CN210202136U - 电源调节模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及用于为电负载供电的装置。本实用新型提供了用于调节由驱动器模块提供给电负载的电流的装置的各种实施方案。对于至少一个实施方案，该驱动器模块可包括向LED单元提供电力的DC/DC降压转换器。根据至少一个实施方案，调节模块可操作以指示和调节用于控制降压转换器模块的操作的驱动器模块的第一开关和第二开关中的每一者被配置为第一操作状态和第二操作状态中的至少一者所处的时间段，使得由该降压转换器模块在给定周期内提供给LED单元的最大电流和最小电流对称地设置于在操作周期期间提供给该LED单元的平均电流附近，其中所提供的平均电流基本上等于该LED单元的目标电流。

Description

电源调节模块
本申请是2018年7月27日递交的申请号为201821205536.7，实用新型名称为“用于为电负载供电的装置”的分案申请，而后者是2017年10月13日递交的申请号为201721321458.2，实用新型名称为“用于为电负载供电的装置”的分案申请。
技术领域
概括而言，本实用新型涉及用于为电负载供电的装置。该技术可应用于电子设备诸如发光二极管(LED)照明应用中，以及应用于需要控制用于驱动LED 单元和类似类型负载的平均电流的其他应用中。
背景技术
如今，LED照明在汽车、工业和其他照明应用中得到广泛的认可。众所周知，LED照明通常需要较少的能量就能产生期望的光量，其中光量通常用流明表示，并且沿着相关的色温范围通常用凯氏(Kelvin)度数表示。在一些LED应用诸如汽车前照灯应用中，通常使用一般介于4至50V之间的相对较高的LED 电压和一般介于100mAmp至3Amp之间的较高电流。这种LED系统通常用于在以凯氏度数为单位的色温下在给定范围内产生一定范围的流明，这是驾驶员无法明显察觉到的。然而，所产生的光的量和温度范围可根据操作、用户偏好和其他考虑而变化。应当理解，LED单元所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，对流经LED的电流进行调节是非常重要的。
如图1所示，目前用于调节流经大功率LED单元的电流的一个公用电路 100利用包括类似电源102的电路，该电路连接到DC/DC降压转换器模块104。降压转换器模块104通常包括促进电能的存储和放电的线圈和电容器，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，降压转换器模块 104和相关的开关部件设置在公用镇流器106中，但是也可单独提供或者作为较大系统或单元的部件提供。这种降压转换器模块104的操作原理和元件在本领域中是众所周知的，本文不再赘述但是以引用方式和以固有方式并入本文。应当理解，图1所示的降压转换器模块的一个或多个部件和/或开关116可由其他已知的电路部件和配置来替换和/或增强。例如，二极管126可由用于同步转换器的N型场效应晶体管(FET)替换。
此外，应当理解，例如，如图1和图3所示的降压转换器的一个或多个部件的电特性仅仅是说明性的，并且可被认为是所示实施方案的其他部件的元件。例如，二极管126可被认为是开关306(如图3所示)的寄生二极管。众所周知，输出功率(通常用降压转换器模块104的LED电流ILED和LED电压VLED表示)向一个或多个LED单元108a,b,c-108n提供电力。LED单元108a,b,c-108n 可由像素驱动器模块110或类似模块(如果有的话)单独地、共同地或以其间的某种组合方式驱动。像素驱动器模块110可用于通过选择性地断开/闭合无关的一个或多个开关112来在任何给定时间控制任何给定LED单元108a-n是供电还是短路。通常，像素驱动器模块110根据随后所需的照明条件来调整一个或多个开关112的断开/闭合，所述照明条件可根据规定和其他考虑基于环境光传感器、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“接通”或“关闭”操作状态。通过降压转换器模块104 产生的经过开关116且由此到LED单元108a-n的电流ILED的峰值电流IMAX可使用例如电阻元件118和运算放大器120在降压转换器模块104的输出处感测。在其他实施方案中，通常利用其他形式的电流感测设备和/或模块。由运算放大器感测到的电阻元件118两端的电压反映了在任何给定时间提供给LED单元 108a-n的峰值电流IMAX。通过控制第一开关116的各自的“接通”和“关闭”时间，可调节提供给LED单元108a-n的电流ILED。
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、设计和其他考虑，通常期望降低线圈122的电感 L并且消除对通常耗尽太多功率、价格昂贵、在电路板上占用太多物理空间以及考虑到其他限制的任何外部感测元件诸如电阻元件118的需要。
理想情况下，需要低成本、低电感的系统，这种系统使用户能够通过降压转换器模块104调节提供给LED单元的平均电流。低成本、低电感的线圈，不包括外部感测元件等，同时保持提供给LED单元的期望平均电流和功率，以及这些LED单元的不同电压需求这些矛盾需要通常被以下情况进一步限制：降低线圈122电感L通常需要增加切换线圈122为“接通”和“关闭”的频率。应当理解，随着线圈122的电感L降低，线圈122的切换频率必须增加，以便保持提供给LED单元108a-n的所需平均电流和可接受波纹电流。
进一步限制上述考虑和问题是需要避免在操作期间产生不期望的电磁发射。众所周知，降压转换器会产生电磁辐射(EMR)。高EMR可能会影响汽车中其他电路和部件的操作以及大功率LED单元的其他实施。因此，LED驱动器单元的电磁兼容性(EMC)通常受到高度调节，特别是在机动车辆中。通常，EMC 问题会将降压转换器模块的允许频率范围限制在2MHz±5％。因此，目前需要的是不仅要调节LED驱动器单元的平均电流，而且要调节其切换频率。
如图2所示，目前已知的电路(诸如，图1所示的示例性电路)通常通过产生纹波电流R来尝试调节大功率LED模块，其中通过将第一开关116切换为“接通”和“关闭”来随着时间的推移控制LED电流ILED的波纹ΔIR。这些时间在图2中由ton和toff示出。这种连续切换产生平均纹波电流ΔIRavg。
在图2中，第一开关116的“接通”时间由ton示出。第一开关116的“关闭”时间由toff示出，其与提供给LED单元108a-n的电压VLED成比例。也就是说，对于这些模块设计，通常应当理解，关闭时间toff取决于LED单元108a-n 的电压VLED。也就是说，随着VLED增加，toff需要减小以保持电流纹波ΔIRavg恒定，反之亦然。这种关系可以数学方式如下表示，其中L为降压转换器104 的线圈122的值：
(toff x VLED)/L＝ΔIR。
应当理解，按照这些现有技术的方法，不控制切换频率，并且需要不断进行调整才能防止ILED的峰值电流响应于输入到降压转换器104的输入电压VIN、线圈122的特性的变化而不断变化，并且电压需要LED单元108a-n的VLED，其中VLED可根据在任何给定时间“接通”和“关闭”的LED单元的数量变化以及这些LED单元的功率需求而随时间变化。
此外，应当理解，这类设计要求线圈122的电感L是已知的并且/或者要求系统被校准(和重新校准)到这种电感。线圈的电感还可随时间并且响应于操作条件而变化。此外，这种常见的方法仅能提供部分解决方案，因为它们仍然要求线圈122的电感L与输入电压和负载紧密匹配以便提供期望的VLED。因此，目前通用的方法不允许驱动器系统适应降压转换器的变化电感/线圈值、在任何给定时间所需的VLED变化、或输入电压VIN变化。
因此，需要用于控制大功率DCDC LED驱动器模块的平均电流的装置、系统和方法，从而有利于使用低电感线圈以及可独立于用于特定实施方式的任何给定线圈的电感、输入电压和变化负载条件而操作的降压转换器模块，同时将降压转换器模块的切换频率保持在期望的参数内，以便满足EMC合规要求，同时还将切换功率损耗降至最低。这种装置、系统和方法最好使用集成场效应晶体管(FET)来促进同步操作模式，同时还与外部FET兼容使用以提供异步操作模式。
实用新型内容
根据本公开的至少一个实施方案，用于为电负载诸如一个或多个LED单元供电的装置包括作为其部件或与其一个或多个操作结合的驱动器模块和调节模块。驱动器模块可包括可操作地连接到电负载的降压转换器模块。降压转换器模块可包括至少一个能量存储模块。驱动器模块也可被配置为包括第一开关，该第一开关被配置为在第一时间段内发生的第一操作状态期间将电源可操作地耦接到降压转换器模块。还可提供第二开关，该第二开关被配置为在第二时间段内发生的第二操作状态期间将降压转换器模块可操作地耦接到电负载。在包括第一操作状态和第二操作状态两者的操作循环期间，第一电流传感器可被配置为感测在装置在第一状态下操作时提供给电负载的电流并且输出第一电流感测信号。第二电流传感器可被配置为感测在装置在第二状态期间操作时提供给电负载的电流并且输出第二电流感测信号。调节模块可被配置为可操作以指示和调节第一开关和第二开关中的每一者被配置为第一操作状态和第二操作状态中的至少一者所处的时间段，使得最大电流和最小电流由降压转换器模块在给定周期内提供给负载，并且这种最大电流和最小电流对称地设置于在操作周期期间提供给负载的平均电流附近。
根据本公开的至少一个实施方案，第一操作状态在第一“接通”时间段期间发生，而第二操作状态在第二“关闭”时间段期间发生。应当理解，降压转换器模块的操作周期包括给定“接通”时间段与紧随其后的“关闭”时间段的组合。还应当理解，在第一操作状态期间，降压转换器模块可被配置为向电负载提供电力并且将电力存储在电存储模块中。此外，在第二操作状态期间，能量存储模块在第一操作状态期间存储的电力可被放电到电负载。此外，在第一时间段期间，调节模块可被配置为指示第一开关闭合并且基本与其同时指示第二开关断开。根据至少一个实施方案，在第二时间段期间，调节模块可被配置为指示第一开关断开并且基本与其同时指示第二开关闭合。
根据本公开的至少一个实施方案，用于为电负载供电的装置、系统或方法可包括使用调节模块，该调节模块在第一时间段期间调节由降压转换器模块提供给负载的最大电流。调节模块及其操作也可被配置为在第二时间段期间调节由降压转换器模块提供给负载的最小电流。此外，通过调节所提供的最大电流和最小电流，调节模块调节在DCDC降压转换器的给定操作周期内负载的目标电流的平均电流。根据至少一个实施方案，调节模块可被配置为包括第一比较器模块，该第一比较器模块耦接到第二电流传感器并且被配置为检测提供给负载的最小电流何时达到目标最小电流。根据至少一个实施方案，当检测到目标最小电流时可输出设置信号。调节模块还可包括时间段比较模块，该时间段比较模块耦接到至少一个比较器模块并且被配置为在接收到设置信号后测量提供给负载的最小电流达到目标最小电流所需的时间量。根据至少一个实施方案，时间段比较模块可被配置为比较对于第一周期和第二周期中的每一者在提供给负载的最小电流达到该周期的目标最小电流时的时间并且输出比较的结果。
根据至少一个实施方案，调节模块可被配置为包括调整模块。调整模块可耦接到时间段比较模块并且被配置为接收时间段比较模块的输出并计算其倒数。根据至少一个实施方案，来自时间段比较模块的输出结果的倒数指示驱动器模块的切换频率。基于当前周期的切换频率与目标切换频率的比较，可产生输出信号作为电流调整信号。根据至少一个实施方案，电流调整信号可指示在下一周期期间要提供给负载的电流的期望变化量。
根据至少一个实施方案，调节模块可被配置为包括至少一个求和模块。求和模块可耦接到调整模块并且被配置为基于由频率调整模块生成的电流调整信号来接收目标电流信号并修改目标电流信号。求和模块还可被配置为通过从目标电流中减去电流调整信号来为下一个操作周期的负载产生期望的最小电流。根据至少一个实施方案，调节模块还可包括第二比较器模块，该第二比较器模块耦接到第一电流传感器并且被配置为检测提供给负载的最大电流何时达到目标最大电流，并且当出现这种检测时输出重置信号。根据至少一个实施方案，第二比较器模块可被配置为通过将由第二比较器模块接收的当前出现的操作周期的第一电流感测信号与下一操作周期的期望的最大电流进行比较，来检测最大电流何时达到目标最大电流。根据至少一个实施方案，期望的最大电流可通过求和模块提供给第二比较器模块，并且期望的最大电流是将当前操作周期的电流调整信号添加到目标电流的结果。根据至少一个实施方案，确定期望的最大电流可在紧接当前操作周期之前的操作周期期间发生。
根据本公开的至少一个实施方案，用于为电负载供电的装置、系统或方法可包括使用调节模块，其中第一电流传感器和第二电流传感器组合成联合电流传感器，该联合电流传感器被配置为在第一操作状态和第二操作状态的每一者期间检测提供给负载的电流。根据至少一个实施方案，调节模块可包括组合成联合比较器模块的第一比较器模块和第二比较器模块。根据至少一个实施方案，可包括至少一个求和模块，该求和模块被配置为在第一操作状态期间将电流调整信号添加到目标电流，以便为下一操作周期提供期望的最大电流。根据至少一个实施方案，至少一个求和模块可被配置为在第二操作状态期间从目标电流中减去电流调整信号以为下一操作周期提供期望的最小电流。根据至少一个实施方案，调节模块可包括多路复用器，该多路复用器耦接到至少一个求和模块并且被配置为用于在下一操作周期期间向联合比较器模块提供要在第一操作状态期间达到的期望的最大电流以及要在第二操作状态期间达到的期望的最小电流。
根据本公开的至少一个实施方案，提供了用于为电负载供电的装置、系统和方法，该装置、系统和方法可包括驱动器模块。驱动模块可被配置为包括降压转换器模块。降压转换器模块可以可操作地连接到电负载，诸如一个或多个 LED单元。降压转换器模块可以是DCDC降压转换器并且可包括至少一个能量储存模块，诸如由电感电容电路提供的能量储存模块。对于至少一个实施方案，驱动模块还可被配置为包括第一开关，该第一开关被配置为在第一操作状态期间将电源可操作地耦接到降压转换器模块。第一操作状态可发生在第一时间段内。对于至少一个实施方案，驱动模块可被配置为包括第二开关，该第二开关被配置为在第二操作状态期间将降压转换器模块可操作地耦接到电负载。第二操作状态可发生在第一时间段之后的第二时间段内。降压转换器的操作周期可包括第一操作状态和第二操作状态两者，使得第一操作状态在第一“接通”时间段期间发生，并且第二操作状态在第二“关闭”时间段期间发生。根据至少一个实施方案，降压转换器模块的操作周期可包括给定“接通”时间段与紧随其后的“关闭”时间段的组合。
根据至少一个实施方案，可包括第一电流传感器，该第一电流传感器被配置为感测在装置在第一状态下操作时提供给电负载的电流并且输出第一电流感测信号。同样，可包括第二电流传感器，该第二电流传感器被配置为感测在装置在第二状态下操作时提供给电负载的电流并且输出第二电流感测信号。
根据至少一个实施方案，调节模块可包括第一比较器模块，该第一比较器模块耦接到第二电流传感器并且被配置为检测提供给负载的最小电流何时达到目标最小电流，并且当出现这种检测时输出设置信号。根据至少一个实施方案，时间段比较模块可包括在调节模块中。时间段比较模块可耦接到至少一个比较器模块并且被配置为测量提供给负载的最小电流达到目标最小电流所需的时间量。
根据至少一个实施方案，调节模块可被配置为指示和调节第一开关和第二开关中的每一者被配置为第一操作状态和第二操作状态中的至少一者所处的一个或多个时间段，使得降压转换器模块在给定周期内提供给负载的最大电流和最小电流对称地设置于在同一操作周期期间提供给负载的平均电流附近。
根据本公开的至少一个实施方案，用于调节由DCDC降压转换器提供给 LED单元的电流的装置可被配置为包括调节模块，该调节模块可操作以指示和调节驱动器模块的第一开关和第二开关中的每一者被配置为第一操作状态和第二操作状态中的至少一者所处的时间段，使得降压转换器模块在给定操作周期内提供给LED单元的最大电流和最小电流对称地设置于在给定操作周期期间提供给LED单元的平均电流附近。
附图说明
通过本公开的各种实施方案提供的装置、系统和方法的特征、方面、优点、功能、模块和部件在本中相对于以下描述和附图中的至少一者进一步公开。
图1是用于调节驱动LED单元的降压转换器的操作的现有技术方法的示意图。
图2是示出可结合使用图1的现有技术方法产生的所得纹波电流的时序图。
图3是示出根据本公开的至少一个实施方案的用于通过调节由降压转换器模块产生的平均电流来调节降压转换器模块的操作的装置、驱动器模块的示意图。
图4A是示出根据本公开的至少一个实施方案的在图3的装置中使用的第一“高”开关的操作原理的时序图。
图4B是示出根据本公开的至少一个实施方案的在图3的装置中使用的第二“低”开关的操作原理的时序图。
图4C是示出根据本公开的至少一个实施方案的当降压驱动器模块的操作按照图3的装置被调节时由该降压驱动器模块提供给至少一个LED单元的平均电流的调节的时序图。
图5是示出根据本公开的至少一个实施方案用于控制图3的驱动器模块的操作原理的装置、调节模块的示意图。
图6是示出根据本公开的至少一个实施方案用于控制图3的驱动器模块的操作原理的装置、第二调节模块的示意图。
具体实施方式
本文描述的各种实施方案涉及可调节直流(DC)降压转换器模块的平均电流的装置、系统和方法。虽然本文所述的并且如所附附图所示的各种实施方案为本领域普通技术人员提供了足够的信息来实践本文要求保护的或在要求本公开的优先权的任何申请中随后要求保护的一个或多个实用新型，但是应当理解，可在没有本文提供的一个或多个细节的情况下实践一个或多个实施方案。因此，本文所述的各种实施方案通过示例方式提供，并非意图且不应用于限制任何特定实施方案所要求保护的任何实用新型的范围。
如图3所示并且对于本公开的至少一个实施方案，提供驱动器模块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。
应当理解，电流ILED将随着时间而变化，并且与在任何给定时间由降压转换器模块104产生的电流相同。降压转换器模块104包括具有电感L的线圈122、具有电容C1的电容器124以及至少一个“高”开关114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DCDC降压转换器模块104的电感和电容值可由本领域普通技术人员基于公知的电路设计原理来选择，这些原理以引用方式和以固有方式并入本文。
驱动器模块300可被配置为包括两个开关，即“高”开关304和“低”开关306，这两个开关用于控制降压转换器模块104的“接通”和“关闭”周期。根据至少一个实施方案，开关304和306可以是MOSFET晶体管。在图3中，元件312和313分别表示低开关306的寄生电容和寄生二极管性质。在其他实施方案中，可使用其他类型的晶体管或其他开关。“高”开关304两端的电流 ISW1和“低”开关306两端的电流ISW2在它们相应的“接通”时间期间由相应的高电流传感器模块314和低电流传感器模块316感测。可使用任何已知的设备、模块、技术或以其他方式来监测在驱动器模块300的各个操作状态期间流过相应的高开关304和低开关306两端的电流。这种已知的电流感测设备的一个示例是使用感测电阻器。此外，应当理解，可在本公开的一个或多个实施方案中使用在高开关304和低开关306中的一者或两者上的内部电流感测。
如图3进一步所示并且另外如图5所示，“高”引线308和“低”引线310 将驱动器模块300与调节模块500耦接起来。调节模块500的至少一个实施方案在下面描述并且在图5中示出。引线308和310将来自驱动器模块300的信号Isense1和Isense2(代表电流ISW1和ISW2)分别传送到调节模块500。
如对于至少图5所示的实施方案进一步所示，驱动器模块300从源102(图 3中未示出)或另一电源接收电力Vin。应当理解，驱动器模块300可从被配置为提供期望的电压或电压范围的任何源接收电力。这类电源在本领域中是公知的，并且以引用和固有方式并入本文。根据本公开的至少一个实施方案，Vin＝ 12V DC且VLED＝10V Dc可以是可能的值。
驱动器模块300的操作原理在图4A、图4B和图4C中示出，其中图4A示出了电流ISW1的特性，图4B示出了电流ISW2的特性，并且图4C示出了由降压转换器模块104提供给LED单元的所得ILED电流。更具体地讲，在图4A、图 4B和图4C中，降压转换器模块104被视为“接通”和“关闭”的那些时间段分别被示为时间tON和tOFF。根据目前的命名惯例，tON表示时间段t1n至t3n，其中n是整数并且表示降压转换器模块的给定操作周期，其中单个周期包括从降压转换器模块切换为“接通”状态然后切换为“关闭”状态然后到紧接其恢复到“接通”状态之前发生的时间段。更具体地讲，当高开关304“闭合”且低开关306“断开”时，降压转换器模块被视为处于“接通”状态。相反，tOFF表示从t3n至t5n的时间段，其中t5n＝t1(n+1)并且t5n和t1(n+1)都代表降压转换器模块104的下一周期的开始。也就是说，当高开关304断开且低开关306闭合时，tOFF出现。应当理解，对于至少一个实施方案，高开关304和低开关306 的操作状态(接通/关闭)是截然相反的。根据其他实施方案，相应的“接通”和“关闭”时间中的一些延迟和重叠可分别出现在高开关304和低开关306的不同“接通”和“关闭”状态之间。出于本公开的目的，当这种延迟出现在1η秒至10η秒的毫微秒范围内时，其被认为是非实质的，使得对于所有实际目的而言，高开关304和低开关306切换“接通”和“关闭”(及其反向操作)被认为基本同时发生。
在至少一个实施方案中，时间t3n(如图4A所示，其为tOFF时间段的开始) 被确定为在Isense1电流达到IMAX时发生。类似地，对于至少一个实施方案，时间 t5n＝(t1(n+1))被确定为在Isense2电流达到IMIN时发生。应当理解，通过调整IMAX和IMIN的值，获得时间段t3n和t5n(t1(n+1))。通过调整IMAX和IMIN的值、IMAX和 IMIN相对于期望目标电流ITAR的对称性，可获得所得平均电流IAVG，其等于期望目标电流ITAR，其中目标电流是LED单元108a-n的期望操作电流。应当理解， ITAR可以是预先确定的、提前指定的、通过实验确定的、一次或重复地校准的或者可根据给定的一个或多个LED单元108a-n以其他方式被另外确定用途。还应当理解，ITAR的值可根据结合给定(如果有的话)像素驱动器模块110使用的操作原理而变化，该像素驱动器模块结合本公开的一个或多个实施方案使用。
如图4A所示，对于本公开的至少一个实施方案，时间tc表示用于对降压转换器模块304的寄生和/或另外的电容C2充电的时间段t1n至t2n。如上所述，由元件312表示的这种寄生电容可例如与高开关304本身的激活相关联或以其他方式出现。如图所示，在对第二电容充电期间，通过高开关304的电流ISW1最初具有峰值电流IC2。对于至少一个实施方案，在时间段tc期间感测的电流 ISW1可被掩蔽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。
在时间段tc之后，电流ISW1可被感测并且一般从值ISW1Min增加到由驱动器模块104提供给LED单元108a-n的最大电流IMAX。因此，由调节模块500感测并用于调节驱动器模块300的操作的电流ISENSE1可以数学方式表示，对于给定周期n，如方程1所示。
方程1：
ISENSE1＝Isw1
根据方程1，对于任何给定周期n，t2n是从由高电流传感器314感测的电流代表线圈电流同时高开关304为“接通”时的时间，并且t3n是高开关304“关闭”的时间。
如图4B所示，对于本公开的至少一个实施方案，在高开关304在时间t3n关闭之后，低开关306接通并且二极管126将降压转换器104的节点反向到低开关306。在“关闭”时间tOFF的开始，在时间t3n，流经低开关306的感测电流ISW2最初将其本身呈现为由二极管126感应的恢复电流。恢复电流通常在时间段t3n至t4n内发生，该时间段在图4B中由时间段td表示。对于至少一个实施方案，在时间段td期间感测的电流ISW2可被掩蔽并且可不被采样或以其他方式用于调节由驱动器模块300提供给LED单元108a-n的平均电流。在时间段 td之后，电流ISW2可被感测并且一般从值ISW2Max减少到由驱动器模块104提供给LED单元108a-n的最小电流IMIN。因此，由调节模块500用于在其“关闭”状态期间调节驱动器模块300的操作的电流ISENSE2可以数学方式表示，对于给定周期n，如方程2所示。
方程2：
ISENSE2＝Isw2
对于任何给定周期n，t4n是从由低电流传感器306感测的电流代表线圈电流同时低开关306为“接通”时的时间，并且t1(n+1)是低开关306“关闭”并且周期随后重复的时间。
如图4C所示，可调整驱动器模块300的“接通”和“关闭”状态，使得 IMAX和IMIN值在ITAR电流附近对称，并且可将提供给LED单元108a-n的所得电流ILED设置在目标平均电流ITAR。也就是说，当存在对称性时，平均LED电流 IAVG＝ITAR。这种对称性可表示为电流ΔI在周期内的变化，其中该变化范围从IMAX至IMIN。应当理解，理想情况下，这种变化
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000131
的一半(电流调整)分别出现在平均电流IAVG之上和之下，使得存在对称性。这种关系表示为方程3。
方程3：
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000132
根据方程3，IAVG可用由驱动器模块300提供给LED单元108a-n的电流ILED 400的峰(在图4C中示为时间t3n处的IMAX值)和谷(在图4C中示为时间t1(n+1)处的IMIN值)表示。这种关系也可用ΔI表示，如方程4所示。
方程4：
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000133
此外，应当理解，当IMAX和IMIN之间存在对称性时，ITAR不依赖于线圈122 的电感值L。同样，ITAR不依赖于例如由电源102提供的电压Vin，也不依赖于 LED单元108a-n在任何给定时间所需的负载(表示为输出电压VLED)。此外，应当理解，当在IMAX和IMIN之间存在ITAR附近的对称性时，平均LED值IAVG完全不依赖于ΔI值。这意味着，可自由独立地将ΔI值控制到期望LED值ITAR。
此外，应当理解，LED电流通常在一个周期至下一周期内本身呈现为持续变化的电流ILED400，当驱动器模块300处于“接通”状态时，该电流在任何给定时间的边界由IMAX限定，并且当驱动器模块300处于“关闭”状态时，该电流在任何给定时间的边界由IMIN限定。
驱动器模块300的“接通”和“关闭”时间也可用驱动器模块300的切换频率
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000142
表示，其中频率
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000143
与任何给定周期n的时间长度Tn成反比，其中任何给定周期的长度是如方程5所示的时间段Tn。
方程5：
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000144
因此，对于本公开的至少一个实施方案，切换频率
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000145
可用驱动器模块300 的目标切换周期TTAR表示，该目标切换周期也可用给定驱动器模块的电压和电感特性表示，对于任何给定周期n，如方程6所示。
方程6：
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000141
鉴于这些表示和关系，并且如下面参考图5进一步讨论，调节模块500可通过根据方程4独立于ΔI值来将IMAX和IMIN阈值限值对称地调整在ITAR之上或之下来将ILED电流控制在期望的ITAR＝IAVG值，而且调节模块500可通过根据方程6调整ΔI值来控制每个周期的频率
Figure DEST_PATH_GDA0002356222090000146
以及驱动器模块300在任何给定周期内从“接通”状态切换到“关闭”状态的时序。
现在参考图5，对于本公开的至少一个实施方案，示出了用于控制驱动器模块300的切换频率以及这种驱动器模块300的相应的“接通”和“关闭”时间的调节模块500。调节模块500可耦接到高引线308、低引线310、目标输入引线502、高开关引线504和低开关引线506。应当理解，可使用其他引线，诸如电力、编程、接地、时钟等和/或其他常用部件，但在图5中未示出。
调节模块500可包括第一求和模块508，该第一求和模块耦接到目标输入引线502、调整引线510和最大电流引线512中的每一者。第一求和模块508 可被配置为将由引线502接收的目标电流信号ITAR与由引线510接收的电流调整信号ΔI/2相加，并且经由引线512输出所得的IMAX电流信号。
调节模块500可包括第二求和模块514，该第二求和模块耦接到目标输入引线502、调整引线510和最小电流引线516中的每一者。第二求和模块514 可被配置为将由引线502接收的目标电流信号ITAR与由引线510接收的电流调整信号ΔI/2的相反信号值相加，并且经由引线516输出所得的IMIN电流信号。应当理解，虽然在图5的实施方案中被示为利用两个求和模块508和514，但是这些模块可以单个模块提供，其中调整信号510的值基于驱动器模块300在任何给定时间的状态(即，“接通”或“关闭”)而变化。
如对于至少图5所示的实施方案进一步所示，调节模块500还可被配置为包括频率调整模块518，该频率调整模块输出电流调整信号ΔI/2。对于至少一个实施方案，频率调整模块518将在时间t11启动第一周期的驱动器模块之后，在给定数量的预定周期内输出稳定的调整信号ΔI/2。在至少一个实施方案中，频率调整模块518可由通过任何调节技术相对于目标平均电流ITAR对称地调整 IMAX和IMIN阈值电流的任何模块代替。这种调节技术的示例包括但不限于成比例技术、积分成比例技术、导数积分成比例技术和其他已知技术。
应当理解，根据本公开的至少一个实施方案，对于理想实施方式，求和模块508和514的组合以及电流调整信号ΔI/2的信号幅度可导致IAVG通常等于 ITAR，如果有任何差异，也不会影响LED单元108a-n的操作模式。应当理解，在非理想实施方式中，纯对称性可能不会由于以下因素而出现：例如在切换活动期间发生的电流损耗、比较器534和524延迟、感测元件314和316中的延迟、求和模块508和514中的错误、534和524中的比较器偏移、预驱动器530, 532中或晶体管304和306中的延迟、控制模块528中的延迟等。通常，任何这种差异可能导致LED单元108a-n的性能的非实质性降低。这种非实质性差异在LED单元108a-n的已知和/或预期性能范围内产生。此外，应当理解，对于理想电路，当IAVG＝ITAR时，LED电流ILED不需要被调节，而是将被正确设置在期望电流处。
根据本公开的至少一个实施方案，应当理解，有效平均电流IEAVG可通过本文未提出的任何现有技术来感测。可将有效平均电流IEAVG作为二阶校正信号提供给第一求和模块508和第二求和模块514中的每一者。应当理解，这种二阶校正信号可允许装置调整由于使用非理想部件而产生的错误。
频率调整模块518可经由改变时间段引线520可操作地耦接到时间段比较模块522。如对于本公开的至少一个实施方案进一步所示，时间段比较模块522 可被配置为基于例如检测到时间段信号ΔT何时出现来确定驱动器模块300的操作状态。应当理解，对于本公开的至少一个实施方案，时间段比较模块522 可由在多个周期内将实际切换时间段(或频率)与目标切换时间段(或频率) 进行比较的模块代替。这种时间段比较模块522可用于清除在LED单元108a-n 要求的负载正在快速变化的操作条件下产生的排列，例如在选通时可能需要快速闪烁或类似模式的操作正是这种情况。此外，应当理解，时间段比较模块522可在模拟电路或数字电路和处理域中实施。
应当理解，对于至少一个实施方案，时间段比较模块522可比较总时间段 T或其部分，诸如来源于一个周期到下一个周期的tON或tOFF。在一个实施方案中，仅比较驱动器模块300的实际与目标“关闭”时间，并且对于至少一个实施方案，ΔT＝ΔtOFF＝tOFF (n)-tOFF(n-1)。ΔT的倒数是驱动器模块300的期望切换频率。对于至少一个实施方案，期望切换频率为例如2MHz，并且相应的目标时间段为500ns。
如对于至少图5所示的实施方案进一步所示，调节模块500还可被配置为包括低比较器模块524，该低比较器模块耦接到时间段比较模块522(经由“设置”引线526)、第二求和模块514(经由最小电流引线516)和低电流传感器模块316(经由低引线310)中的每一者。低比较器模块524可被配置为监测经由低引线310提供的ISENSE2电流信号何时等于由第二求和模块514提供给低比较器模块524的IMIN阈值。如上所述，当ISENSE2＝IMIN时，出现驱动器模块300 的新周期。因此，一旦检测到ISENSE2＝IMIN，低比较器模块524便将设置“信号” S(其指示tON的开始和新(n+1)周期)输出到时间段比较模块(经由设置引线 526)和驱动器控制模块528中的每一者。
如对于至少图5所示的实施方案进一步所示，驱动器控制模块528可被配置为，一旦接收到设置信号S，便启动高开关304的闭合和低开关306的断开，其中操作顺序从“接通”状态开始，从时间段t1n到t3n，如图4A所示。
如对于本公开的至少一个实施方案所示，驱动器控制模块528可经由(可选)高开关模块530和(可选)低开关模块532并经由相应的搞开关引线504 和低开关引线506耦接到相应的高开关304和低开关306。应当理解，高开关模块530和低开关模块532被指定为调节模块500的可选部件，因为对信号条件(包括放大、滤波或其他方式)的需要可基于本文所述的一个或多个实施方案的实际实施方式而变化。
如对于至少图5所示的实施方案进一步所示，调节模块500还可被配置为包括高比较器模块534。高比较器模块534可耦接到高电流传感器模块314(经由高引线308)和第一求和模块508(经由最大电流引线512)中的每一者。高比较器模块534可被配置为监测经由高引线308提供的ISENSE1电流信号何时等于由第一求和模块508提供的IMAX阈值。如上所述，当ISENSE1＝IMAX时，认为驱动器模块300的给定周期n的“关闭”部分出现。因此，一旦检测到ISENSE1＝ IMAX，高比较器模块534便将“重置”信号R(其指示tOFF的开始)输出到驱动器控制模块528。应当理解，根据至少一个实施方案，可利用时间段比较模块 522或第二时间段比较模块(未示出)来提供IMAX电流的进一步细化，当高电流传感器314感测到该电流时，启动触发“关闭”时间段。也就是说，应当理解，高比较器模块534可被配置为也将重置信号R传送到时间段比较模块522，该时间段比较模块继而确定在实际tOFF时间和tOFF目标时间之间是否发生任何差异，并且如果是，则指示频率调整模块输出专门用于增加(或减小)IMAX电流信号的调整信号ΔI/2。也就是说，应当理解，对于一个或多个实施方案，单独的调整信号ΔI/2可由调整模块518输出，以便单独调整IMAX和IMIN电流信号，这些电流信号随后基于驱动器模块300的随后操作状态进行调整。这种单独调整可能是期望的，例如在仅需要调整IMAX和IMIN电流信号中的一个而不是两者以便相对于IAVG提供更精确的IMAX和IMIN对称性时。应当理解，鉴于一个或多个操作、环境或其他约束，可能出现这种单独调整。
现在参考图6并且参见本公开的至少一个实施方案，可提供第二调节模块 600，该第二调节模块可被配置为与单个电流感测模块602一起使用。根据至少该实施方案，应当理解，如图3和图5所示的高电流传感器314和低电流传感器316可由单个电流感测模块602来增强和/或替代。单个电流感测模块602可以期望方式被定位成感测降压驱动器模块104(参见图3)的线圈122两端的电流，感测方式是通过定位在例如由以下引线形成的节点处：这些引线从高开关 304、低开关306和线圈122中的每一者延伸并与其耦接。应当理解，线圈电流基本上是流经驱动器模块300的LED电流ILED。应当理解，对于任何实施方案，单个电流感测模块602相对于驱动器模块304的位置可变化，但前提条件是在任何给定周期的“接通”和“关闭”状态期间提供给LED单元108a-n的电流可被感测。此外，根据至少一个实施方案，单个电流感测模块602可耦接到低比较器模块524，以经由引线604向其输出ISENSE3电流信号。应当理解，在驱动器电路304的所有操作状态和周期期间，ISENSE3单个感测电流信号等于ILED。
如图6进一步所示并且参见本公开的至少一个实施方案，(图5的)高比较器模块534和低比较器模块524可由联合比较器模块601代替，该联合比较器模块可被配置为相对于两个或更多个阈值诸如tON和tOFF阈值进行操作。此外，IMAX和IMIN电流信号两者都可由第一求和模块508和第二求和模块514传送到多路复用器606。多路复用器606可被配置为将根据随后由单个电流感测模块602感测的当前状态(“接通”或“关闭”)的相应IMIN或IMAX信号传送到低比较器模块524。
如图6相对于本公开的至少一个实施方案进一步所示，多路复用器606可经由引线608耦接到联合比较器模块601，并且联合比较器模块601可被配置为向多路复用器606引线610额外地输出信号S。多路复用器606可被配置为基于给定周期n的驱动器模块304的当时对应状态“接通”或“关闭”来在引线512和引线516上提供的信号之间切换。
虽然上文以某种程度的特殊性或参照一个或多个单独实施方案描述了所要求保护的实用新型的各种实施方案，但是本领域技术人员可在不脱离所要求保护的实用新型的实质或范围的情况下对所公开的实施方案进行大量修改。因此可设想其他实施方案。上述描述中包含的并且在附图中示出的所有内容旨在被理解为仅仅是具体实施方案的说明而非限制。在不脱离以下权利要求所限定的本实用新型的基本要素的情况下，可对细节或结构进行改变。

Claims (20)

1.一种电源调节模块，其特征在于，所述电源调节模块包括：
第一比较器模块，所述第一比较器模块耦接至低电流传感器，并被配置为在电源驱动器模块向负载提供的输出电流达到目标最小电流时执行检测并在发生该检测时输出设置信号；
其中，所述电源驱动器模块在两个或更多个操作周期内操作，该操作周期具有第一时段和在第一时段之后的第二时段；以及
驱动器控制模块，所述驱动器控制模块耦接至所述第一比较器模块，并被配置为：在接收到所述设置信号时，指示低开关断开和高开关闭合；
其中，所述第一时段随着所述低开关的断开和所述高开关的闭合而开始；
在所述第一时段内，电源提供的电力被提供至所述负载并被存储在所述电源驱动器模块中。
2.根据权利要求1所述的电源调节模块，其中，通过调节用于下一个操作周期的目标最小电流将所述输出电流调节为在两个或更多个操作周期内的目标电流。
3.根据权利要求1所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
时间段比较模块，所述时间段比较模块耦接至所述第一比较器模块，并被配置为：
将针对当前操作周期的当前时长与针对前一个操作周期的在先时长进行比较以确定操作周期时长的变化；以及
根据确定的操作周期时长的变化，输出时间段信号。
4.根据权利要求3所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
频率调整模块，所述频率调整模块耦接至所述时间段比较模块，并被配置为：
接收所述时间段信号；
确定针对当前操作周期的所述电源驱动器模块的切换频率；
将所确定的切换频率与目标切换频率进行比较；以及
基于该比较的结果，输出电流调整信号。
5.根据权利要求4所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
第一求和模块，所述第一求和模块耦接至所述频率调整模块，并被配置为：
接收所述电流调整信号；
调整用于下一个操作周期的目标最小电流；以及
将用于下一个操作周期的目标最小电流输出至所述第一比较器模块。
6.根据权利要求5所述的电源调节模块，其中，所述第一求和模块通过从目标电流中减去所述电流调整信号来调整用于下一个操作周期的目标最小电流。
7.根据权利要求1所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
第二比较器模块，所述第二比较器模块耦接至高电流传感器，并被配置为在所述输出电流达到目标最大电流时执行检测并在发生该检测时输出重置信号；
其中，所述驱动器控制模块还被配置为：
在从所述第二比较器模块接收到所述重置信号时，指示所述低开关闭合和所述高开关断开；
其中，所述第二时段随着所述低开关的闭合和所述高开关的断开而开始；
在所述第二时段内，所述第一时段内存储在所述电源驱动器模块中的电力被提供至所述负载。
8.根据权利要求7所述的电源调节模块，其中，通过调节用于下一个操作周期的目标最大电流将所述输出电流调节为在两个或更多个操作周期内的目标电流。
9.根据权利要求7所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
时间段比较模块，所述时间段比较模块耦接至所述第一比较器模块，并被配置为：
将针对当前操作周期的第二时段的当前时长与针对前一个操作周期的第二时段的在先时长进行比较；以及
输出时间段信号。
10.根据权利要求9所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
频率调整模块，所述频率调整模块耦接至所述时间段比较模块，并被配置为：
接收所述时间段信号；
确定针对当前操作周期的所述电源驱动器模块的切换频率；
将针对当前操作周期所确定的切换频率与目标切换频率进行比较；以及
基于该比较的结果，输出电流调整信号。
11.根据权利要求10所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
第二求和模块，所述第二求和模块耦接至所述频率调整模块，并被配置为：
接收所述电流调整信号；
调整用于下一个操作周期的目标最大电流；以及
将用于下一个操作周期的目标最大电流输出至所述第二比较器模块。
12.根据权利要求11所述的电源调节模块，其中，所述第二求和模块通过将所述电流调整信号添加至目标电流来调整用于下一个操作周期的目标最大电流。
13.根据权利要求12所述的电源调节模块，其中，所述目标最大电流与所述目标最小电流被对称地调整。
14.根据权利要求4所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
第二比较器模块，所述第二比较器模块耦接至高电流传感器和所述驱动器控制模块，并被配置为在所述输出电流达到目标最大电流时执行检测并在发生该检测时输出重置信号；
其中，所述驱动器控制模块还被配置为：
在接收到所述重置信号时，指示所述低开关闭合和所述高开关断开；
其中，所述第二时段随着所述低开关的闭合和所述高开关的断开而开始；
在所述第二时段内，所述第一时段内存储在所述电源驱动器模块中的电力被提供至所述负载。
15.根据权利要求14所述的电源调节模块，其中，通过调节所述目标最大电流将所述输出电流调节为在各操作周期内的目标电流。
16.根据权利要求15所述的电源调节模块，其中，所述时间段比较模块耦接至所述第二比较器模块，并被配置为执行以下至少之一：
将针对当前操作周期的第一时段的当前时长与针对前一个操作周期的第一时段的在先时长进行比较以确定第一时段的变化；以及
根据确定的第一时段的变化，输出第一时间段信号；
将针对当前操作周期的第二时段的当前时长与针对前一个操作周期的第二时段的在先时长进行比较以确定第二时段的变化；以及
根据确定的第二时段的变化，输出第二时间段信号。
17.根据权利要求16所述的电源调节模块，其中，所述频率调整模块还被配置为：
在接收到第一时间段信号时，确定并输出第一时段电流调整信号；以及
在接收到第二时间段信号时，确定并输出第二时段电流调整信号。
18.根据权利要求17所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
第一求和模块，所述第一求和模块耦接至所述频率调整模块，并被配置为：
接收所述电流调整信号和所述第一时段电流调整信号中的至少一个；
调整目标最小电流；以及
将用于下一个操作周期的目标最小电流输出至所述第一比较器模块；以及
第二求和模块，所述第二求和模块耦接至所述频率调整模块，并被配置为：
接收所述电流调整信号和所述第二时段电流调整信号中的至少一个；
调整目标最大电流；以及
将用于下一个操作周期的目标最大电流输出至所述第二比较器模块。
19.根据权利要求18所述的电源调节模块，其中，
所述第一求和模块通过从目标电流中减去所述电流调整信号和所述第一时段电流调整信号两者之一来调整所述目标最小电流；以及
所述第二求和模块通过将所述电流调整信号和所述第二时段电流调整信号两者之一添加至所述目标电流来调整所述目标最大电流。
20.根据权利要求19所述的电源调节模块，其中，所述调节模块被配置为调节所述目标最大电流与所述目标最小电流中的至少一个以在两个或更多个操作周期内实现所述电源驱动器模块的平均输出电流，所述电源驱动器模块具有相对于所述平均输出电流基本对称的最大输出电流和最小输出电流。
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