处的电压下降到0.5 V阈值电压以下，比较器186的输出C变高，从而开始新的循环。
图1G中所示的示例电路通过（没有任何逻辑门或锁存器IC的）单个比较器，在简化且成本有效的系统中实现了降压转换器的基本控制。一阶平均LED电流ILED1可以由下面的等式（1）确定。稳态频率可以由下面的等式（2）确定。
ILED1= 0.5 V/R1/2=1 A （等式1）
频率= VLED1/VIN *(VIN-VLED1)/(L1 * 2 * ILED1)= 204 kHz （等式2）
本文描述的系统可以容易地实现调光功能。例如，通过用0-10 V的调光输入电压改变供应给比较器186的基准电压，可以实现线性调光。
图1H是操作LED驱动器的示例方法的流程图190。在示例方法中，可以在电路节点处检测第一电压（191）。该电压可以在电感器以峰值电流水平导通的条件下具有第一电平，并且在电感器不导通的条件下具有第二电平。可以提供第二电压来操作开关（192）。第二电压可以在第一电压具有第一电平的条件下将开关切换到关断状态，并且在第一电压具有第二电平的条件下将开关切换到接通状态。可以向多个LED装置供应DC电流（193）。在各实施例中，响应于接通开关，电感器处的电流可以在一段时间内从零增加到峰值电流。响应于关断开关，检测器处的电流可以在一段时间内从峰值电流减小到零。还可以接收第三电压，该第三电压指示要施加到供应给多个LED装置的DC电流的调光量。
图2是根据一个实施例的集成LED照明系统的电子板310的俯视图。在示出的示例中，电子板310包括功率模块312、传感器模块314、连接和控制模块316、以及为了将LED阵列附接到衬底320而保留的LED附接区域318。在替代实施例中，两个或更多个电子板可以用于LED照明系统。例如，LED附接区域318可以在单独的电子板上，或者传感器模块314可以在单独的电子板上。
衬底320可以是能够使用导电连接器（诸如轨道、迹线、焊盘、过孔和/或导线）机械地支撑电气部件、电子部件和/或电子模块并向它们提供电耦合的任何板。衬底320可以包括布置在一层或多层非导电材料（诸如介电复合材料）之间或之上的一层或多层金属化层。功率模块312可以包括电气和/或电子元件。在示例实施例中，功率模块312包括AC/DC转换电路、DC-DC转换电路（诸如本文所述的DC-DC转换电路中的任何一种）、调光电路和LED驱动电路。
传感器模块314可以包括要实现LED阵列的应用所需的传感器。示例传感器可以包括光学传感器（例如，IR传感器和图像传感器）、运动传感器、热传感器、机械传感器、接近传感器、或者甚至定时器。举例来说，街道照明、一般照明和园艺照明应用中的LED可以基于若干不同的传感器输入（诸如检测到的用户的存在、检测到的环境照明条件、检测到的天气条件）或者基于白天/夜晚的时间，来关断/接通和/或调节。例如，这可以包括调节光输出的强度、光输出的形状、光输出的颜色、和/或接通或关断灯以节约能量。对于AR/VR应用，运动传感器可以用于检测用户移动。运动传感器本身可以是LED，诸如IR检测器LED。作为另一个示例，对于相机闪光灯应用，图像传感器和/或其他光学传感器或像素可以用来测量要捕捉的场景的照明，使得闪光灯照明颜色、强度照明模式和/或形状可以被最佳地校准。在替代实施例中，电子板310不包括传感器模块。
连接和控制模块316可以包括系统微控制器和被配置为从外部装置接收控制输入的任何类型的有线或无线模块。举例来说，无线模块可以包括蓝牙、Zigbee、Z波、网状、WiFi、近场通信（NFC）和/或可以使用对等模块。微控制器可以是任何类型的专用计算机或处理器，其可以嵌入在LED照明系统中，并且被配置或可配置为从有线或无线模块或LED系统中的其他模块接收输入（诸如传感器数据和从LED模块反馈的数据），并且基于此向其他模块提供控制信号。如上所述，除了执行其他功能之外，微控制器还可以提供控制信号，以响应于从ZCD电路123接收的电压，在接通和关断状态之间切换开关107。由专用处理器实现的算法可以在计算机程序、软件或固件中实现，该计算机程序、软件或固件结合在非暂时性计算机可读存储介质中，用于由专用处理器执行。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、寄存器、高速缓冲存储器和半导体存储器设备。存储器可以被包括作为微控制器的一部分，或者可以在电子板310之上或以外的其他地方实现。
如本文使用的术语“模块”可以指布置在单独的电路板上的电气和/或电子部件，该电路板可以焊接到一个或多个电子板310。然而，术语“模块”也可以指提供类似功能的电气和/或电子部件，但是它们可以单独焊接到同一区域中或不同区域中的一个或多个电路板。
图3A是一个实施例中电子板310的俯视图，其中LED阵列410在LED装置附接区域318处附接到衬底320。电子板310以及LED阵列410表示LED照明系统400A。另外，功率模块312通过迹线418B接收Vin 497处的电压输入和来自连接和控制模块316的控制信号，并通过迹线418A向LED阵列410提供驱动信号。经由来自功率模块312的驱动信号接通和关断LED阵列410。在图3A中所示的实施例中，连接和控制模块316通过迹线418从传感器模块314接收传感器信号。
图3B图示了双通道集成LED照明系统的一个实施例，其中电子部件安装在电路板499的两个表面上。如图3B中所示，LED照明系统400B包括第一表面445A和安装在其上的AC/DC转换器电路412，该第一表面445A具有接收调光器信号和AC功率信号的输入。LED系统400B包括第二表面445B，其具有调光器接口电路415、DC-DC转换器电路440A和440B、具有微控制器472（其可以是图1B的控制器127）的连接和控制模块416（在该示例中是无线模块）、以及安装在其上的LED阵列410。DC-DC转换器电路440A和440B中的一个或两个可以是本文描述的DC-DC转换器电路中的任何一种。LED阵列410由两个独立的通道411A和411B驱动。在替代实施例中，可以使用单个通道向LED阵列提供驱动信号，或者可以使用任何数量的多个通道向LED阵列提供驱动信号。例如，图3E图示了具有3个通道的LED照明系统400D，并且在下面进一步详细描述。
LED阵列410可以包括两组LED装置。在示例实施例中，组A的LED装置电耦合到第一通道411A，并且组B的LED装置电耦合到第二通道411B。两个DC-DC转换器440A和440B中的每一个可以分别经由单个通道411A和411B提供相应的驱动电流，以驱动LED阵列410中相应的LED组A和组B。LED组之一中的LED可以被配置成发射具有与第二组LED中的LED不同的色点的光。通过分别经由单个通道411A和411B控制由单独的DC-DC转换器电路440A和440B施加的电流和/或占空比，可以在一定范围内调整对由LED阵列410发射的光的复合色点的控制。尽管图3B中所示的实施例不包括传感器模块（如图2和图3A所述），但是替代实施例可以包括传感器模块。
图示的LED照明系统400B是集成系统，其中LED阵列410和用于操作LED阵列410的电路设置在单个电子板上。电路板499的同一表面上的模块之间的连接可以通过表面或亚表面互连（诸如迹线431、432、433、434和435，或金属化（未示出））来电耦合，用于在模块之间交换例如电压、电流和控制信号。电路板499的相对表面上的模块之间的连接可以通过诸如过孔和金属化（未示出）的通板互连来电耦合。
图3C图示了LED照明系统的实施例，其中LED阵列在与驱动器和控制电路分离的电子板上。LED照明系统400C包括功率模块452，该功率模块452在与LED模块490分离的电子板上。功率模块452可以在第一电子板上包括AC/DC转换器电路412、传感器模块414、连接和控制模块416、调光器接口电路415、和DC-DC转换器440，它们可以是本文描述的DC-DC转换器电路中的任何一种。LED模块490可以在第二电子板上包括嵌入式LED校准和设置数据493、以及LED阵列410。数据、控制信号和/或LED驱动器输入信号485可以经由导线在功率模块452和LED模块490之间交换，该导线可以电耦合和通信耦合这两个模块。嵌入式LED校准和设置数据493可以包括由给定LED照明系统内的其他模块所需的任何数据，以控制LED阵列中的LED如何被驱动。在一个实施例中，嵌入式校准和设置数据493可以包括微控制器生成或修改控制信号所需的数据，该控制信号指令驱动器使用例如脉宽调制（PWM）信号向每组LED A和B提供功率。在这个示例中，校准和设置数据493可以通知连接和控制模块416的微控制器关于例如要使用的功率通道的数量、要由整个LED阵列410提供的复合光的期望色点、和/或由AC/DC转换器电路412提供给每个通道的提供的功率的百分比。
图3D图示了LED照明系统的框图，该LED照明系统具有LED阵列以及与驱动电路分离的电子板上的一些电子装置。LED系统400D包括位于分离的电子板上的功率转换模块483和LED模块493。功率转换模块483可以包括AC/DC转换器电路412、调光器接口电路415和DC-DC转换器电路440，它们可以是本文描述的DC-DC转换器电路中的任何一种，并且LED模块493可以包括嵌入式LED校准和设置数据493、LED阵列410、传感器模块414以及连接和控制模块416。功率转换模块483可以经由两个电子板之间的有线连接向LED阵列410提供LED驱动器输入信号485。
图3E是示出多通道LED驱动电路的示例LED照明系统400E的示意图。在所图示的示例中，系统400E包括功率模块452和LED模块491，该LED模块491包括嵌入式LED校准和设置数据493以及三组LED 494A、494B和494C。虽然在图3E中示出了三组LED，但是本领域普通技术人员将认识到，可以使用与本文描述的实施例一致的任何数量的LED组。此外，虽然每组内的单独的LED串联布置，但是在一些实施例中它们可以并联布置。
LED阵列491可以包括提供具有不同色点的光的LED组494。例如，LED阵列491可以包括经由第一组LED 494A的暖白光源、经由第二组LED 494B的冷白光源、和经由第三组LED494C的中性白光源。经由第一组LED 494A的暖白光源可以包括被配置为提供具有大约2700K的相关色温（CCT）的白光的一个或多个LED。经由第二组LED 494B的冷白光源可以包括被配置为提供具有大约6500 K的CCT的白光的一个或多个LED。经由第三组LED 494C的中性白光源可以包括被配置为提供具有大约4000 K的CCT的光的一个或多个LED。虽然在这个示例中描述了各种白色LED，但是本领域普通技术人员将认识到，与本文描述的实施例一致的其他颜色组合是可能的，以从LED阵列491提供具有各种整体颜色的复合光输出。
功率模块452可以包括可调光引擎（未示出），其可以被配置为通过三个单独的通道（在图3E中被指示为LED1+、LED2+和LED3+）向LED阵列491供应功率。更特别地，可调光引擎可以被配置为经由第一通道向第一组LED 494A（诸如暖白光源）供应第一PWM信号，经由第二通道向第二组LED 494B供应第二PWM信号，并且经由第三通道向第三组LED 494C供应第三PWM信号。经由相应通道提供的每个信号可以用于给对应的LED或LED组供电，并且信号的占空比可以确定每个相应LED的接通和关断状态的总持续时间。接通和关断状态的持续时间可以导致总体光效果，该总体光效果可以具有基于持续时间的光属性（例如，相关色温（CCT）、色点或亮度）。在操作中，可调光引擎可以改变第一、第二和第三信号的占空比的相对幅度，以调节每组LED的相应的光属性，从而提供具有来自LED阵列491的期望发射的复合光。如上所述，LED阵列491的光输出可以具有基于来自每组LED 494A、494B和494C的光发射的组合（例如，混合）的色点。
在操作中，功率模块452可以接收基于用户和/或传感器输入生成的控制输入，并经由单独的通道提供信号，以基于控制输入来控制由LED阵列491输出的光的复合颜色。在一些实施例中，用户可以通过转动旋钮或移动滑块向LED系统提供输入，用于控制DC/DC转换器电路（诸如本文所述的DC-DC转换器电路中的任何一种），该滑块可以是例如传感器模块（未示出）的一部分。附加地或替代地，在一些实施例中，用户可以使用智能手机和/或其他电子设备向LED照明系统400D提供输入，以向无线模块（未示出）传送期望颜色的指示。
图4示出了示例系统550，其包括应用平台560、LED照明系统552和556、以及次级光学装置554和558。LED照明系统552产生箭头561a和561b之间所示的光束561。LED照明系统556可以在箭头562a和562b之间产生光束562。在图4中所示的实施例中，从LED照明系统552发射的光穿过次级光学装置554，并且从LED照明系统556发射的光穿过次级光学装置558。在替代实施例中，光束561和562不穿过任何次级光学装置。次级光学装置554、558可以是或可以包括一个或多个光导。一个或多个光导可以是边缘照明的，或者可以具有限定光导的内部边缘的内部开口。LED照明系统552和/或556可以插入一个或多个光导的内部开口中，使得它们将光注入一个或多个光导的内部边缘（内部开口光导）或外部边缘（边缘照明光导）中。LED照明系统552和/或556中的LED可以围绕作为光导的一部分的基座的圆周布置。根据一种实现，基座可以是导热的。根据一种实现，基座可以耦合到布置在光导上方的散热元件。该散热元件可以被布置成经由导热基座接收由LED生成的热量，并且消散接收到的热量。一个或多个光导可以允许由LED照明系统552和556发射的光以期望的方式（诸如例如具有梯度、倒角分布、窄分布、宽分布、或角分布等）成形。
在示例实施例中，系统550可以是相机闪光系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如街道照明的室外灯、汽车、医疗设备、AR/VR设备、和机器人设备。图3A中所示的集成LED照明系统400A、图3B中所示的集成LED照明系统400B、图3C中所示的LED照明系统400C以及图3D中所示的LED照明系统400D图示了示例实施例中的LED照明系统552和556。
在示例实施例中，系统550可以是相机闪光系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如街道照明的室外灯、汽车、医疗设备、AR/VR设备、和机器人设备。图3A中所示的集成LED照明系统400A、图3B中所示的集成LED照明系统400B、图3C中所示的LED照明系统400C以及图3D中所示的LED照明系统400D图示了示例实施例中的LED照明系统552和556。
应用平台560可以经由线路565或其他适用的输入经由功率总线向LED照明系统552和/或556提供功率，如本文所讨论的。此外，应用平台560可以经由线路565为LED照明系统552和LED照明系统556的操作提供输入信号，该输入可以基于用户输入/偏好、所感测的读数、预编程或自主确定的输出等。一个或多个传感器可以在应用平台560的外壳内部或外部。
在各种实施例中，应用平台560传感器和/或LED照明系统552和/或556传感器可以收集数据，诸如视觉数据（例如，LIDAR数据、IR数据、经由相机收集的数据等）、音频数据、基于距离的数据、移动数据、环境数据等、或者其组合。数据可以与物理项目或实体（诸如物体、个人、车辆等）相关。例如，感测装备可以为基于ADAS/AV的应用收集物体邻近度数据，这可以基于物理项目或实体的检测来划分检测和后续动作的优先级。数据可以基于由例如LED照明系统552和/或556发射光学信号（诸如IR信号）并基于发射的光学信号收集数据来收集。数据可以由与发射用于数据收集的光学信号的部件不同的部件来收集。继续该示例，感测装备可以位于汽车上，并且可以使用垂直腔面发射激光器（VCSEL）发射光束。一个或多个传感器可以感测对发射的光束或任何其他适用输入的响应。
在示例实施例中，应用平台560可以是汽车，并且LED照明系统552和LED照明系统556可以是汽车前灯。在各种实施例中，系统550可以表示具有可引导光束的汽车，其中LED可以被选择性地激活以提供可引导光。例如，LED阵列可以用于限定或投影形状或图案，或者仅照亮道路的选定部分。在示例实施例中，LED照明系统552和/或556内的红外相机或检测器像素可以是识别需要照明的场景的部分（道路、人行横道等）的传感器。
已经详细描述了本发明，本领域技术人员将领会，给定本公开，可以对本发明进行修改而不脱离本文描述的发明构思的精神。因此，本发明的范围不旨在局限于图示和描述的特定实施例。

Claims (17)

1.一种DC-DC转换器电路，包括：
功率级电路；
开关，电耦合到所述功率级电路，所述功率级电路和所述开关被配置为提供发光二极管(LED)驱动电流；和
第一电路，电耦合到所述功率级电路和所述开关并且具有单个输出端，所述第一电路被配置为在所述单个输出端处提供第一电路输出电压，所述第一电路输出电压在所述功率级电路以峰值电流水平导通的条件下具有第一电平，并且在所述功率级电路不导通的条件下具有第二电平，
其中所述开关还包括第一端子，所述第一端子电耦合到所述功率级电路；第二端子和控制端子，并且
其中所述第一电路包括：
第一电阻器，串联电耦合在所述开关的第二端子和地之间；
第二电阻器，在第二节点处与所述功率级电路串联电耦合；
第三电阻器，与所述第一电阻器和所述第二电阻器并联电耦合，所述第二电阻器和所述第三电阻器之间的第三节点形成所述单个输出端；和
电容器，与所述第二电阻器并联电耦合，并且
所述DC-DC转换器电路还包括第二电路，所述第二电路具有电耦合到所述第一电路的单个输出端的输入端和电耦合到所述开关的控制端子的输出端，所述第二电路被配置为在所述第一电路输出电压具有所述第一电平的条件下将所述开关切换到关断状态，并且在所述第一电路输出电压具有所述第二电平的条件下将所述开关切换到接通状态。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其中所述第二电路包括比较器，并且所述比较器具有电耦合到所述第一电路的单个输出端的第一输入端以及第二输入端，所述第二输入端被电耦合以接收具有在所述第一电路输出电压的第一电平和第二电平之间的电平的基准电压，使得所述比较器在所述第一电路输出电压具有第一电平的条件下提供具有第一电平的比较器输出电压，并且在所述第一电路输出电压具有第二电平的条件下提供具有第二电平的比较器输出电压。
3.根据权利要求2所述的DC-DC转换器电路，其中所述基准电压是可变的，以提供调光功能。
4.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其中所述功率级电路还包括：
DC输入端；和
二极管。
5.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其中所述第一电阻器具有确定所述第一电路输出电压的第一电平的第一电阻值。
6.根据权利要求5所述的DC-DC转换器电路，其中所述第二电阻器具有第二电阻值，所述第三电阻器具有第三电阻值，并且所述第二电阻值与所述第三电阻值的比值确定所述第一电路输出电压的第二电平。
7.根据权利要求6所述的DC-DC转换器电路，其中所述第二电阻值和所述第三电阻值两者都比所述第一电阻值大超过1000倍。
8.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其中所述DC-DC转换器电路是直流(DC)-DC功率转换器电路，并且所述第二电路被配置为在临界模式(CRM)下操作所述DC-DC功率转换器电路。
9.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其中所述DC-DC转换器电路是降压转换器、升压转换器和降压-升压转换器中的一种。
10.一种LED照明系统，包括：
电子板，包括发光二极管(LED)阵列和至少一个DC-DC转换器电路，所述至少一个DC-DC转换器电路包括：
功率级电路，电耦合以接收DC电压并向所述LED阵列中的至少一个像素子集供应电流，
开关，电耦合到所述功率级电路，以及
电路，电耦合到所述功率级电路和所述开关并且具有单个输出端，所述电路被配置为在所述单个输出端处提供电路输出电压，所述电路输出电压在所述功率级电路以峰值电流水平导通的条件下具有第一电平，并且在所述功率级电路不导通的条件下具有第二电平，
其中所述开关还包括第一端子，所述第一端子电耦合到所述功率级电路；第二端子和控制端子，并且
其中所述电路包括：
第一电阻器，串联电耦合在所述开关的第二端子和地之间；
第二电阻器，在第二节点处与所述功率级电路串联电耦合；
第三电阻器，与所述第一电阻器和所述第二电阻器并联电耦合，所述第二电阻器和所述第三电阻器之间的第三节点形成所述单个输出端；和
电容器，与所述第二电阻器并联电耦合，并且
所述LED照明系统还包括控制器，所述控制器通信地耦合到所述单个输出端和所述开关的控制端子，所述控制器被配置为在所述电路输出电压具有所述第一电平的条件下将所述开关切换到关断状态，并且在所述电路输出电压具有所述第二电平的条件下将所述开关切换到接通状态。
11.根据权利要求10所述的LED照明系统，其中所述功率级电路还包括：
DC输入端；和
二极管。
12.根据权利要求10所述的LED照明系统，其中所述第一电阻器具有确定所述电路输出电压的第一电平的第一电阻值。
13.根据权利要求12所述的LED照明系统，其中所述第二电阻器具有第二电阻值，所述第三电阻器具有第三电阻值，并且所述第二电阻值与所述第三电阻值的比值确定所述电路输出电压的第二电平。
14.根据权利要求13所述的LED照明系统，其中所述第二电阻值和所述第三电阻值两者都比所述第一电阻值大超过1000倍。
15.根据权利要求10所述的LED照明系统，其中所述控制器被配置为在临界模式(CRM)下操作所述DC-DC转换器电路。
16.根据权利要求10所述的LED照明系统，其中所述电子板还包括：
交流(AC)至DC转换器电路，
有线或无线接收器，和
调光电路，并且
所述控制器至少包括微控制器。
17.一种操作发光二极管(LED)驱动器的方法，所述发光二极管(LED)驱动器包括根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，所述方法包括：
由所述DC-DC转换器电路检测所述第一电路的单个输出端处的第一电路输出电压，所述第一电路输出电压在功率级电路以峰值电流水平导通的条件下具有第一电平，并且在所述功率级电路不导通的条件下具有第二电平；
由所述DC-DC转换器电路提供第二电压以操作开关，所述第二电压在第一电路输出电压具有所述第一电平的条件下将所述开关切换到关断状态，并且在所述第一电路输出电压具有所述第二电平的条件下将所述开关切换到接通状态；以及
由所述发光二极管(LED)驱动器向多个LED装置供应直流电流。
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