CN207802451U - 用于为电负载供电的设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及用于为电负载供电的设备。本实用新型提供了用于调节由DCDC降压转换器提供给LED单元的所述电流的设备的各种实施方案。根据至少一个实施方案，调节模块可操作地用于指示和调节其中用于控制降压转换器模块的所述工作的驱动器模块的第一开关被配置为所述第一工作状态和所述第二工作状态中的至少一者的周期，使得由所述降压转换器模块提供给负载诸如LED单元的所述最大电流和最小电流在给定的工作循环内对称地设置在所述工作循环期间提供给所述LED单元的平均电流周围，其中所述提供的平均电流基本上等于所述LED单元的目标电流。

Description

用于为电负载供电的设备
技术领域
本文所述的技术整体涉及用于为电负载供电的设备，例如用于调节由降压转换器产生的电流的设备。可发现该技术用于电子装置中，诸如发光二极管(LED)照明应用以及其中需要控制用于驱动LED单元及类似类型负载的平均电流的其它应用。
背景技术
当今，LED照明设备在汽车、工业及其它照明应用中获得广泛认可。如众所周知及所认识到的，LED照明设备通常需要较少的能量来产生期望的光能，其中光量通常以流明与通常以开尔文为单位的相关色温范围来表示。在一些LED应用诸如汽车前大灯应用中，常常使用通常在4伏特至50伏特之间范围内的相对高的LED串电压以及通常在100毫安至3安培范围内的高电流。此类LED系统通常用于在以开尔文为单位的色温下在给定范围内产生一定范围的流明，该色温是驱动器无法明显感知的。然而，产生的光能和温度范围可基于操作、用户偏好及其它考虑因素而变化。应当理解，由LED单元产生的光通常与用于驱动LED单元的电流成比例。给定这些电压、电流、流明和温度范围，调节流经LED的电流至关重要。
如图1所示，如今用于调节流经高功率LED单元的电流的一种常见电路100利用包括类似的电源102的电路，所述类似的电源连接至DC/DC降压转换器模块104。降压转换器模块104通常包括便于电能的存储和释放的线圈和电容器，这些固有能力降压转换器在本文中被称为提供能量存储模块。通常在共用的镇流器106中提供降压转换器模块104及相关的开关组件，但是可单独提供或作为较大系统或单元的组件来提供。此类降压转换器模块104的工作原理和元件在本领域中是众所周知的，并且本文不再赘述，但是将其内在地以引用方式并入本文。应当理解，图1所示的降压转换器模块104的一个或多个组件可以被其它已知的电路组件和配置替代和/或增强。例如，二极管126可被用于同步转换器的N型场效应晶体管(FET)替代。
另外，应当理解，如例如图1所示的降压转换器模块104的组件中的一者或多者的电特性仅为例示性的，并且可以被视为所示实施方案的其它组件的元件。众所周知，通常用LED电流ILED和LED电压VLED来表示的降压转换器模块104的输出功率向一个或多个LED单元108a、b、c-108n提供电力。LED单元108a、b、c-108n可以由像素驱动器模块110或类似的模块(如有的话)单独驱动、共同驱动或两者之间的一些组合来驱动。像素驱动器模块110可用于在任何给定时间处通过独立地选择性断开/闭合一个或多个像素驱动器开关112来控制任何给定的LED单元108a-n是通电还是短路。通常，根据调节及其它考虑因素，像素驱动器模块110根据期望的照明条件调整一个或多个像素驱动器开关112的打开/闭合，所述照明条件可基于环境光传感器、速度、用户偏好来感测、选择或确定。
通常，第一开关116诸如N沟道或P沟道MOSFET晶体管用于控制降压转换器模块104的工作状态是“接通”还是“关断”。通过降压转换器模块104生成的流经开关116并由此到达LED单元108a-n的电流ILED的峰值电流IMAX可使用电流感测元件117(例如，电阻元件118和运算放大器120)在降压转换器模块104的输出处感测。应当理解，如果省略任选的滤波电容器C1124，则LED电流ILED与线圈电流IL相同。在其它实施方案中，通常利用其它形式的电流感测装置和/或模块。由运算放大器感测的电阻元件118上的电压反映了在任何给定时间处提供给LED单元108a-n的峰值电流IMAX。通过控制第一开关116的相应的“接通”和“关断”周期，可调节提供给LED单元108a-n的电流ILED。应当理解，当电流感测元件117与LED单元108a-n串联时，感测的是流经LED单元108a-n的实际电流。在其它实施方案中，可感测第一开关或其它位置处的电流。对于此类其它实施方案，应当理解，由于电容器C1 124的滤波效应，感测的电流并非为提供给LED单元108a-n的实际电流。电容器C1 124通常定位在线圈122的LED侧上，使得电流感测元件117能够感测瞬时线圈电流。应当理解，电流感测元件117并非降压转换器模块104的元件，
如图所示，降压转换器模块104通常包括具有电感L的线圈122。在高电流LED应用中并且鉴于经济、设计及其它考虑因素，通常希望减小线圈122的电感L并且消除对任何外部感测元件诸如电阻元件118的需求，这些外部感测元件通常耗用过多的电力、昂贵、在电路板上占用过大的物理空间并且存在其它约束。
理想的是，需要一种能够调节由降压转换器模块104提供给LED单元的平均电流的低成本的低电感系统。这些相互矛盾的需要，包括低成本、低电感线圈、排除外部感测元件等、同时保持提供给LED单元的期望的平均电流和功率以及此类LED单元的变化的电压要求，通常进一步受到限制，因为线圈122电感L的减小通常需要提高第一开关116切换为“接通”和“关断”的频率。应当理解，随着线圈122的电感L减小，必须提高第一开关116的切换频率以便保持提供给LED单元108a-n期望的平均电流和可接受的纹波电流。
需要进一步约束上述考虑因素和关注点以免在工作过程中产生不期望的电磁发射。众所周知，降压转换器产生电磁辐射(EMR)。高EMR可影响汽车中的其它电路和组件的工作以及高功率LED单元的其它实施方式。因此，通常高度监管LED驱动器单元的电磁兼容性(EMC)，在机动车辆中尤其如此。通常，EMC关注点将降压转换器模块的允许频率范围限制在低于500kHz或高于1.8MHz且低于5.9MHz的频率。照此，如今不仅需要调节平均电流，而且还需要调节LED驱动器单元的切换频率。
如图2A和图2B所示，当今已知的电路(诸如图1所示的示例性电路)通常试图通过生成纹波电流R来调节高功率LED模块，其中通过将第一开关116切换为“接通”和“关断”而随时间推移控制线圈电流IL的纹波ΔR。这些周期如图2中的ton和toff所示。
在图2A和图2B中，第一开关116的“接通”周期以ton示出。第一开关116的“关断”周期以toff示出，该周期与线圈上的电压(VLED-VLC)成比例。即，对于这些模块设计，通常应当理解，定时关断周期toff取决于“关断”期间的线圈电压，并且接近LED单元108a-n的电压VLED，其中在“关断”时间期间由二极管126提供的正向电压引起通常可忽略和无视的差异。即，随着VLED增加，需要减小toff以保持恒定的电流纹波ΔR，反之亦然。这种关系可用数学方式表示，其中L为降压转换器104的线圈122的值，如下所述：
(toff x VLED)/L＝ΔR。
应当理解，按照这些现有技术方法，切换频率不受控制并且响应于降压转换器模块104的输入电压VIN、线圈122的特性以及LED单元108a-n的电压需要VLED的变化而变化，其中VLED可基于LED单元在任何给定时间接通和关断的数量以及此类LED单元的功率需求的变化而随时间变化。
另外，应当理解，此类设计需要线圈122的电感L已知和/或系统针对此类电感进行校准(以及重新校准)。线圈的电感可以随时间并且响应于工作条件而变化。电感L的变化可使得输出电流ILED发生不期望的错误。
因此，需要控制高功率DCDC LED驱动器模块的平均电流的设备、系统和方法(统称为“系统”)。此类系统便于使用低电感线圈和降压转换器模块，该降压转换器模块在特定的实施方式中可独立于线圈电感、输入电压和变化的负载条件工作，同时保持降压转换器模块的平均电流。另外，需要其中电流感测在第一开关“接通”期间发生的系统，从而在改善系统效率的同时限制功率损耗。另外，需要支持异步和同步工作模式的系统，其中例如异步工作可在使用二极管126时发生，而同步工作在利用MOSFET或类似的晶体管代替二极管126时发生。
实用新型内容
根据本公开的至少一个实施方案，用于为电负载供电的系统包括驱动器模块和调节模块。驱动器模块可包括降压转换器模块，该降压转换器模块具有至少一个被配置为以输出电压和输出电流提供电力的输出节点。驱动器模块还可被配置为包括第一开关，该第一开关被配置为在在工作循环的第一时间段内发生的定时接通工作状态期间将电源可操作地耦接到降压转换器模块。工作循环可包括第一定时接通工作状态和第二定时关断工作状态。驱动器模块还可被配置为包括电流传感器模块，该电流传感器模块被配置为在设备在第一定时接通工作状态下工作时感测提供给降压转换器模块的电流。调节模块可操作地用于指示和调节其中第一开关被配置为第一定时接通工作状态和第二定时关断工作状态中的至少一者的时间段，使得提供给降压转换器模块的平均电流等于期望的目标电流。
系统可被配置为工作使得定时接通工作状态在第一周期和第二周期中的每个周期期间发生。另外，第一周期可在起于初始时间直至第二时间的时间间隔内发生，其中初始时间在第一开关被配置为定时接通工作状态时发生，并且第二时间在电流传感器模块检测到第一感测电流时发生。
系统可被配置为工作使得当提供给降压转换器模块的电流达到目标电流时由电流传感器模块检测到第一感测电流。
系统可被配置为工作使得第二周期起于第二时间直至第三时间的时间间隔内发生，其中第三时间在电流传感器模块检测到第二感测电流时发生。同样，电流传感器模块可被配置为检测在定时接通工作状态期间通过第一开关的第一感测电流何时等于目标电流，并且在此类检测时输出第一比较信号。系统还可被配置为使得电流传感器模块被配置为检测在定时接通工作状态期间通过第一开关的第二感测电流何时等于期望的最大电流阈值，并且在此类检测时输出第二比较信号。
根据至少一个实施方案，系统可被配置为包括调节模块，该调节模块具有耦接到电流传感器模块并且被配置为接收第二比较信号的控制模块。另外，控制模块可耦接到第一开关并且被配置为将开关信号输出至第一开关，该开关信号将第一开关的工作状态设置为闭合开关状态。另外，定时关断模块可耦接到降压转换器模块的输出节点并且被配置为接收由降压转换器模块产生的输出电压。按照至少一个实施方案，定时关断模块可被配置为检测第一开关从定时接通工作状态转变为定时关断工作状态期间输出电压的减小，并且在检测到此类输出电压的减小时，将定时关断信号输出至控制模块。
根据至少一个实施方案，系统可包括比较模块，该比较模块耦接到电流传感器模块和控制模块并且其中比较模块可被配置为接收开关信号、第一比较信号和第二比较信号，并且基于接收到每个开关信号、第一比较信号和第二比较信号的时间来确定初始事件时间、第二事件时间和第三事件时间。比较模块还可被配置为基于初始事件时间和第二事件时间之间经过的时间量来计算第一周期，基于第二事件时间和第三事件时间之间经过的时间量来计算第二周期，并且比较第一周期和第二周期。基于第一周期与第二周期的比较，比较模块可输出差异信号。
根据至少一个实施方案，系统可包括调整模块。调整模块可耦接并且被配置为接收来自比较模块的信号。调整模块可耦接至电流传感器模块并且被配置为将信号输出至电流传感器模块。另外，在接收到来自比较模块的差异信号时，调整模块可被配置为确定达到期望的最大电流阈值所需的调整量并且将调整信号输出至电流传感器模块。
根据至少一个实施方案，系统可包括定时器模块。定时器模块可耦接到电流传感器模块。定时器模块可耦接到控制模块。定时器模块可被配置为接收开关信号和第一比较信号，并且基于所接收的信号，将所测量的时间信号输出至控制模块。
根据至少一个实施方案，系统可被配置为工作使得第一定时接通工作状态在第一周期和第二周期期间发生，所测量的时间信号指示降压转换器模块的电流循环的第一周期的持续时间，定时器模块将第二周期的长度调整为等于第一周期，并且当调整的第二周期结束时，定时器模块输出所测量的时间信号。系统还可被配置为工作使得在接收到所测量的时间信号时，控制模块停止输出开关信号并且降压转换器模块的定时关断工作状态开始。
根据至少一个实施方案，系统可被配置为包括电压比较器模块，该电压比较器模块被配置为测量提供给降压转换器模块的输入电压。电压比较器模块可耦接到调节模块并且被配置为向调节模块输出比较信号，该比较信号指示提供给降压转换器模块的输入电压中的延迟周期。比较信号可指示打开延迟和/或关闭延迟。
根据至少一个实施方案，用于确定由降压转换器模块产生的电流何时达到至少两个电流阈值的系统可包括：第一电流源，该第一电流源耦接到提供第一电压下的电力的电源并且被配置为输出第一电流；第一比较开关，该第一比较开关耦接到第一电流源和第一电路接点并且被配置为响应第一控制信号；第一比较电容器，该第一比较电容器具有第一电容并且耦接到第一电路接点；第一放电开关，该第一放电开关耦接到第一定时器接点并且被配置为响应第三控制信号；第二电流源，该第二电流源耦接到电源并且被配置为输出第二电流；其中第二电流源耦接到第二电路接点；第二比较电容器，该第二比较电容器具有第二电容并且耦接到第二电路接点；第二放电开关，该第二放电开关耦接到第二电路接点并且被配置为响应第三控制信号；比较器，该比较器耦接到第一电路接点、第二电路接点并且耦接到比较引线；其中第一电流为第二电流的两倍并且第一电容等于第二电容；其中第一控制信号包括第一比较信号，该第一比较信号接收自用于控制降压转换器模块的工作状态的电流传感器模块；其中在接收到第一控制信号时，第一比较开关被配置为从闭合状态改变为断开状态；其中第三控制信号包括开关信号，该开关信号接收自用于控制降压转换器模块的工作状态的控制模块；其中在接收到第三控制信号时，第一放电开关和第二放电开关中的每个被配置为从断开状态改变为闭合状态；其中降压转换器模块在至少一个包括定时接通周期和定时关断周期的工作循环内工作；其中定时接通周期包括第一周期和第二周期；其中第一周期在初始事件时间至第二事件时间发生并且第二周期在第二事件时间至第三事件时间发生；其中在第二事件时间发生时，由第一比较开关接收到第一控制信号；其中第三控制信号存在于定时接通周期内；其中第二比较开关将第二电流源耦接到第二电路接点；其中第二比较开关被配置为响应接收自电流传感器模块的第二比较信号；并且其中接收到第二比较信号时，第二比较开关被配置为从闭合状态改变为断开状态。
根据至少一个实施方案，用于为电负载供电的系统可包括降压转换器模块，该降压转换器模块包括至少一个输出节点，该输出节点被配置为以输出电压和输出电流提供电力。系统还可包括第一开关，该第一开关被配置为在工作循环的第一时间段内发生的的定时接通工作状态期间将电源可操作地耦接到降压转换器模块。工作循环可包括定时接通工作状态和定时关断工作状态。
系统还可包括电流传感器模块，该电流传感器模块被配置为在定时接通工作状态期间感测提供给降压转换器模块的电流。
系统还可包括调节模块，该调节模块可操作地用于指示和调节其中第一开关被配置为定时接通工作状态和定时关断工作状态中的至少一者的时间段，使得提供给降压转换器模块的平均电流等于期望的目标电流。
系统还可包括具有开关控制模块的调节模块，该开关控制模块被配置为控制定时接通工作状态，使得在降压转换器模块的每个工作循环期间，第一时间段等于第二时间段。
根据至少一个实施方案，系统可包括调节模块，该调节模块包括耦接到电流传感器模块并且耦接到开关控制模块的定时器模块。定时器模块可被配置为接收差异信号和来自电流传感器模块的第一比较信号，其中差异信号指示在给定工作循环的定时接通工作状态期间提供给降压转换器模块的输入电压与降压转换器模块产生的输出电压之间产生的差值。定时器模块可被配置为将关断信号输出至开关控制模块，其中关断信号指示开关控制模块将第一开关从闭合状态转变为断开状态。系统还可被配置为包括耦接到开关控制模块的第二定时器模块。第二定时器模块可被配置为接收负载电压信号和开关信号。开关信号可接收自开关控制模块。第二定时器模块可被配置为将接通信号输出至开关控制模块，其中接通信号指示开关控制模块将第一开关从断开状态转变为闭合状态。定时器模块还可被配置为接收第一设定信号。
附图说明
本公开的各种实施方案提供的设备、系统和方法的特征、方面、优点、功能、模块和组件参照以下说明和附图中的至少一者在本文中予以进一步公开。
图1为调节驱动LED单元的降压转换器的工作的现有技术方法的示意图。
图2A示出在图1的现有技术降压转换器的工作期间通常随时间推移而产生的第一开关电流。
图2B示出结合使用图1的现有技术方法所通常产生的所得线圈纹波电流。
图3为根据本公开的至少一个实施方案的包括驱动器模块和调节模块的系统的示意图。
图4A示出用于根据本公开的至少一个实施方案的驱动器模块的第一开关电流。
图4B示出用于根据本公开的至少一个实施方案的第一开关的工作状态。
图4C示出根据本公开的至少一个实施方案随时间推移而提供的第一开关的输出的电压。
图4D示出根据本公开的至少一个实施方案所用的驱动器模块随时间推移的第一开关电流，其中利用任选的降压电压比较器。
图4E示出根据本公开的至少一个实施方案所用的第一开关的工作状态，其中利用任选的降压电压比较器。
图4F示出根据本公开的至少一个实施方案感测随时间推移而提供给降压转换器模块的线圈的电压的电压比较器的输出。
图4G示出根据本公开的至少一个实施方案随时间推移而提供给降压转换器模块的线圈的电压，其中利用任选的降压电压比较器。
图5示出用于根据本公开的至少图3的实施方案的比较模块的示意图。
图6A示出根据本公开的至少图5的实施方案调节的降压转换器模块随时间推移的第一开关电流响应。
图6B示出用于根据本公开的至少图3的实施方案的第一开关随时间推移的工作状态。
图6C示出根据本公开的至少图3的实施方案检测到的驱动器模块随时间推移的平均电流电平。
图6D示出根据本公开的至少图3的实施方案检测到的驱动器模块随时间推移的最大电流电平。
图6E示出根据本公开的至少图5的实施方案由驱动器模块提供给负载的电容器CC1和CC2上的随时间推移的电压。
图7为用于根据本公开的至少图3的实施方案的定时关断模块的示意图。
图8为用于根据本公开的至少一个实施方案的包括驱动器模块和第二调节模块的系统的示意图。
图9为用于根据本公开的至少图8的实施方案的比较模块的示意图。
图10为用于根据本公开的至少一个实施方案的包括驱动器模块和控制模块的系统的示意图。
具体实施方式
本文所述的实施方案涉及设备、系统和方法，通过所述设备、系统和方法可调节直流(DC)至DC降压转换器模块的平均电流。虽然本文列出以及如附图所示的各种实施方案为本领域的普通技术人员提供了足够的信息以实践本实用新型中的一个或多个方面，如本文所要求保护的或者在随后要求本公开的优先权的任何申请所要求保护的，但是应当理解，一种或多种实施方案可以在没有本文所提供的一种或多种细节的情况下实践。照此，本文所述的各种实施方案以举例的方式提供，并非意图用于并且不应当用于将要求保护的任何实用新型的范围限制于任何实施方案。
应当理解，根据本公开的至少一个实施方案，所述的系统便于通过降压转换器模块感测和调节提供给一个或多个负载诸如一个或多个LED单元的实际平均电流。同样，本文所述的各种实施方案中的一者或多者消除了对存在于现有技术系统中的感测电感器电流的任何需求。相反，在降压转换器模块104的第一开关116的“接通”期间感测电流。应当理解，此类方法减小了功率耗散，同时改善了系统效率。另外，按照至少一个实施方案，通常在第一开关116从“关断”状态转变为“接通”状态时开始的空白时间TB(参见图2)可以被忽略并且不影响平均电流调节的作业精度。还应当理解，本公开的至少一个实施方案便于基于例如固定频率、固定电流纹波或其它模式诸如其中期望的工作频率可基于一种或多种随后引起的工作条件而变化的模式工作。同样，至少一个实施方案便于快速调节由降压转换器模块产生的平均电流和/或频率。此类功能可能是期望的和/或合适的，例如适用于像素驱动器模块和像素照明应用。还应当理解，至少一个实施方案无需补偿电路。虽然补偿电路可以与本公开的一个或多个实施方案一起使用，但是与许多现有技术方法不同，并不需要或要求此类补偿电路。相似地，应当理解，按照本公开的至少一个实施方案，平均电流和/或频率可补偿误差诸如容许误差，由使用或结合使用一种或多种外部组件诸如电感器和电容器引起的误差，和/或输入和/或输出信号方差，诸如由VBAT、Vin、VLED或以其它方式引起的方差。
如图3所示并且对于本公开的至少一个实施方案，提供了驱动器模块300用于感测和调节提供给一个或多个LED单元108a-n的电流ILED。驱动器模块300可包括DCDC降压转换器模块104、第一开关116和电流传感器模块302。
应当理解，电流ILED将随时间变化，并且与降压转换器模块104在任何给定时间处产生的电流相同。降压转换器模块104包括具有电感L1的线圈122、具有电容C1的任选的电容器124以及至少一个开关116和一个二极管126。应当理解，对于本公开的至少一个实施方案，电容器124可用于减小电流纹波、通过LED的峰值电流并且减小EMC辐射。在至少一个实施方案中，电流ILED的感测和调节与用于任何给定实施方式的电感和电容无关。用于降压转换器模块104的电感和电容值可以由本领域的普通技术人员基于众所周知的电路设计原理来选择，所述电路设计原理内在地以引用方式并入本文。
驱动器模块300可被配置为使得第一开关116用于控制降压转换器模块104的“接通”和“关断”循环。根据至少一个实施方案，第一开关116可为MOSFET晶体管。在图3中，元件304表示二极管126的寄生电容。根据至少一个实施方案，可添加平行于二极管126的附加电容以便例如限制在第一开关116“关断”时VLBuck减小的速度。应当理解，根据其它实施方案，可使用其它类型的组件代替二极管126诸如另一个晶体管。第一开关电流ISW1为流经第一开关116的电流，并且二极管电流ID1为流经二极管126的电流。第一开关电流ISW1和二极管电流ID1在降压转换器模块104的相应“接通”和“关断”期间产生。电流传感器模块302可用于监控第一开关电流ISW1。任何已知的装置、模块、技术或以其它方式可用于在驱动器模块300的工作的“接通”状态期间监控第一开关电流ISW1。此类已知的电流感测装置的一个示例为感测电阻器。另外，应当理解，第一开关116上的内部电流感测可用于本公开的一个或多个实施方案中。
另外，如图3和图4所示，根据至少一个实施方案，驱动器模块300可经由至少四条引线耦接到调节模块350，这些引线包括第一比较引线306、第二比较引线308、开关控制引线310、VLED引线312和任选的调整引线324。应当理解，“引线”可以为物理上、逻辑上或以其它方式存在的任何装置、系统、组件等，其便于将一种或多种真实或虚拟信号从一个系统装置、组件或过程传输至另一个系统装置、组件或过程。例如，如本文结合本公开的至少一个或多个实施方案所示，引线可以被视为电线、数据总线、印刷电路板上的通路、集成电路通路等。根据至少一个实施方案，第一比较引线306和第二比较引线308可被结合到单个比较引线(未示出)中。第二比较引线308包括两个分支308a和308b。第一比较引线306和第二比较引线308可用于通过电流传感器模块302将第一比较信号“CMP_IS1”和第二比较信号“CMP_IS2”分别输出至时间比较模块316和控制模块318。开关控制引线310可用于将开关信号S1从控制模块318传输至第一开关116，其中开关信号S1控制第一开关116的“断开”和“闭合”状态。VLED引线312可耦接到降压转换器模块104的输出节点313并且用于将输出电压VLED提供给定时关断模块320。任选的调整引线324可用于将调整信号“Set_IS2”提供给电流传感器模块302。当存在时，调整信号Set_IS2可用于调整IS2的电平。应当理解，电源线314将电力从电源(未示出)提供至驱动器模块300以用于为LED单元供电。应当理解，其它电源可以与用于为所用组件供电的调节模块400的一个或多个数字或模拟实施方案结合使用。目标平均电流信号“ITAR”可经由目标电流引线326提供给电流传感器模块302。
另外，如至少图3所示的实施方案所示，驱动器模块300接收来自电源102(在图3中未示出)或另一个电源的电力Vin。应当理解，驱动器模块300可接收来自被配置为提供期望的电压或电压范围的任何电源的电力。此类电源在本领域中众所周知并且内在地以引用方式并入本文。根据本公开的至少一个实施方案，Vin＝12伏特(直流)和VLED＝10伏特(直流)可以为可能的值。
驱动器模块300的工作原理参考图4A、图4B和图4C进行描述，其中图4A示出电流ISW1的特性。应当理解，当第一开关116“闭合”时，ISW1≈ILED，并且在所有其它时间处等于零(忽略可能以其它方式出现的任何涓流电流)。应当理解，在空白时间tB(n)期间，由于电容器C2 304充电，存在较高的电流流经开关116。另外，如图4A所示，延迟时间tD1(n)可产生于S1信号310的下降边缘至VLBuck与VLED电压交叉的时刻。该延迟时间可以由预驱动器和第一开关S1的延迟引起。空白时间tB(n)起于S1信号的下降边缘，并且结束于第一开关116被切换为“接通”并且VLBuck电压接近VIN电压时。通常，tB(n)长于tD1(n)。应当理解，当任选的电容器124存在于本公开的给定实施方案中时，LED电流ILED的纹波R一般将小于在不存在电容器124的情况下能与之相比的电路。由于电容器124的存在或不存在而引起的实际电流的此类变化对于本领域中的普通技术人员很好理解，并且在本文中不再进一步讨论。图4B示出第一开关116在“关断”状态(当第一开关116“断开”时)和“接通”状态(当第一开关116“闭合”时)之间的切换。图4C示出电压VLBuck中所得的改变。
在图4A、图4B和图4C中，当降压转换器模块104被视为“接通”和“关断”的那些周期分别如周期tON和tOFF所示。根据本文的命名规则，tON表示从t0n至t3n的合并周期，并且tOFF表示从t3n至t0n+1的周期，其中“n”为整数并且表示降压转换器模块的工作的给定循环，其中单个循环包括从t0n至t0n+1的周期，该周期从降压转换器模块切换为“接通”状态开始然后至“关断”状态并且再至其即将恢复“接通”状态之前。
更具体地，当第一开关116“闭合”时，降压转换器模块104处于“接通”状态。相反地，当第一开关116断开时，发生tOFF。根据至少一个实施方案，一些延迟可发生在从之前的“关断”状态转变为“接通”状态期间，反之亦然。这些延迟分别如图4A-4C中的tD1(n)和tD2(n)所示。出于本公开的目的，此类延迟在1ηS至10ηS的纳秒范围内出现时是微小的，使得出于所有实践目的，第一开关116和降压转换器模块104“接通”和“关断”的切换(及其反向工作)被视为基本上瞬时发生。
在至少一个实施方案中，时间t3n在图4A中被示为tOFF周期的开始，被确定为发生于感测开关电流ISW1达到IMAX的线圈的最大电流时。当感测到期望的IMAX电流时，第一开关116从“闭合”/“接通”状态转变为“断开”/“关断”状态，其根据至少一个实施方案，发生在微小延迟tD2之后。
应当理解，通过调整IMAX和IMIN值，可分别获得第一周期T1和第二周期T2。由此推论，通过调整何时发生时间t0n/t5n-1以及t3n，从而调整第一开关116何时从“断开”状态转变为“闭合”状态，可调整IMAX和IMIN的值。另外，通过调整周期T1和T2，从而调整IMAX和IMIN的值，可发生IMAX和IMIN相对于期望的目标电流ITAR的对称性。在最佳工作状态下，所得的平均电流IAVG＝IS1＝ITAR，其中目标电流ITAR为LED单元108a-n的期望的工作电流，并且IS1被定义为由电流传感器模块302感测的“第一感测电流”。根据至少一个实施方案，期望的目标电流为经由目标电流引线326提供给电流传感器模块302的输入值。应当理解，ITAR可预先确定、提前指定、通过实验室确定、校准一次或重复校准或可以其它方式识别以根据给定的一个或多个LED单元108a-n来使用。还应当理解，ITAR的值可根据与给定(如有的话)像素驱动器模块110结合使用的工作原理来变化，所述像素驱动器模块与本公开的一个或多个实施方案结合使用。
根据至少一个实施方案，可计算任何给定工作循环内的平均输出电流IAVG，如下所述：
公式1：
因此，应当理解，可通过比较T1和T2周期来确定平均输出电流是高于还是低于期望的目标电流ITAR。在至少一个实施方案中，当T1周期与T2周期具有相同的持续时间时，IS1＝IAVG＝ITAR。根据至少一个实施方案，T1＝T2。然而，应当理解，当T1≠T2并且通过调整降压转换器模块104的下一个循环的最大电流IMAX来调整降压转换器模块104的工作时，可计算平均电流，其中增加/减小IMAX＝IS2的值导致IAVG的值发生相应的增加/减小(按照公式1)。同样，可通过改变何时发生时间t3n来调整IMAX的值。如图4A-4C所示，当检测到IS2时，发生时间t3n。因此，并且在至少一个实施方案中，电流传感器模块116被配置为检测何时ISW1＝IS1以及何时ISW1＝IS2。
还应当理解，在至少一个实施方案中，还可基于感测电流IS1和IS2，从一个循环至下一个循环来调整降压转换器模块104产生的LED电流ILED的频率。具体地，通过调整IS2何时达到当前工作循环(按照上文所述，其可以通过缩短或延长周期T2调整)，可调整tOFF的持续时间，从而调整LED电流ILED的频率。应当理解，随着tOFF增加，LED电流ILED的频率降低，反之亦然。
如针对本公开的至少一个实施方案的图4A、图4B和图4C所示，周期tD1(n)表示周期t0n至t1n，在此期间对降压转换器模块304的寄生电容和/或附加电容C2充电。如上所述，此类寄生电容由元件304表示，可发生于例如与第一开关116的启动相关联或以其它方式发生。如图所示，在任何附加电容C2充电期间，通过第一开关116的电流ISW1最初具有峰值电流IC2。在至少一个实施方案中，可掩蔽空白时间tB(n)期间感测的电流ISW1并且不用于调节由驱动器模块300提供给LED单元108a-n的平均电流。在空白时间后，可感测tB(n)电流ISW1并且通常从驱动器模块300提供给LED单元108a-n的值IMIN增加至最大电流IMAX。因此，并且在至少一个实施方案中，电流IS1和IS2由电流传感器模块302感测并且提供给用于调节驱动器模块300的工作的调节模块350。
如图3所示，电流传感器模块302测量第一开关116中的电流。根据至少一个实施方案，可使用开关晶体管本身所感测的内部电流。在其它实施方案中，可使用感测电阻器或其它已知的技术。将目标LED电流ITAR提供给电流传感器模块302。如上所述，ITAR表示LED单元的目标平均输出电流。电流传感器模块302监控ISW1电流及其何时等于预设ITAR电流电平，在第一比较引线306上输出CMP_IS1设定信号。
调整信号Set_IS2表示线圈122中期望的最大电流IS2。Set_IS2由调整模块322通过调整引线324提供给电流传感器模块302。电流传感器模块302监控ISW1电流及其何时等于预设Set_IS2电流电平，在第二比较引线308上输出CMP_IS2设定信号。
比较模块316监控第一比较引线306和第二比较引线308，由电流传感器模块302提供相应的设定信号CMP_IS1和CMP_IS2。比较模块316还经由分支310a监控开关控制引线310中发生的开关信号S1，当存在该信号时，闭合第一开关116。基于信号CMP_IS1和S1，比较模块316确定何时发生时间t0n和t2n，此类事件指示降压转换器的给定循环内时间段T1的相应的起始和结束时间。并且，基于接收到信号CMP_IS2的时间，比较模块316进一步确定发生事件t3n的时间，其中事件t2n和t3n指示周期T2的相应的起始和结束时间。基于这些指示，确定周期T1和T2哪个更长(如果它们不等的话)以及周期T1和T2之间的任何差异量。当给定的实施方案中提供(任选的)调整模块322时，比较模块316输出(任选的)差异信号ΔT，该差异信号指示周期T1和T2之间的差值。如果在给定的实施方案中未提供调整模块322，则比较模块316被另外配置为经由引线328a将差异信号ΔT输出至控制模块318。在本公开的至少一个实施方案中，应当理解，比较模块316可被配置为另外地、单独地或以其它方式确定比较信号之间的差异(如有的话)。这些差异(如有的话)可以表示为具有给定极性的差异信号ΔT，其中第一极性可指示平均电流何时高于设定的目标平均电流并且第二极性可指示平均电流何时低于设定的目标平均电流。比较模块316可被配置为向控制模块318报告此类差异信号ΔT。
根据至少一个实施方案，调整模块322可被配置为经由第二调整信号引线325将TADJ调整信号提供给定时关断模块320。即，应当理解，根据一个或多个实施方案，调整模块322可被配置为在发生TADJ和/或两者时调整IS2电流。
按照至少一个实施方案，在接收到差异信号ΔT时，调整模块322调整调整信号Set_IS2的值以相应地增加或减小由降压转换器模块104提供给LED单元108a-n的期望的最大LED电流值IMAX。如上文所述，通过增加或减小IMAX的值，可以调整周期T1和T2以及降压转换器模块104的循环频率，该循环频率由第一开关116的相应的断开和闭合来控制。根据本公开的至少一个实施方案，调整模块322可被实施为增序计数器/倒数器，其递增调整Set_IS2信号的值。根据至少一个实施方案，从一个循环到另一个循环递增的量可包括一组5毫安的变化。应当理解，可以利用任何值，并且步长的量可基于设计考虑因素诸如步长为线性或非线性、基于设定的或可变的输出电流或者根据本公开的各种实施方案中的一者或多者的任何给定的实施方式所期望的其它方面而改变。在其它实施方案中，在较大的增量为可能的或符合预期的情况下，调整模块可包括任何数量的计数器或其它已知的组件以便提供根据本公开的实施方案中的一者或多者的任何给定的实施方式所需的保真性和响应能力。
另外，如图3所示，控制模块318被配置为经由Toff引线330接收来自定时关断模块320的CMP_IS2信号和定时关断信号Toff。定时关断模块320可被配置为接收和监控由降压转换器模块104提供给LED单元108a-n的LED电压VLED。当发生如CMP_IS2信号所指示的事件时间t3n时，定时关断模块320产生Toff信号，并且经由引线308c传送至定时关断模块320。Toff信号经由引线330传送至控制模块318。在时间t3n处，控制模块318终止将开关信号S1发送至第一开关116。如图4C所示，在至少一个实施方案中，VLBuck在打开第一开关116时快速减小，并且可在瞬时延迟周期tD2(n)结束时降低至少50％。另外如图3所示，控制模块318还可被配置为经由任选的控制引线332将TOFF调整信号TOFFA提供给定时关断模块320。当检测到Toff条件时，定时关断模块320可使用TOFFA调整，从而增加或减小平均电流IAVG。
另外如图3和图4A-4C所示以及如上所述，在第一开关116从“断开”状态转变为“闭合”状态期间，可发生第一延迟tD1(n)。同样，在第一开关116从“闭合”状态转变为“断开”状态时，可发生第二延迟tD2(n)。如图所示，T1包括用于启动开关的延迟，而T2不包括停用开关的延迟。应当理解，该二分法可能引起平均输出电流的一些误差。根据至少一个实施方案，这些延迟可通过在降压转换器模块104中包括第三电压比较器334进行补偿，该第三电压比较器监控第一开关116的输出电压VLBuck。按照此类实施方案，周期T12基于VLBuck的测量来补偿，并且在时间t1n至t2n期间发生，并且周期T22在时间t2n至t4n期间发生。图4D-4G表示根据本公开的至少一个此类实施方案提供给线圈122并且由任选的降压电压比较器感测的电流和电压。在至少此实施方案中，第三电压比较器334可经由引线(未示出)将第三比较信号CMP3提供给定时关断模块320。代替CMP_IS2信号和/或除使用CMP_IS2信号之外，可使用CMP3信号触发定时关断发生器模块320。
现在参见图5并且结合本公开的至少一个实施方案，示出比较模块500的实施方案。如图所示，比较模块500连接至电源，该电源通过源极引线501a以电压VDD提供电力。电路还通过接地引线501b耦接到地或电势为VSS的其它连接部。一组第一电流源502和第二电流源504相应地将电源提供的电力转化为两个电流，其中第二电流源输出电流IC1并且第一电流源输出可为例如IC1的2倍的电流(后面称为2IC1电流)。应当理解，电流IC1和2IC1的值可以被设定为任何期望的值，其中第一比较电容器CC1 510和第二比较电容器CC2512的电容相应地缩放。更具体地，第一比较电容器510和第二比较电容器512可以为任何合适的电容，并且对于至少一个实施方案，具有相同的电容CC1和CC2。适用于根据本公开的比较模块的任何给定实施方案的实施方式中的电容是本领域中众所周知的，并且本文不再赘述。一组第一比较开关506和第二比较开关508分别通过相应的第一源极引线503和第二源极引线505耦接到第一电流源502和第二电流源504。第一比较开关506由COMP_IS1信号控制，该信号由电流传感器模块302经由第一比较引线306提供。第二比较开关508由COMP_IS2信号控制，该信号由电流传感器模块302经由第二比较引线308提供。第一比较开关506通过第一比较开关引线507a和507b耦接到第一比较电容器510。第二比较开关508通过第二比较开关引线509a和509b耦接到第二比较电容器512。
另外如图5所示，第一放电开关514和第二放电开关516分别通过相应的第一比较开关引线507c和第二比较开关引线509c平行地耦接到第一比较电容器510和第二比较电容器512中的每个。第一放电开关514和第二放电开关516分别基于开关控制引线310a上的开关信号S1的存在或不存在(根据具体情况)来控制第一比较电容器510和第二比较电容器512的充电和放电。如上文所述，当第一开关116闭合并且降压转换器模块处于“接通”状态时，开关信号S1为“设定”(低，对于图4B所示的实施方案)。应当理解，任何信号包括例如信号S1的相对“低”或“高”的条件，以及与之相关联的含义或意思为约定和系统设计人员的选择问题，并且本公开的各种实施方案并非旨在受限于表示此类实施方案中的任一种的任何具体工作状态或条件的任何特定信号电平。
另外如图5所示，第一电路接点511处的第二比较开关引线507c将第一比较开关506、第一比较电容器510和第一放电开关514耦接到比较器518的第一输入。第二电路接点513处的第一比较开关引线509c将第二比较开关508、第二比较电容器512和第二放电开关516耦接到比较器518的第二输入。比较器518通过比较引线328耦接到调整模块(图3)，并且输出时间差异信号ΔT。
现在参见图6A-6D，示出了图5的比较模块的工作原理。如上所述，在驱动器模块300工作期间，线圈122中的电流在最小值IMIN与最大值IMAX之间波动，其中降压转换器模块104的“接通”和“关断”循环的时间设置由第一开关116控制，使得在任何给定循环中提供给LED单元的平均电流等于目标平均电流。在图6E中，示出第一比较电容器510和第二比较电容器512上的电压。当电压VCC2大于电压VCC1时，持续时间T2相比于T1过长，反之亦然。因此，比较模块500调整时间差异信号ΔT的输出以校正此类持续时间差距并且在理想情况下达到其中两个周期T1和T2相同的平衡条件。
更具体地，第一比较电容器510和第二比较电容器512最初分别通过被配置为“闭合”状态的第一放电开关514和第二放电开关516两者放电。在“接通”周期的T1部分，第一电容器510和第二电容器512均充电。对于至少如图5所示的实施方案，在“接通”周期的T1部分，第一电容器510以提供给第二电容器512的电流充电两次。第一电容器510继续充电直至CMP_IS1信号来回切换使得第一比较开关506被配置为从“闭合”状态切换为“断开”状态。相似地，第二电容器512充电直至CMP_IS2信号在周期T2结束时来回切换，在该情况下，第二比较开关508被配置为从“闭合”状态切换为“断开”状态。第二电容器512在周期T1和T2两者期间充电。如果周期T1和T2两者相同，则在“接通”周期结束时，电容器510和电容器512两者上的电压应当相同。如果这些周期不同，则电容器电压之间存在电压差，此类电压差可由比较器518感测并且结果用于调整系统。比较器518可为任何已知类型的比较器，包括例如窗口比较器、简单比较器等。在图6E中，VCC1电压为第一比较电容器510上的电压，并且VCC2电压为第二比较电容器512上的电压。图6E示出其中周期T2略长于周期T1的实施例。按照该实施例，第二比较电容器512被充电至电压略高于第一比较电容器510。应当理解，简单比较器518可相应地指示VCC1高于还是低于VCC2，而窗口比较器可具有指定的窗口，该窗口指示两个电压接近(基本上相等)还是一个或另一个电压更高。
在另一个实施方案中，应当理解，可利用单个电流源，并且在周期T1期间用于对第一比较电容器510充电并且在周期T2期间用于对第二比较电容器512充电。还应当理解，可利用附加的控制电路(未示出)通过调整提供给此类电容器的电流IC1和IC2的值来调节第一比较电容器510和第二比较电容器512中的一者和/或两者上的最大电压。
现在参见图7，示出了比较模块700的第二实施方案。如图所示，比较模块700包括第三电流源702，该第三电流源耦接到通过源极引线501a以电压VDD提供电力的电源。电路还通过接地引线501b耦接到大地或电势为VSS的其它连接部。第三电流源702耦接到第二比较开关704。第二比较开关704耦接到第三比较开关706，并且耦接到第三比较电容器716和比较引线328。第三比较开关706耦接到第四电流源708。第二比较开关704的工作由第一“与”门712的输出控制。第三比较开关706的工作由第二“与”门714的输出控制。第一“与”门712和第二“与”门714各自分别通过控制模块318和电流传感器模块302接收来自第一反相器709的反相S1信号、S11信号以及提供的CMP_IS1信号，其中CMP_IS1在提供给第二“与”门714之前由反相器710反相。按照该实施方案，在T1和T2周期之间进行比较。更具体地，在周期T1期间，第六比较开关706闭合，而开关704断开。在周期T2期间，反相条件出现于开关706断开且开关704闭合的情况下。在周期Toff期间，两个开关均断开。在周期T1期间，电容器CC3通过电流IC2放电，并且在周期T2期间，电容器CC3通过电流IC2充电。如果周期T1和T2相同，则一个循环后的电容器CC3上的电压应当保持相同，如果周期T1和T2不同，则电容器CC3上的电压上升或下降。按照至少该实施方案，对IS2电流的值所做的调整用TOFFA信号来表示。在另一个实施方案中，可调整Toff时间以产生正确的平均输出电流。
根据本公开的至少一个实施方案，还应当理解，在电流传感器模块302，804和1002中仅可以利用具有两个可切换阈值水平的单个比较器(模块804和1002，在下文中分别结合图8和图10描述)以确定何时达到IS1和IS2值，而非使用如上所述的两个比较器。根据本公开的至少一个实施方案，还应当理解，IS1并非必须始终等于IAVG。相反，IS1可被设定为更接近IS2以利用较短的“接通”周期工作，或者在期望利用较长的“接通”周期工作时被设定为更接近IMIN。按照此类实施方案，IS1可以用IS2的比率来表示。应当理解，根据本公开的至少一个实施方案，相对于期望控制提供给此类装置的平均电流，降压转换器模块104可以被替代为螺线管驱动器或其它电子装置结构。
现在参见图8，本公开的另一个实施方案包括第二系统800，该第二系统包括具有降压转换器模块104的第二驱动器模块802以及第二电流传感器模块804。第二驱动器模块802耦接到第二调节模块806，并且耦接到负载，诸如一个或多个LED单元108a-n。另外如图8所示以及上文结合图3和图4A-4C所述，驱动器模块包括第一开关116，该第一开关用于控制降压转换器模块104的“接通”和“关断”工作状态。第二驱动器模块802和第一驱动器模块300的工作原理，诸如第一开关116何时被设定为“断开”或“闭合”状态，与上文结合本公开的至少一个实施方案所述的相同。
然而，与图3的实施方案中调节模块806可被配置为在调节驱动器模块的工作时利用最大电流IMAX＝IS2和平均电流IS1不同，按照至少图8的实施方案，调节模块806可被配置为仅利用平均电流IS1和指示该平均电流的输出信号CMP_IS1控制驱动器模块802的工作。如图所示，第二电流传感器模块804可被配置为将CMP_IS1信号输出至定时器模块808。按照该实施方案，假设T1周期始终等于T2(周期T1和T2如图4C的至少一个实施方案所示)。按照至少该实施方案，平均电流IAVG被定义为在T1＝T2＝(1/2)tON时发生。另外，第二电流传感器模块804可被配置为包括比较器，该比较器被设置为降压驱动器模块104的目标输出电流ITAR，使得IAVG＝ITAR。根据至少一个实施方案，ITAR可经由第二目标电流引线812提供给第二电流传感器804。根据至少一个实施方案，ITAR值可为第二电流传感器模块804的预设参数。
图8表示本公开中使用平均电流比较器的系统的实施方案。在至少该实施方案中，IS1用于调节平均电流，而IS2可用于限制可以在系统启动或其它干扰期间出现的次谐波振荡。按照至少一个此类实施方案，可以初步限定周期tOFF和最大电流IS2阈值中的每个以所需的准确度范围满足具体的电流。更具体地，可调节降压转换器模块tOFF的期望的最大电流IMAX＝IS2和关断周期，使得按照公式2和公式3产生恒定的电流纹波。
公式2：
公式3：
按照上述公式2和公式3：可调节tOFF使得其与VLED成反比，从而满足期望流经的平均电流以及给定线圈值L1的工作频率。
根据至少一个实施方案，图8的实施方案的工作原理包括：首先，激活降压转换器模块104。在激活降压转换器模块时，检测到由第二电流传感器804感测的IS1阈值并且作为CMP_IS1信号传送至第二控制模块802。在系统启动时，T1定时器模块808设定T1＝T2。第二控制模块802还接收来自定时关断模块320的TOFF信号。基于这些信号，第二控制模块802控制降压转换器模块104的“接通”和“关断”状态直至达到稳态工作条件。应当理解，第二控制模块802通过输出对应的S1信号来控制降压转换器模块104的工作状态，该信号如上文所述，使第一开关116的状态从“断开”切换为“闭合”状态。然而，应当理解，根据至少一个实施方案，稳态工作条件可不同于启动时所用的工作条件，因为线圈122值L1、VIN和VLED的不同温度和/或差异随时间推移而变化。照此，预期对于本公开的至少一个实施方案，平均电流IAVG将并非在所有工作条件下完全等于目标电流ITAR。
在T1期间，达到IS1＝IAvG＝ITAR阈值所需的时间(在理想情况下)提供了IS1阈值和开关在时间t3n处切换为“关断”(如图4A-4C所示)之间的延迟T2。更具体地，电流传感器模块804监控ISW1电流，并且当IS1＝ITAR时，将CMP_IS1信号输出至定时器模块808。定时器模块808测量从“接通”循环开始(如S1信号所指示)至接收到CMP_IS1信号的时间的持续时间，其中总持续时间指示T1周期。然后根据需要将T2调整为与之前紧邻测量的T1周期相同。在所调整的T2周期过去后，定时器模块808将所测量的时间信号T1TIME信号输出至第二控制模块812。在接收到T1TIME信号时，第二控制模块812输出S1，该信号断开第一开关116并且结束tON周期。
应当理解，按照本实用新型结合图8实施方案所述的至少一个实施方案，系统800可发生次谐波振荡。按照至少一个实施方案，通过在由定时器模块808产生T1TIME时对若干间隔内的T1求平均值、通过使用滤波等可减小此类次谐波振荡。另外，根据至少一个实施方案，可利用第二电流传感器804的比较器IS2功能，以提供过电流保护并且减小次谐波振荡。
现在参见图9，定时器模块900的一个实施方案包括提供电压VDD的源极引线901a和接地引线901b。源极引线901a耦接到第一电流源902和第二电流源904中的每个。按照至少上文结合图5所述的实施方案，第一电流源产生的电流2IC1为第二电流源IC1产生的电流的两倍。第一电流源902经由引线903耦接到第一定时器开关906。第一定时器开关906基于COMP_IS1信号的相应的不存在或存在而断开或闭合。第一定时器开关906在第一定时器接点911处经由引线907a-d耦接到第二定时器开关908、具有电容CC1的第一定时器电容器910以及第二比较器912。第二电流源904在第二定时器接点913处经由引线905a-d耦接到第二定时器开关914、具有电容CC2的第二定时器电容器916以及第二比较器912。
根据至少一个实施方案，将T2设定为等于T1的定时器模块900的工作原理如下文所述。在T1期间，第一定时器电容器910利用电流2IC1来充电。在整个tON周期内，第二定时器电容器916利用电流IC1来充电。通过仅在T1周期期间对第一定时器电容器910充电，而第二定时器电容器916在T1周期之后继续充电，当电容器上的两个电压相等时触发比较器912。更具体地，当T1+T2＝2T1时，由第二比较器912输出T1TIME信号。那时，第二控制模块812关闭第一开关116并且结束tON阶段。在基本上相同的时间并且在T1被设定为基本上相同的周期之前和T2被设定为基本上相同的周期之后，并且当目标平均电流ITAR的交叉被设定为由IS1电平限定时，系统800的有效平均降压电流IAVG基本上等于目标电流ITAR。
现在参见图10，本公开的至少一个实施方案包括用于调节降压转换器104的系统1000，其中T2周期被定义为取决于输入电压VIN和LED电压VLED之间的差值ΔV，其中ΔV＝Vin-VLED。如图10所示，系统1000包括电流传感器模块1002，该电流传感器模块接收输入电压VIN以及期望的IS1和IS2电流电平的指定阈值Set_IS1和Set_IS2。应当理解，这些阈值可为预先确定的和/或硬连线至电流传感器1002或者可为至电流传感器1002的可调整输入，如图10所示。当检测到ISW1电流的对应的电流电平时，电流传感器模块1002输出CMP_IS1和CMP_IS2信号。另外，电流传感器模块1002经由引线1003耦接到T2定时器模块。CMP_IS1信号经由引线1003传送至T2定时器模块1004。T2定时器模块1004还可以被配置为接收或内部具有TSET值。根据至少一个实施方案，TSET为恒定的并且用于计算tOFF和T2周期，如下文进一步所述。根据至少一个实施方案，TSET的值可以被调整和/或能够调整。T2定时器模块1004还被配置为接收或计算降压转换器模块104的每个循环中的Vin和VLED之差。T2定时器模块1004经由引线1005耦接到开关控制模块1008。开关控制模块1008控制第一开关116的工作状态。开关控制模块1008分别经由引线1009、分支1009a和分支1009b耦接到TOFF定时器模块1006和第一开关116。
系统1000的工作原理如下文结合公式4-8所述。首先，系统1000被配置为工作使得电流ISW1与线圈122的电感L1无关。另外，系统1000工作使得IAVG＝IS1，如下文公式4所定义。如图4A和图4D所示，应当理解，IMAX＜IS2，其中IMAX为线圈中的最大电流并且由系统时间设置来定义，并且IS2为线圈的最高安全电流电平。另外，tOFF基于如公式5所示的LED电压VLED和TSET来定义。T2基于如公式6所示的TSET和ΔV来定义，其中ΔV＝Vin-VLED。根据ΔV、TSET和L1来定义最大电流IMAX与目标电流ITAR＝IS1之间的差值，以及最大电流IMAX与最小电流IMIN之间的差值，分别如公式7和公式8所示。并且，IAVG根据如公式7所示的电压差、TSET和电感L1来定义。
公式4：
公式5：
公式6：
公式7：
公式8：
如公式4-8所示，应当理解，IAVG与L1无关，并且在至少一个实施方案中可通过Set_IS1阈值来确定。更具体地，基于按照公式7计算的IMAX和按照公式8计算的IMIN，可按照公式4计算IAVG＝IS1。基于上述工作原理，系统1000工作使得相应的T2定时器模块1004和TOFF定时器模块1006将相应的“关断”和“接通”信号传送至开关控制模块1008，使得降压转换器模块104在上文定义的IMAX和IMIN电流内以及期望的tON和tOFF周期内工作。应当理解，系统1000的方法的优点包括但不限于系统1000通过感测(与调节相对)实际平均电流来工作。应当理解，通过感测(与调节相对)电流而工作的系统需要较低的电路复杂性。另外，系统1000的方法无需感测ILED电流。相反，仅在降压转换器模块104的“接通”周期期间存在电流时感测，从而导致功率耗散更低且技术复杂性更低。另外，在空白周期tD1和tD2期间产生的电流不影响平均电流调节的准确度，因为此类电流将IMAX和IMIN阈值包括在内。
另外，应当理解，系统1000的方法及本公开的一个或多个各种其它实施方案允许在固定电流纹波下调节降压转换器，因为降压转换器的工作至少部分地基于IMAX和IMIN电平来控制。应当理解，系统1000的方法及本公开的其它实施方案还可以被配置为在固定频率下工作，其中增加了众所周知的形式的频率调节回路。此类频率调节回路的示例在例如‘937申请中有所描述，具体地参见其中的图4A-4C和图5以及段落[0040]-[0067]。
还应当理解，系统1000允许在降压转换器的一个循环内的快速调节和调整。此类响应能力可能是例如用于像素光源及类似应用所期望的。另外，系统1000的工作可以无需任何补偿或反馈电路或组件。另外，应当理解，系统1000可补偿外部组件引起的误差，诸如电池电压、输出电压等的波动。
虽然上文已经以一定程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施方案描述了受权利要求书保护的实用新型的各种实施方案，但是在不脱离受权利要求书保护的实用新型的精神或范围的情况下，本领域的技术人员可对所公开的实施方案进行许多变更。因此设想了其它实施方案。上述说明中所包含的并且如附图所示的所有事项旨在被解释为仅示出具体实施方案而非构成限制。在不脱离如以下权利要求书所限定的本实用新型的基本要素的情况下，可以进行细节或结构的改变。

Claims (11)

1.一种用于为电负载供电的设备，其特征在于，所述设备包括：
驱动器模块，所述驱动器模块包括：
降压转换器模块，所述降压转换器模块包括输出节点，所述输出节点被配置为以输出电压和输出电流提供电力；
其中所述降压转换器模块的工作循环包括定时接通工作状态和定时关断工作状态；
其中所述定时接通工作状态在第一周期和第二周期内发生；
第一开关，在所述定时接通工作状态期间，所述第一开关被配置为在闭合工作状态期间将电源可操作地耦接到所述降压转换器模块；
电流传感器模块，在所述定时接通工作状态期间，所述电流传感器模块被配置为感测通过所述第一开关提供给所述降压转换器模块的第一开关电流；
调节模块，所述调节模块可操作地用于指示和调节所述第一开关的所述工作状态，使得在所述工作循环内提供给所述降压转换器模块的所述第一开关电流的平均值等于目标电流。
2.根据权利要求1所述的设备，
其中所述电流传感器模块被配置为检测在所述定时接通工作状态期间通过所述第一开关的第一感测电流何时等于所述目标电流，并且在进行此类检测时输出第一比较信号；
其中所述电流传感器模块被配置为检测在所述定时接通工作状态期间通过所述第一开关的第二感测电流何时等于期望的最大电流阈值，并且在进行此类检测时输出第二比较信号；
其中所述第一周期在起于初始时间直至第二时间的时间间隔期间发生，
其中所述初始时间在所述第一开关被配置为进入闭合开关状态时发生；
其中所述第二时间在所述第一感测电流达到所述目标电流时发生；
其中所述第二周期从所述第二时间直至第三时间发生；并且
其中所述第三时间在所述电流传感器模块检测到所述第二感测电流时发生。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述调节模块包括：
控制模块，所述控制模块耦接到所述电流传感器模块并且耦接到所述第一开关，并且被配置为将开关信号输出至所述第一开关，所述开关信号将所述第一开关的所述工作状态设置为所述闭合开关状态；
定时关断模块，所述定时关断模块耦接到所述降压转换器模块的所述输出节点并且耦接到所述控制模块，并且被配置为：
接收所述输出电压；
检测所述第一开关从所述定时接通工作状态转变为所述定时关断工作状态期间所述输出电压的减小；并且
在检测到所述输出电压的所述减小时，将定时关断信号输出至所述控制模块。
4.根据权利要求3所述的设备，还包括
比较模块，所述比较模块耦接到所述电流传感器模块和所述控制模块，并且被配置为：
接收来自所述控制模块的所述开关信号；
接收来自所述电流传感器模块的所述第一比较信号和所述第二比较信号；
确定所述初始时间、所述第二时间和所述第三时间，其中所述确定基于所述比较模块接收到所述开关信号、所述第一比较信号和所述第二比较信号中的每个的时间来完成；
基于所述确定的初始时间、所述第二时间和所述第三时间计算所述第一周期和所述第二周期；
其中所述第一周期基于所述初始时间和所述第二时间之间经过的时间量来计算；并且
其中所述第二周期基于所述第二时间和所述第三时间之间经过的时间量来计算；
比较所述第一周期和所述第二周期；并且
基于所述第一周期和所述第二周期的所述比较输出差异信号。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述调节模块包括：
耦接到所述控制模块的比较模块，所述比较模块被配置为：
接收提供给所述降压转换器模块的输入电压；并且
将差异信号输出至所述控制模块；
其中所述差异信号指示提供给所述降压转换器模块的所述输入电压中的延迟周期。
6.根据权利要求4或5所述的设备，包括：
调整模块，所述调整模块耦接到所述比较模块和所述电流传感器模块并且被配置为：
接收来自所述比较模块的所述差异信号；
确定所述期望的最大电流阈值的调整量；以及
将调整信号输出至所述电流传感器模块。
7.根据权利要求6所述的设备，包括：
定时器模块，所述定时器模块耦接到所述电流传感器模块和所述控制模块，所述定时器模块被配置为：
将所测量的时间信号输出至所述控制模块；
其中所述测量的时间信号指示所述降压转换器模块的电流循环的所述第一周期的持续时间；
将所述第二周期的所述长度调整为等于所述第一周期；
在第二第一周期结束时，输出第二测量时间信号作为所述测量的时间信号；
其中在接收到所述测量的时间信号时，所述控制模块停止输出所述开关信号并且所述降压转换器模块的所述定时关断工作状态开始。
8.根据权利要求3所述的设备，其中所述调节模块包括：
第一电流源，所述第一电流源耦接到提供第一电压下的电力的电源并且被配置为输出第一电流；
第一比较开关，所述第一比较开关耦接到所述第一电流源和第一电路接点并且被配置为响应第一比较信号；
第一比较电容器，所述第一比较电容器具有第一电容并且耦接到所述第一电路接点；
第一放电开关，所述第一放电开关耦接到所述第一定时器接点并且被配置为响应第三控制信号；
第二电流源，所述第二电流源耦接到所述电源并且被配置为输出第二电流；
其中所述第二电流源通过第二比较开关耦接到第二电路接点；
第二比较电容器，所述第二比较电容器具有第二电容并且耦接到所述第二电路接点；
第二放电开关，所述第二放电开关耦接到所述第二电路接点并且被配置为响应所述第三控制信号；和
比较器，所述比较器耦接到所述第一电路接点、所述第二电路接点并且耦接到比较引线；
其中在接收到所述第一控制信号时，所述第一比较开关被配置为从闭合状态改变为断开状态；
其中在接收到所述第三控制信号时，所述第一放电开关和所述第二放电开关中的每个被配置为从断开状态改变为闭合状态；
其中所述第二比较开关被配置为响应接收自所述电流传感器模块的第二比较信号；并且
其中在接收到所述第二比较信号时，所述第二比较开关被配置为从闭合状态改变为断开状态。
9.根据权利要求8所述的设备，
其中所述第一电流为所述第二电流的两倍，并且所述第一电容等于所述第二电容；
其中所述第一控制信号包括接收自所述电流传感器模块的第一比较信号以用于控制所述降压转换器模块的所述工作状态；并且
其中所述第三控制信号包括开关信号，所述开关信号接收自所述控制模块。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述调节模块包括：
开关控制模块，所述开关控制模块被配置为控制所述定时接通工作状态，使得在所述降压转换器模块的每个工作循环期间，所述第一周期等于所述第二周期；
定时器模块，所述定时器模块耦接到所述电流传感器模块并且耦接到所述开关控制模块；
其中所述定时器模块被配置为接收差异信号和来自所述电流传感器模块的第一比较信号，其中所述差异信号指示在给定工作循环的所述定时接通工作状态期间提供给所述降压转换器模块的输入电压与由所述降压转换器模块产生的输出电压之间产生的差异；
其中所述定时器模块被配置为将关断信号输出至所述开关控制模块，其中所述关断信号指示所述开关控制模块将所述第一开关从闭合状态转变为断开状态；
第二定时器模块，所述第二定时器模块耦接到所述开关控制模块；
其中所述第二定时器模块被配置为接收负载电压信号和开关信号，其中所述开关信号接收自所述开关控制模块；
其中所述第二定时器模块被配置为将接通信号输出至所述开关控制模块，其中所述接通信号指示所述开关控制模块将所述第一开关从断开状态转变为闭合状态。
11.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中所述调节模块包括：
第一电流源，所述第一电流源耦接到提供第一电压下的电力的电源并且被配置为输出第一电流；
第一比较开关，所述第一比较开关耦接到所述第一电流源和第一电路接点并且被配置为响应第一比较信号；
第一比较电容器，所述第一比较电容器具有第一电容并且耦接到所述第一电路接点；
第一放电开关，所述第一放电开关耦接到所述第一定时器接点并且被配置为响应第三控制信号；
第二电流源，所述第二电流源耦接到所述电源并且被配置为输出第二电流；
其中所述第二电流源通过第二比较开关耦接到第二电路接点；
第二比较电容器，所述第二比较电容器具有第二电容并且耦接到所述第二电路接点；
第二放电开关，所述第二放电开关耦接到所述第二电路接点并且被配置为响应所述第三控制信号；和
比较器，所述比较器耦接到所述第一电路接点、所述第二电路接点并且耦接到比较引线；
其中在接收到所述第一控制信号时，所述第一比较开关被配置为从闭合状态改变为断开状态；
其中在接收到所述第三控制信号时，所述第一放电开关和所述第二放电开关中的每个被配置为从断开状态改变为闭合状态；
其中所述第二比较开关被配置为响应接收自所述电流传感器模块的第二比较信号；并且
其中在接收到所述第二比较信号时，所述第二比较开关被配置为从闭合状态改变为断开状态。
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