DE102014117578A1

DE102014117578A1 - Vorsteuerungsschaltung für schnelles Analogdimmen in LED-Treibern

Info

Publication number: DE102014117578A1
Application number: DE102014117578.6A
Authority: DE
Inventors: Giovanni Capodivacca
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: CN104703338A; CN104703338B; US20150156834A1; DE102014117578B4; US9148918B2

Abstract

Verfahren, Vorrichtungen und Schaltungen sind offenbart, die einen ersten Pegel eines Ausgangsstroms an eine oder mehrere Lasten in einem Abwärts/Aufwärtswandler mit einer Induktivität abgeben. Die Verfahren, Vorrichtungen und Schaltungen können ferner offenbart sein, dass sie als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung an eine oder mehrere Lasten in einem Abwärts/Aufwärtswandler mit einer Induktivität, ein oder mehrere Elemente, einschließlich des Vorwärtsregelungselements, mit einer Änderung in einer zugeführten Referenzspannung beaufschlagen,
wobei ein Beaufschlagen des Vorwärtsregelungselements mit der Änderung in der zugeführten Referenzspannung eine Einstellung des Ausgangsstroms von dem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, verursacht.

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft elektrische Steuerschaltungen und insbesondere Vorwärtsregelungs(feedforward)schaltungen.
HINTERGRUND
Steuerschaltungen können verwendet werden, um die Strommenge, die durch Lasten mit speziellen Strom- und/oder Spannungsanforderungen, wie Ketten von Leuchtdioden (LEDs), fließt, zu steuern. Die Lichtintensität einer LED-Kette wird von der Strommenge, die durch sie fließt, gesteuert. Im Allgemeinen kann ein geschlossener Regelkreis-Stromgenerator verwendet werden, um den Strom konstant zu halten. Für Beleuchtungen mit hoher Stromlast können Schaltmodussteuereinheiten verwendet werden. In Anwendungen, die einen hohen Wirkungsgrad und hohe Flexibilität erfordern, wie in manchen Beleuchtungsanwendungen auf dem Kraftfahrzeugsektor, können Abwärts-, Aufwärts- oder Abwärts/Aufwärts-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler verwendet werden. Manche Anwendungen in der Kraftfahrzeugbeleuchtung oder anderen Anwendungen umfassen mehrere LED-Ketten, die parallel geschaltet sind. Die Anzahl kann abhängig von der jeweiligen speziellen Anwendung variieren. Eine oder mehrere der LED-Ketten können zu gewissen Zeitpunkten ein- oder ausgeschaltet werden (z.B. mit der Schaltung verbunden oder nicht verbunden). Diese Änderung der Anzahl von LED-Ketten bedeutet, dass der konstante Strom durch weniger oder zusätzliche Ketten abgeführt werden kann. Eine Steuerschaltung kann den Strom, der durch die LED-Kette oder -Ketten fließt, steuern, da eine unterschiedliche Anzahl der Ketten verbunden oder nicht verbunden ist.
Es ist daher eine Aufgabe, Verfahren, Vorrichtungen und Schaltungen für Schaltwandler bereitzustellen, die auf derartige Laständerungen angemessen reagieren können.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 9 sowie eine Schaltung nach Anspruch 17 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Im Allgemeinen sind die verschiedenen Beispiele dieser Offenbarung auf Schaltwandler, wie Strommodus-gesteuerte Abwärts-Aufwärts(buck-boost)-Gleichstromwandler mit Vorwärtsregelungselementen, gerichtet, und das Konzept kann in Abwärts-, Aufwärts- und Abwärts-Aufwärts-Konfigurationen angewandt werden. Verschiedene Beispiele dieser Offenbarung können eine zugeführte Referenzspannung an ein Vorwärtsregelungselement einstellen, um den Ausgangsstrom, der durch eine oder mehrere verbundene Lasten fließt, zu ändern. Die Verwendung eines Vorwärtsregelungselements kann die Fähigkeit der Wandler zum Erreichen des gewünschten Pegels des Ausgangsstroms für die eine oder mehreren Lasten verbessern, wodurch unter anderen Vorteilen ein schnelles Schalten (z.B. Verbinden und Trennen) der Lasten auf sichere Weise ermöglicht wird.
Ein Beispiel bezieht sich auf ein Verfahren, das ein Abgeben eines ersten Pegels von Ausgangsstrom an eine oder mehrere Lasten in einem Schaltwandler mit einer Induktivität und ein Beaufschlagen, als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung an eine oder mehrere Lasten in dem Schaltwandler mit einer Induktivität, eines oder mehrerer Elemente, einschließlich eines Vorwärtsregelungselements mit einem Fehlerverstärker, mit einer Änderung in einer zugeführten Referenzspannung, wobei ein Beaufschlagen des Vorwärtsregelungselements mit der Änderung in der zugeführten Referenzspannung zu einem Einstellen des Ausgangsstroms von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, führt.
Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf eine Vorrichtung, die ein Vorwärtsregelungselement umfasst. Die Vorrichtung kann ferner ein oder mehrere Bauteile umfassen, die konfiguriert sind, als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung von einer oder mehrerer Lasten in einem Schaltwandler mit einer Induktivität, ein oder mehrere Elemente, einschließlich des Vorwärtsregelungselements, mit einer Änderung in einer zugeführten Referenzspannung zu beaufschlagen, wobei das Vorwärtsregelungselement eine Einstellung eines Ausgangsstroms von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, bewirkt, wenn das eine oder die mehreren der Bauteile das Vorwärtsregelungselement mit einer Änderung in der zugeführten Referenzspannung beaufschlagen.
Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf eine Schaltung, die ein Vorwärtsregelungselement umfasst. Die Schaltung kann ferner ein oder mehrere Bauteile umfassen, die konfiguriert sind, als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung von einer oder mehrerer Lasten in einem Schaltwandler mit einer Induktivität, ein oder mehrere Elemente, einschließlich des Vorwärtsregelungselements, mit einer Änderung in der zugeführten Referenzspannung zu beaufschlagen, wobei das Vorwärtsregelungselement eine Einstellung eines Ausgangsstroms von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, anpasst, wenn das eine oder die mehreren der Bauteile das Vorwärtsregelungselement mit einer Änderung in der zugeführten Referenzspannung beaufschlagen.
Die Details eines oder mehrerer Beispiele der Verfahren dieser Offenbarung sind in den beigelegten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Verfahren gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Patentansprüchen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Schaltwandlers, genauer eines Abwärts/Aufwärtswandlers und LED-Kettenanordnungen in Übereinstimmung mit einem Beispiel dieser Offenbarung darstellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Abwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers einschließlich eines Vorwärtsregelungselements in Übereinstimmung mit Verfahren dieser Offenbarung darstellt.
3 ist eine grafische Darstellung, die fünf getrennte Grafikfenster darstellt, die Spannungs- und Stromwellenformen vor, während und nachdem die in 2 dargestellte Schaltung mit einer Einstellung an eine Referenzspannung beaufschlagt wird.
4 ist ein Blockschaltbild, das eine Aufwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers, einschließlich eines Vorwärtsregelungselements in Übereinstimmung mit den Verfahren dieser Offenbarung darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren einer Vorsteuerungsteuerung in Übereinstimmung mit den Beispielen dieser Offenbarung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine große Vielzahl von Anwendungen, wie Anwendungen im Kraftfahrzeugsektor und andere Anwendungen können eine Anzahl von LED-Strängen, die z.B. als Teil einer Scheinwerfer- oder Rücklichtanordnung eines Fahrzeugs parallel geschaltet sein können, ausführen. Der Strom, der durch jede LED-Kette (und jede LED innerhalb der Kette) fließt, entspricht direkt der Helligkeit der LEDs. In manchen Anwendungen kann es von Vorteil sein, eine Einstellung der Anzahl von verbundenen LED-Ketten zu ermöglichen (z.B. um eine stärkere oder schwächere Beleuchtung bereitzustellen). Beispielsweise kann, in manchen Kraftfahrzeuganwendungen, eine vergleichsweise geringere Anzahl von LED-Ketten mit einem gesteuerten Ausgangsstrom verbunden sein und eine vergleichsweise geringere Beleuchtungsstärke bereitstellen, wie wenn sich die Schweinwerfer in einer „Leerlauf“-Konfiguration befinden. Zu einem anderen Zeitpunkt können zusätzliche LED-Ketten verbunden werden, um eine zusätzliche Beleuchtung bereitzustellen (und mit einem vergleichsweise größeren Ausgangsstrom verbunden sind), wie wenn sich die Scheinwerfer gänzlich in einer „Ein“-Konfiguration befinden. Eine ähnliche LED-Steuerung kann ebenfalls zur Verwendung in anderen Anwendungen oder Umgebungen wünschenswert sein, in denen LEDs verwendet werden, um eine variable Beleuchtung bereitzustellen, die über einen Zeitraum geändert werden kann.
Jedoch können einige Schwierigkeiten entstehen, wenn LED-Ketten verbunden oder getrennt werden, wie in einer Fahrzeugscheinwerfer- oder Rücklichtanordnung oder einer anderen variablen Beleuchtungsanwendung. Beispielsweise kann ein Verbinden von zusätzlichen LED-Ketten zu einem anfangs merkbaren Abfall der Helligkeit der LEDs führen, da der zugeführte Ausgangsstrom über eine größere Anzahl von LED-Ketten aufgeteilt wird. Diese anfängliche Reduktion der Helligkeit kann dann abnehmen, wenn die Steuereinheit den zugeführten Ausgangsstrom nach oben reguliert, um das Hinzufügen der LED-Ketten auszugleichen. In einem weiteren Beispiel kann es zu einem merkbaren Anstieg der Helligkeit der noch verbundenen LED-Ketten kommen, wenn LED-Ketten getrennt werden, da der zugeführte Strom dann anfänglich zwischen vergleichsweise weniger LED-Ketten aufgeteilt wird. Da die Steuereinheit so agiert, dass sie den Pegel des in die LED-Ketten zugeführten Ausgangsstroms verringert, nimmt auch das Helligkeitsniveau der einzelnen LEDs ab. In manchen Fällen kann dieser überraschende Anstieg des Stroms, der durch die noch verbundenen LED-Ketten fließt, die LEDs beschädigen, falls etwa der Strom die physikalische Toleranz oder Sicherheitsgrenzen der LEDs überschreitet.
Manche Lösungen für diese Probleme können so erfolgen, dass der in die LED-Ketten zugeführte Ausgangsstrom vor Verbinden oder Trennen der LED-Ketten gesteigert oder verringert wird. Beispielsweise im Fall, dass vier LED-Ketten parallel geschaltet sind und mit einem Ausgangsstrom von vier Ampere so versorgt werden, dass ein konstantes Ampere Strom durch jede LED-Kette fließt. Als Beispiel können einige Stromsteuerschaltungen den zugeführten Ausgangsstrom auf ein Ampere reduzieren, falls gewünscht wird, dass drei der vier LED-Ketten getrennt werden, bis nur ein Viertel-Ampere Strom durch jede LED-Kette fließt, bevor irgendeine der LED-Ketten getrennt wird. Dementsprechend kann, wenn der zugeführte Ausgangsstrom reduziert wurde, die Steuerschaltung dann ein Signal zum Trennen der LED-Ketten aussenden. Diese Lösung kann dahingehend effektiv sein, als dass dazu beigetragen wird, dass ein Überstrom an die LED-Kette vermieden wird. Jedoch kann diese Reduktion des Ausgangsstroms auch zu einer momentan unerwünschten Reduktion der Helligkeit der LEDs führen.
Viele der unten beschriebenen Beispiele von Schaltwandlern, insbesondere gesteuerte Strommodus-Abwärts/Aufwärtswandler umfassen LED-Ketten als Beispiele für anwendbare Lasten, wie Lasten mit variablen Stromanforderungen, die von variierenden Strömen stark beeinflusst werden können.
Abwärts/Aufwärtswandler 100 kann in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung ebenfalls in jeder anderen Anwendung, die ein Versorgen einer Last mit variablen Stromanforderungen mit Strom umfasst, verwendet werden. Als solche sollten die Beispiele für LED-Ketten, wie hierin verwendet, nicht als Einschränkung der Verfahren der vorliegenden Offenbarung auf LED-Ketten ausgelegt werden.
1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Schaltwandlers, insbesondere eines gesteuerten Strommodus-Abwärts/Aufwärtswandlers 100 und LED-Kettenanordnungen 102, in Übereinstimmung mit einem Beispiel dieser Offenbarung, darstellt. Der Schaltwandler kann gesteuerte Strommodus-Abwärts/Aufwärtswandler 100 in Abwärts-, Aufwärts- oder Abwärts/Aufwärtskonfiguration umfassen und kann ebenfalls jede andere Konfiguration eines Schaltwandlers umfassen. LED-Kettenanordnungen 102 können mit LS-MOSFETS 104 verbunden sein. LS-MOSFETS 104 ist an Masse 119 gelegt und kann so betrieben werden, dass jede einzelne LED-Kettenanordnung 102 geschaltet wird, dass sie an Masse 119 gelegt ist oder nicht, wodurch ermöglicht (an Masse 119 gelegt) oder verhindert (nicht an Masse 119 gelegt) wird, dass Strom durch jede LED-Kettenanordnung 102 fließt. Auf diese Weise kann LS-MOSFETS 104 steuern, ob jede einzelne LED-Kettenanordnung 102 Strom aufweist, der durch die Kette fließt und dadurch, ob die LEDs innerhalb jeder LED-Kettenanordnung 102 eine Beleuchtung bereitstellen. Abwärts/Aufwärtswandler 100 umfasst eine Eingangsspannung 120 zusammen mit einer Ausgangsspannung 134, verbunden mit LED-Kettenanordnungen 102 durch Ausgangswiderstand 132. Abwärts/Aufwärtswandler 100 umfasst ebenfalls eine Induktivität 110 und Schalter 122, 124, 126 und 128, die so mit Induktivität 110 verbunden sind, dass Induktivität 110 mit unterschiedlichen Schaltungsverbindungen beaufschlagt wird. Abwärts/Aufwärtswandler 100 umfasst ferner ebenfalls Filterkondensator 130 und Ausgangswiderstand 132, verbunden mit Ausgangsspannung 134. Abwärts/Aufwärtswandler 100 umfasst ferner Vorwärtsregelungselement 160, das in diesem illustrativen Beispiel über Verbindung 152 mit Steuereinheit 105 verbunden ist. Vorwärtsregelungselement 160 kann schnelle Einstellungen des Stroms, der durch Ausgangswiderstand 132 (der als Ausgangsstrom bezeichnet werden kann) und durch jede der verbundenen LED-Kettenanordnungen 102 fließt, ermöglichen, um ein schnelles Schalten von LED-Kettenanordnungen 102 ohne merkbares Dimmen oder Beschädigen irgendeiner der LEDs zu ermöglichen. Vorwärtsregelungselement 160 ist unten in Übereinstimmung mit verschiedenen illustrativen Beispielen weiter beschrieben.
Jegliche Schalter in dieser Offenbarung, wie Schalter 122, 124, 126 und 128 oder LS-MOSFETS 104 können als Dioden oder Transistoren ausgeführt sein. Die Transistoren können bipolare Übergangstransistoren (BJT), Übergangsgate-Feldeffekttransistoren (JFET), Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFET), bipolare Transistoren mit isolierten Gates (IGBT) oder andere Transistortypen umfassen.
In manchen Beispielen können die Schalter aus verschiedenen Materialien mit Halbleitereigenschaften bestehen. In manchen Beispielen können die Schalter (z.B. Transistoren, Dioden) bestimmte reine Elemente sein, die in Gruppe IV des Periodensystems gefunden werden, wie Silizium und Germanium. In manchen Beispielen können die Schalter (z.B. Transistoren, Dioden) binäre Verbindungen sein, insbesondere zwischen Elementen in Gruppen III und V, wie Galliumarsenid oder Galliumnitrid, Gruppen II und VI, Gruppen IV und VI und zwischen verschiedenen Elementen der Gruppe IV, z.B. Siliziumcarbid; sowie bestimmte ternäre Verbindungen, Oxide oder Legierungen sein. In manchen Beispielen können die Schalter (z.B. Transistoren, Dioden) organische Halbleiter sein, die aus organischen Verbindungen bestehen. Zusätzlich dazu können Schalter in manchen Beispielen eine asynchrone Schaltmodusspannungsversorgung (SMPS) umfassen. In manchen Beispielen können Schalter 122, 124, 126 und 128 Dioden sein.
Ähnlich zu den oben beschriebenen Transistoren, könnten diese Dioden auch aus verschiedenen Materialien mit Halbleitereigenschaften bestehen, z.B. Silizium, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Siliziumcarbid und dergleichen.
In verschiedenen Beispielen dieser Offenbarung kann Abwärts/Aufwärtswandler 100 in einem stationären Zustand, in dem ein gewünschter Pegel einer Ausgangsspannung aufrechterhalten werden soll, so betrieben werden, dass er verschiedene Schalter 122, 124, 126 und 128 abwechselnd öffnet oder schließt, um verschiedenartige Verbindungen zwischen Ausgangswiderstand 132 und Induktivität 110 herzustellen. Beispielsweise können Schalter 122, 124, 126 und 128 in einer ersten Konfiguration so konfiguriert sein, zu ermöglichen, dass Strom von Eingangsspannung 120 durch Induktivität 100 und zu Ausgangswiderstand 132 fließt. In dieser ersten Position können Schalter 122 und 126 in einer geschlossenen Position sein (was es dem Strom ermöglicht, durch die Schalter zu fließen), wohingegen Schalter 124 und 128 in einer geöffneten Position sein können (was es dem Strom nicht ermöglicht, durch die Schalter zu fließen). Eingangsspannung 120 treibt Strom durch Induktivität 110, Ausgangswiderstand 132 und schlussendlich durch jede der verbundenen LED-Anordnungen 102, wenn Abwärts/Aufwärtswandler 100 in dieser ersten Konfiguration betrieben wird. Während der Strom, der durch Induktivität 110 fließt, von Eingangsspannung 120 getrieben wird, kann Induktivität 110 Energie in Form eines Magnetfelds speichern.
Steuereinheit 105 kann diese erste Schalterkonfiguration für einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten oder bis ein vorbestimmter Strompegel, der durch die Induktivität 110 fließt, detektiert wird oder bis Ausgangsspannung 134 einen vorbestimmten Pegel erreicht. Um Ausgangsspannung 134 oder den Strom durch Induktivität 110 abzufühlen, kann Abwärts/Aufwärtswandler 100 eine zusätzliche Schaltung, wie eine Stromabfühlschaltung oder Spannungsabfühlschaltung, umfassen. Dementsprechend ändert Steuereinheit 105 an einem bestimmten Punkt die geöffneten und geschlossenen Positionen von Schalter 122, 124, 126 und 128 in eine zweite Konfiguration. In dieser zweiten Konfiguration kann Steuereinheit 105 so betrieben werden, dass sie Schalter 122 in die geöffnete Position und Schalter 124 in die geschlossene Position ändert. In dieser Konfiguration kann Ausgangswiderstand 132 durch Abfühlwiderstand 117 mit Induktivität 110 und Masse 118 verbunden sein. Zusätzlich dazu kann Induktivität 110 gesammelte Energie in Form eines Magnetfelds aus der ersten Konfiguration aufweisen. In Übereinstimmung mit der Physik von Induktivitäten kann die in der Induktivität gespeicherte Energie einen Stromfluss durch Induktivität 110 und schlussendlich durch Abfühlwiderstand 117 auslösen. In dieser Konfiguration kann Induktivität 110 Strom durch Ausgangswiderstand 132 und jede der verbundenen LED-Anordnungen 102 treiben. Während dieser zweiten Konfiguration ist die Menge an Strom, der durch den Abfühlwiderstand 117 fließt, dieselbe Menge an Strom, der durch Ausgangswiderstand 132 fließt.
Da Induktivität 110 weiterhin einen Strom zuführt, nimmt die gespeicherte Energie in Induktivität 110 ab. Diese Abnahme der gespeicherten Energie führt zu einer Abnahme der Menge von zugeführtem Strom, was den Pegel der Ausgangsspannung 134 sinken lässt. Ist Ausgangsspannung 134 auf einen vorbestimmten Pegel abgesunken oder ist der Strom durch Induktivität 110 unter eine vorbestimmte Menge abgefallen, kann Steuereinheit 105 so agieren, dass sie Schalter 122, 124, 126 und 128 zurück in die erste Konfiguration schaltet, wodurch es der Eingangsspannung 120 ermöglicht wird, Strom durch Ausgangswiderstand 132 zu treiben und die in der Induktivität 110 gespeicherte Energie aufzuladen.
In Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung in Bezug auf das Schalten der Abwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers 100 gilt zu verstehen, dass zusätzliche Schaltausführungsformen für Aufwärts- und Abwärts/Aufwärtskonfigurationen verfügbar sind. Beispielsweise können Aufwärts- und Abwärts/Aufwärtskonfigurationen durch Öffnen und Schließen von Schaltern 126 und 128 anstelle von Schaltern 122 und 124, wie in der Abwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers 100 beschrieben, erreicht werden.
In Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung von 1 können manche Stromsteuerschaltungen, wie die oben beschriebenen Steuerschaltungen mit verschiedenen Nachteilen, so betrieben werden, dass wenn eine oder mehrere LED-Anordnungen getrennt werden, die Schalter auch dann noch in der zweiten Konfiguration gehalten werden, wenn die Steuereinheit 105 die Schalter in die erste Konfiguration einstellen würde, um Ausgangsspannung 134 auf einem gewünschten Pegel zu erhalten. Ein Halten der Schalter in der zweiten Konfiguration ermöglicht es Induktivität 110, Strom weiterhin durch Ausgangswiderstand 132 zu treiben. Wie oben beschrieben, nimmt die in Induktivität 110 gespeicherte Energie ab, wenn dieser Vorgang andauert, wodurch der in den Ausgangswiderstand 132 zugeführte Strom und die Ausgangsspannung 134 reduziert werden. Erreicht Ausgangsspannung 134 den neuen erwünschten Pegel kann eine Mikrosteuereinheit aktiviert werden, um eine oder mehrere von LED-Anordnungen 102 (zusätzlich zu einem Rückstellen in normalen Schaltbetrieb) zu trennen. Jedoch ist die Zeit, die benötigt wird, um diesen Entlastsvorgang abzuschließen, üblicherweise nicht gesteuert. Dementsprechend kann die Zeit zum Entladen auf den gewünschten Pegel, wie zuvor beschrieben, lang genug sein, um ein merkliches Dimmen der Lichter der LED-Kette während des Entladens zu verursachen.
Dementsprechend kann es in manchen Beispielen gemäß Verfahren der vorliegenden Offenbarung von Vorteil sein, ferner ein Vorwärtsregelungselement, wie Vorwärtsregelungselement 160, einzufügen. Ein Hinzufügen eines Vorwärtsregelungselements 160 kann die erforderliche Zeit zum Einstellen des in den Ausgangswiderstand 132 zugeführten Stroms und somit die Ausgangsspannung 134, reduzieren.
2 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Vorwärtsregelungselements darstellt, das zur Verwendung in der Abwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers 100 konfiguriert ist. In zumindest einem Beispiel des Schaltwandlers, insbesondere der Abwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers 100 aus 2, umfasst der Wandler Vorwärtsregelungselement 160. Wie in 2 dargestellt, kann Vorwärtsregelungselement 160 einen Verstärker 220 umfassen, der in manchen Beispielen ein Fehlerverstärker sein kann. Andere Beispiele für Vorwärtsregelungselement 160 können zusätzliche Verstärker, Verstärker, die keine Fehlerverstärker sind oder andere Schaltungselemente umfassen. In manchen Beispielen kann Verstärker 220 mit einer Referenzspannung, wie VBEZ 210 und mit Masse verbunden sein. Die Schaltung aus 2 kann zusätzlich Kompensationskondensator 240, Verstärker 224 und Verstärker 226 umfassen. Verstärker 226 kann so betrieben werden, dass er den Strom, der durch Abfühlwiderstand 117 fließt, abfühlt. Jeder der Verstärker 220, 224 und 226 kann mit einem Summierungsknoten 230 verbunden sein.
In einem ersten beispielhaften Betrieb der in 2 dargestellten Schaltung können zusätzliche LED-Kettenanordnung 102 mit Ausgangswiderstand 132 verbunden sein. In diesem Beispiel kann Steuereinheit 105 so betrieben werden, VBEZ 210 mit einem Anstieg zu beaufschlagen, was den Wert von VBEZ 210, mit dem Verstärker 220 und 222 beaufschlagt werden, geändert. Verstärker 222 kann diese neue, höhere VBEZ- 210 Spannung mit Ausgangsspannung 134 vergleichen (wie in 2 gesehen werden kann, ist Ausgangsspannung 134 ein Eingang zu Verstärker 222). In diesem ersten Beispiel ist die neue VBEZ 210 größer als Ausgangsspannung 134, und Verstärker 222 erzeugt Strom, um den Kompensationskondensator 240 aufzuladen. Verstärker 224 kann so betrieben werden, um die Spannung an Kompensationskondensator 240 am Summierungsknoten 230 bereitzustellen. In manchen Beispielen kann Verstärker 224 eine Verstärkung der Spannung am Kompensationskondensator 240 bereitstellen, bevor die Spannung an den Summierungsknoten 230 bereitgestellt wird. In diesem Beispiel kann Vorwärtsregelungselement 160 ferner die Änderung von VBEZ 210 am Summierungsknoten 230 addieren. Beispielsweise kann die Änderung von VBEZ 210 verursachen, dass Verstärker 220 eine sofortige Addition einer Spannungsmenge, proportional zu der Änderung von VBEZ 210, am Summierungsknoten 230 bereitstellt. Diese Änderung des Pegels des Summierungsknotens 230 führt dazu, dass der Strom durch Abfühlwiderstand 117 und Induktivität 110 (aufgrund der Verbindung zwischen Abfühlwiderstand 117 und Induktivität 110) um dieselbe Menge ansteigt.
Da der Strom durch Abfühlwiderstand 117 aufgrund der Konfiguration von Abwärts/Aufwärtswandler 100 mit dem Strom durch Ausgangswiderstand 132 (und somit mit dem Ausgang an LED-Anordnungen 102) in Verbindung steht, steigt der Strom durch Ausgangswiderstand 132 ebenfalls an. Dies verursacht wiederum einen Anstieg der Ausgangsspannung 134. Dieser Anstieg der Ausgangsspannung 134 bringt Ausgangsspannung 134 näher an den neuen VBEZ- 210 Spannungswert, wodurch ein Rückkopplungsmechanismus bereitgestellt wird, um die Schaltung zurück in einen Ruhezustand bei einem höheren Ausgangsspannungs- 134 Wert zu führen. Diese höhere Ausgangsspannung 134 führt zu einem erhöhten Stromfluss durch LED-Anordnungen 102. In einem alternativen Beispiel kann Steuereinheit 105, wenn Steuereinheit 105 bestimmt hat, dass Ausgangsspannung 134 den neuen erwünschten Pegel erreicht hat, ein Signal an LS-MOSFETS 104 senden, um zusätzliche LED-Kettenanordnungen 102 mit Ausgangswiderstand 132 zu verbinden.
Der Betrieb dieser Steuerschaltung mit Vorwärtsregelungselement 160 kann jenen Steuerschaltungen ohne Vorwärtsregelungselement 160 gegenübergestellt werden. Beispielsweise kann die Änderung, die aufgrund des Anstiegs von VBEZ 210 an Summierungsknoten 230 zugeführt wird, in anderen Schaltungen ohne Vorwärtsregelungselement 160 langsamer auftreten, da der Verstärker 222 Zeit braucht, um Strom zum Laden des Kompensationskondensators 240 zuzuführen. Dementsprechend ermöglicht das Hinzufügen von Vorwärtsregelungselement 160 ein schnelleres Bereitstellen der Änderung von VBEZ 210 oder einer Menge, die proportional zu VBEZ 210 ist, am Summierungsknoten 230. Das Hinzufügen von Vorwärtsregelungselement 160 beschränkt die Antwort der Schaltung aus 2 auf eine Änderung in VBEZ 210 nicht länger auf die Einschränkungen der Bandbreite von Kompensationskondensator 240. Dementsprechend kann ein Aufnehmen eines Vorwärtsregelungselements, wie Vorwärtsregelungselement 160, die erforderliche Zeit zum sicheren Verbinden oder Trennen von LED-Anordnungen 102 nach Einstellen von VBEZ 210 verringern. In manchen Beispielen, die ein Vorwärtsregelungselement umfassen, kann eine Steuereinheit ein Signal zum Einstellen von VBEZ 210 aussenden und das Signal zum gleichzeitigen oder im Wesentlichen gleichzeitigen Verbinden oder Trennen einer oder mehrerer LED-Anordnungen 102 aussenden.
Das obige Beispiel wurde in Bezug auf das Bereitstellen einer erhöhten VBEZ 210 im Vergleich mit der Ausgangsspannung 134 beschrieben. In einem zweiten Beispiel kann Steuereinheit 105 so betrieben werden, um eine oder mehrere LED-Kettenanordnungen 102 zu trennen. In diesem Beispiel kann Steuereinheit 105 eine Abnahme des Werts von VBEZ 210 zuführen. In diesem zweiten Beispiel kann VBEZ 210 geringer sein als Ausgangsspannung 134, und Verstärker 222 kann so betrieben werden, Strom von Kompensationskondensator 240 zu ziehen. Dies kann die Spannung, mit der Verstärker 224 und schlussendlich Summierungsknoten 230 versorgt wird, reduzieren. Wie im ersten Beispiel kann Verstärker 220 so betrieben werden, Spannung von Summierungsknoten 230 in einer Menge, die gleich oder proportional zu der Änderung von VBEZ 210 ist, und auf eine Weise abziehen, die schneller ist als ein Verringern des Spannungspegels von Kompensationskondensator 240 (der wiederum Spannung durch Verstärker 224 von Summierungsknoten 230 abzieht). Diese Änderung der Spannung, die a Summierungsknoten 230 bereitgestellt wird, kann den Strom dann durch Abfühlwiderstand 117 und Induktivität 110 (aufgrund der Verbindung zwischen Abfühlwiderstand 117 und Induktivität 110) zwingen, um dieselbe oder eine proportionale Menge abzunehmen. Wie im ersten Beispiel verursacht diese Einstellung des Stroms durch den Abfühlwiderstand 117 eine Abnahme des Stroms durch 132 und verringert Ausgangsspannung 134. Dies kann durchgeführt werden, um Ausgangsspannung 134 näher an den neuen VBEZ- 210 Spannungswert zu bringen und um die Schaltung aus 2 schlussendlich zurück in einen stationären Zustand zu führen.
Die obige Beschreibung von 2 zeigt auf allgemeine Weise die Beziehung zwischen den verschiedenen abgebildeten Schaltungsbauteilen. Die folgende Beschreibung beschreibt die Beziehungen dadurch genauer, dass die verschiedenen Bauteile, Spannungen und Ströme durch Gleichungen zueinander in Beziehung gestellt werden.
Zu Anfangs stellt Steuereinheit 105 die Schalter zwischen der ersten und zweiten Konfiguration ein (d.h. Schalter 122 und 124 werden abwechselnd geöffnet-geschlossen und geschlossengeöffnet), wenn: I₁₁₇*R₁₁₇ = V_BEZ*A_Vorsteuerung + V₂₄₀*G₂₂₄ (1)
I₁₃₂ stellt den Strom dar, der durch R₁₁₇ fließt, V_BEZ stellt die zugeführte Spannung VBEZ 210 dar. A_Vorsteuerung stellt einen Faktor dar, der von Verstärker 220 beaufschlagt wird, um Spannung VBEZ 210 zu modifizieren, bevor die Spannung am Summierungsknoten 230 bereitgestellt wird. V₁₃₀ stellt die Spannung an Kondensator 130 dar, und G₂₂₄ stellt die Verstärkung dar, mit der V₁₃₀ von Verstärker 224 beaufschlagt wird.
Wenn VBEZ 210 geändert wird, wird die Änderung in der Gleichung, solange die Änderung groß genug ist und der Kondensator 240 groß genug ist, auf Folgendes vereinfacht: ΔI₁₁₇*R₁₁₇ = ΔV_BEZ*A_Vorsteuerung (2)
In manchen Beispielen kann A_Vorsteuerung so ausgewählt sein, dass es proportional zu R₁₁₇ und R₁₃₂ ist, wie: A_Vorsteuerung = R₁₁₇/R₁₃₂ (3)
Falls wir diese Beziehung zu Gleichung (2) ersetzen, kann Gleichung (2) auf Folgendes vereinfacht werden: ΔI₁₁₇ = ΔV_BEZ/R₁₃₂ (4)
In der Abwärtskonfiguration von Abwärts/Aufwärtswandler 100 wird der ganze Strom durch Induktivität 110 (der gleich dem Strom durch Abfühlwiderstand 117, wie zuvor beschrieben, ist) an den Ausgangswiderstand 132 und die Last (d.h. LED-Kettenanordnungen 102) abgegeben: ΔI₁₁₇ = ΔI₁₃₂ (5)
Schlussendlich kann der Strom durch LED-Kettenanordnungen als eine Spannung an einem Widerstand durch das ohmsche Gesetz (I = V/R) ausgedrückt werden. Dementsprechend: ΔI₁₃₂ = ΔV_BEZ/R₁₃₂ (6)
Wie anhand dieser Gleichungen gesehen werden kann, ändert sich der Strom durch LED-Kettenanordnungen 102 durch Auswählen von A_Vorsteuerung = R₁₁₇/R₁₃₂, wenn die Schaltung mit einer Änderung von VBEZ 210 beaufschlagt wird, als ein Faktor von R₁₃₂, so dass ein Ausgangsstrom, der gleich ΔI₁₃₂ = ΔV_BEZ/R₁₃₂ ist, erreicht wird. Diese Beziehungen können im Kontext aus 3 besser verstanden werden.
3 zeigt fünf getrennte grafische Fenster 301–305, die verschiedene Spannungs- und Stromwellenformen vor, während und nachdem Steuereinheit 105 VBEZ 210 mit einer Änderung beaufschlagt wurde, darstellen. Diese Spannungs- und Stromwellenformen stellen die Spannung an und die Ströme durch manche der verschiedenen in 2 dargestellten Schaltungsbauteile dar, wie unten genauer erklärt wird. Diese Wellenformen helfen dabei, die Beziehungen zwischen den Schaltungsbauteilen aus 2 und der Änderung in der Schaltung darzustellen, wenn Steuereinheit 105 VBEZ 210 mit einer Änderung beaufschlagt.
Angefangen mit Fenster 303 aus 3, entspricht Spannungswellenform 316 VBEZ 210. Wie im ersten Abschnitt, Abschnitt 370, gesehen wird, beginnt VBEZ 210 bei einem Wert von 0,2 V. Am Anfang von Abschnitt 380 stellt Steuereinheit 105 VBEZ 210 auf einen Wert von 0,05 V ein und erhält diese Spannung durch Abschnitt 390 hindurch aufrecht.
Fenster 301 aus 3 zeigt zwei getrennte Stromwellenformen 310 und 312. Stromwellenform 310 stellt den Strom, der durch Abfühlwiderstand 117 fließt, dar. Da Strom, der durch die Induktivität 110 fließt, auch durch Ausgangswiderstand 132 fließt, stellt Stromwellenform 310 ebenfalls den Gesamtstrom, der an verbundene LED-Anordnungen zugeführt wird, dar. Fenster 301–305 sind ebenfalls in drei Abschnitte aufgeteilt, Abschnitt 370, Abschnitt 380 und Abschnitt 390. Abschnitt 370 stellt den Teil der Wellenformen dar, wenn die Schaltung sich in einem stationären Zustand befindet. Stromwellenform 312 stellt die Schaltfunktion von Abwärts/Aufwärtswandler 100 dar, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Befinden sich die Schalter in der zweiten Konfiguration und fließt Strom durch Abfühlwiderstand 117, gleicht Stromwellenform 312 Stromwellenform 310. Während dieses Betriebszeitraums nehmen beide Stromwellenformen 310 und 312 ab, da die gespeicherte Energie in Induktivität 110 aufgebraucht wird, da Induktivität 110 in dieser Konfiguration Strom durch Ausgangswiderstand 132 treibt. Im Gegensatz dazu gibt es, wenn die Schalter die erste Konfiguration geschaltet sind, keinen Strom durch Abfühlwiderstand 117, und Stromwellenform 312 ist gleich 0. Während der ersten Schaltungskonfiguration, nimmt Stromwellenform 310 weiter zu und Induktivität 110 speichert wieder Energie.
In dem Moment, in dem Steuereinheit 105 VBEZ 210 an den neuen Wert einstellt, oder eine Mikrosteuereinheit Steuereinheit 105 anweist, VBEZ 210 auf den neuen Wert einzustellen, was am Anfang von Abschnitt 380 geschieht, zeigt Fenster 301 die Änderungen der Stromwellenformen 310 und 312. In dem Moment, wenn die Änderung in VBEZ 210 eintritt, ist der Strom, der durch Induktivität 110 (durch Stromwellenform 310 dargestellt) fließt und der Strom, der durch Abfühlwiderstand 117 (durch Stromwellenform 312 dargestellt) fließt, gleich und beginnen abzunehmen. Stromwellenformen 310 und 312 nehmen durch Abschnitt 380 hindurch weiter ab, bis ein neuer stationärer Zustandswert zu Beginn von Abschnitt 390 erreicht wird. Ist dieser neue Wert erreicht, kann Steuereinheit 105 normale Schaltvorgänge von Schalter 122 und 124 fortsetzen, was in Wellenformen 310 und 312 durch Abschnitt 390 hindurch gesehen werden kann.
Fenster 302 von 3 zeigt Stromwellenform 314, die dem Strom entspricht, der durch Ausgangswiderstand 132 und an verbundene LED-Kettenanordnungen 102 fließt. Wie oben beschrieben, steht dieser Strom in der Abwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers 100 in Beziehung mit dem Strom, der durch Induktivität 110 fließt, gefiltert von dem Kondensator 130, und diese Korrelation wird von der Ähnlichkeit zwischen Stromwellenformen 314 und 310 dargestellt. Stromwellenform 314 folgt während stationären Zustandszeiten in Abschnitten 370 und 390 einem ähnlichen Wellenmuster und weist dann einen Abfall auf, wenn Steuereinheit 105 VBEZ 210 auf einen geringeren Wert ändert.
Fenster 304 aus 3 zeigt zwei Spannungswellenformen 318 und 320. Spannungswellenform 318 stellt den Spannungsausgang von Verstärker 220 aus 2 dar, die VBEZ 210, modifiziert um einen Faktor A_Vorsteuer ist. In diesem illustrativen Beispiel wurde Faktor A_Vorsteuer auf eins festgelegt, so dass Spannungswellenform 318 exakt Spannungswellenform 316 entspricht. Spannungswellenform 320 stellt den Spannungsausgang von Verstärker 224 aus 2 dar, die die Differenz an Kompensationskondensator 240 und jeder Verstärkung ist, die von Verstärker 224 geliefert wird. Spannungswellenform 320 zeigt unmittelbar nachdem die Steuereinheit 105 VBEZ 210 mit der Änderung beaufschlagt, nur eine sehr geringe Variation, was darauf hindeutet, dass der Kompensationskondensator 240 keinen großen Einfluss auf das System hat. In einem konventionellen System ohne Vorwärtsregelungselement kann Spannungswellenform 320 zu anfangs bei 0,2 V liegen und sich dann, nachdem Steuereinheit 105 die Änderung in VBEZ 210 zuführt, auf 0,05 V entladen. Diese Entladung würde die Zeit für das System zum Verringern des Stroms, der durch Induktivität 110 und Ausgangswiderstand 132 fließt, beeinflussen (d.h. die Zeitdauer, die für eine Abnahme von Stromwellenformen 310, 312 und 314 erforderlich ist, verlängern). Dementsprechend zeigt Spannungswellenform 320, dass der Übergang durch das System nicht von der Bandbreite oder der Entladungsgeschwindigkeit von Kompensationskondensator 240, wie in einem konventionellen System der Fall ist, beschränkt wird. Vielmehr wird das System durch die Entladung von Induktivität 110 eingeschränkt, die schneller geschieht als die Entladung von Kompensationskondensator 240. Wie oben beschrieben, kann dieser Unterschied eine Anzahl von Nachteilen des konventionellen Systems eliminieren.
4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Vorwärtsregelungselements 460 zeigt, das konfiguriert ist, mit einer Aufwärtskonfiguration von Abwärts/Aufwärtswandler 100 in Übereinstimmung mit den Verfahren dieser Offenbarung betrieben zu werden. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Beziehung in Bezug auf die Schaltung aus 2, ist der Strom, der in der Schaltung aus 4 durch Ausgangswiderstand 132 fließt, nicht exakt gleich dem Strom, der durch Induktivität 110 fließt. Vielmehr ist der Strom, der durch Ausgangswiderstand 132 fließt, ein Bruchteil des Stroms, der durch Induktivität 110 fließt. Dementsprechend erfordert ein Einstellen des Stroms, der durch Ausgangswiderstand 132 und schließlich durch die Last (z.B. LED-Anordnungen 102) fließt, auf einen neuen, erwünschten Pegel, eine Einstellung der Referenzspannung, multipliziert mit dem Bruchteil anstelle von nur einer Einstellung auf die Referenzspannung. Die Beziehungen zwischen den verschiedenen in 4 dargestellten Schaltungsbauteilen sind unten genauer beschrieben.
In zumindest einem Beispiel des Schaltwandlers, insbesondere der Aufwärtskonfiguration des Abwärts/Aufwärtswandlers 100 aus 4, umfasst der Wandler Ausgangswiderstand 132, Kompensationskondensator 440 und Summierungsknoten 430. Ausgangswiderstand 132 kann Ausgangswiderstand 132, der in 1 dargestellt ist, darstellen. 4 umfasst ebenfalls Verstärker 422, Verstärker 424, Verstärker 426, Verstärker 470 und Verstärker 420. Verstärker 422, 424 und 426 und Kompensationskondensator 440 können auf ähnliche Weise wie Verstärker 222, 224 und 226 betrieben werden, und Kompensationskondensator 440 kann auf ähnliche Weise wie Verstärker 222, 224 und 226 und Kompensationskondensator 240 aus 2 betrieben werden. Beispielsweise kann Verstärker 422 VBEZ 410 mit Ausgangsspannung 134 vergleichen. Basierend auf diesem Vergleich kann Verstärker 422 Strom durch Kompensationskondensator 440 treiben, wodurch er geladen wird, oder Verstärker 422 kann Strom von Kompensationskondensator 440 abziehen, wodurch er entladen wird. Verstärker 424 kann die Spannung an Kompensationskondensator 440 am Summierungsknoten 430 bereitstellen und in manchen Beispielen kann er die Verstärkung zu der Spannung hinzufügen, bevor sie am Summierungsknoten 430 bereitgestellt wird. Verstärker 426 kann so arbeiten, dass er den Strom, der durch Abfühlwiderstand 117 fließt, abfühlt. Jeder der Verstärker 470, 424 und 426 kann mit Summierungsknoten 430 verbunden sein.
In der Aufwärtswandlerkonfiguration ist die Beziehung zwischen dem Strom, der durch Ausgangswiderstand 132 fließt und dem Strom, der durch Induktivität 110 fließt, Folgende: ΔI₁₃₂ = ΔI_{Induktivität}·(1 – D) (7)
I_{Induktivität} stellt den Strom, der durch Induktivität 110 fließt, dar, D stellt das Tastverhältnis der Schaltung dar und ΔI₁₃₂ stellt den Strom, der durch Ausgangswiderstand 132 fließt, dar. Dementsprechend muss Steuereinheit 105 den Strom durch Induktivität 110 um einen Faktor von ΔI₁₃₂/(1 – D) (wie in der folgenden Gleichung zusammengefasst) einstellen, um eine gewünschte Änderung des Stroms durch Ausgangswiderstand 132 zu bewirken: ΔI_{Induktivität} = ΔI₁₃₂/(1 – D) (8)
Das ΔI₁₃₂ in der Gleichung stellt die gewünschte Änderung des Stroms durch Ausgangswiderstand 132 dar.
Aufgrund der ungleichen Ströme, kann es möglicherweise nicht ausreichen, die Änderung in V_BEZ durch Vorsteuerungselement 460 am Summierungsknoten 430 einfach nur bereitzustellen, um I₁₃₂ auf den gewünschten Pegel zu ändern. Die folgenden Gleichungen beschreiben die Spannungsänderung, die dem Summierungsknoten 430 zugeführt werden muss, um die gewünschte Änderung in I₁₃₂ auszulösen. Wie zuvor in Bezug auf 2 beschrieben, kann Steuereinheit 105 so arbeiten, dass sie die Konfiguration von Schalter 122, 124, 126 und 128 einstellt, wenn: ΔI_{Induktivität}·R₁₁₇ = ΔV*·A_Vorsteuerung (9)
Zusätzlich dazu kann der A_Vorsteuerung-Faktor für Vorwärtsregelungselement 460 wie folgt sein: A_Vorsteuerung = R₁₁₇/R₁₃₂ (10)
Dementsprechend kann Gleichung (9) dann auf die Folgende vereinfacht werden: ΔI_{Induktivität} = ΔV*/R₁₃₂(11)
In den obigen Gleichungen ist ΔV* die Änderung der Spannung an Summierungsknoten 430, die notwendig ist, um die gewünschte Stromänderung durch Ausgangswiderstand 132 (I₁₃₂) herbeizuführen. Eine Kombination von Gleichung (11) mit Gleichung (7) resultiert in: ΔV* = (ΔI₁₃₂·R₁₃₂)/(1 – D) (12)
Schließlich kann ΔV*, da ΔI₁₃₂ = ΔV_BEZ/R₁₃₂, wie folgt ausgedrückt werden: ΔV* = ΔV_BEZ/(1 – D) (13)
Dementsprechend muss V_BEZ, wenn die Spannung, die an Summierungsknoten 430 zugeführt wird, um 1/(1 – D) modifiziert werden, um eine gewünschte Änderung in dem Strom durch Ausgangswiderstand 132 auszulösen.
4 zeigt ein Beispiel für Vorwärtsregelungselements 460 zum Modifizieren einer Änderung in V_BEZ um 1/(1 – D), bevor die Spannung an den Verstärker 470 und dann an Summierungsknoten 430 zugeführt wird. In manchen Beispielen kann Vorwärtsregelungselement 460 einen analogen geschlossenen Regelkreisteiler umfassen, um V* zu erzeugen. In manchen Beispielen kann der geschlossene Regelkreisteiler Wechselrichter A1, Schalter S1 und Widerstand R2 umfassen. In weiteren Beispielen kann der geschlossene Regelkreisteiler Widerstand R1 und Kondensator C2 zwischen dem Ausgang von Verstärker 420 und dem Eingang von Verstärker 470 umfassen, um einen Filter für die Stabilität des Systems zu erzeugen. Basierend auf der Konfiguration der Bauteile wie in 4 dargestellt, wird der Ausgang von Verstärker 420 von dem Schalter S1 mit einem Impulsbreiten-Modulationssignal, das ein Tastverhältnis gleich (1 – D) aufweist, moduliert, wobei das Tastverhältnis (1 – D) durch das Komplementärsignal des Tastverhältnis von dem Wechselrichter A1 erzeugt wird. Das modulierte Signal wird von Widerstand R2 und Kondensator C1 gefiltert. Aufgrund des geschlossenen Regelkreises, ist der Wert des modulierten Signals gleich VBEZ 410. In der Aufwärtswandlerkonfiguration ist die Beziehung zwischen dem Ausgang von Verstärker 420 und der VBEZ 410, die von dem Tastverhältnis erzeugt wird, Folgende: V₄₂₀·(1 – D) = VBEZ (14)
Dementsprechend gilt zum Bestimmen des Ausgangs von Verstärker 420 Folgendes: V₄₂₀ = VBEZ/(1 – D) (15)
Der geschlossene Regelkreisteiler verursacht, dass VBEZ 410 mit dem Faktor 1/(1 – D) multipliziert wird. Auf diese Art kann Vorwärtsregelungselement 460 mit einem Aufwärtswandler betrieben werden, um Summierungsknoten 430 mit einer Spannungsänderung zu beaufschlagen, um den Strom, der durch Ausgangswiderstand 132 fließt, um die gewünschte Menge zu verändern. So wie das Vorwärtsregelungselement 460 für die Abwärtskonfiguration konfiguriert ist, führt das Hinzufügen von Vorwärtsregelungselement 460 dazu, dass die Einstellung des Stroms, der durch Ausgangswiderstand 132 fließt, schneller erfolgt, als in einer konventionellen Schaltung, wie einer ohne Vorwärtsregelungselement 460.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zur Vorsteuerungsteuerung in Übereinstimmung mit den Beispielen dieser Offenbarung darstellt. In manchen Beispielen kann eine Schaltung, wie die oben unter Bezugnahme auf 1–3 beschriebenen Schaltungen, so arbeiten, dass sie Verfahren 500 durchführt. Das Verfahren wird unter Bezugnahme auf die in 2 dargestellte Schaltung beschrieben, jedoch können auch andere Schaltungen, die andere oder mehrere Schaltungsbauteile umfassen, so arbeiten, dass sie Verfahren 500 ausführen. Beispielsweise kann die Schaltung aus 2 einen ersten Pegel von Ausgangsstrom an eine oder mehrere Lasten in einem Abwärts/Aufwärtswandler mit einer Induktivität (502) zuführen. Unter Bezugnahme auf 2 können die eine oder mehrere der Lasten LEDs wie LED-Anordnungen 102, wie in 1 dargestellt, sein.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann die Schaltung, genauer eine Steuereinheit wie Steuereinheit 105 aus 1, eine Angabe zum Verbinden oder Trennen von einer oder mehreren Lasten empfangen – was wiederum eine geänderte Ausgangsstromanforderung angibt (Erhöhen der Ausgangsstromanforderung im Fall eines Verbindens von einer oder mehrerer zusätzlichen Lasten und Verringern der Ausgangsstromanforderung im Fall eines Trennens einer oder mehrerer Lasten). In manchen Beispielen kann diese Angabe von einem externen Schalter ausgehen, der die Beleuchtungskonfiguration steuern kann (wie, ob die Lichter in einer „Leerlauf“-Konfiguration, einer „Ein“-Konfiguration oder einer „Aus“-Konfiguration sind). Die Steuereinheit kann dann, als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung an eine oder mehrere Lasten in einem Abwärts/Aufwärtswandler mit einer Induktivität, ein oder mehrere Elemente, einschließlich eines Vorwärtsregelungselements, mit einer Änderung in der zugeführten Referenzspannung beaufschlagen, wobei ein Beaufschlagen des Vorwärtsregelungselements mit der Änderung einer zugeführten Referenzspannung eine Einstellung des Ausgangsstroms von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, verursacht(504). Beispielsweise kann die Steuereinheit die Referenzspannung, die an einen oder mehrere Verstärker, wie Verstärker 220 und 222 aus 2, zugeführt wird, ändern. Zumindest einer der Verstärker kann ein Teil eines Vorwärtsregelungselements sein. Das Vorwärtsregelungselement kann diese geänderte Spannung dann an einem Knoten, wie Summierungsknoten 230 aus 2, bereitstellen. In manchen Beispielen kann das Vorwärtsregelungselement die geänderte Spannung modifizieren, bevor die Spannung an einen Knoten weitergeleitet wird. Diese bereitgestellte Spannung zwingt den Ausgangsstrom, auf einen zweiten Pegel zu- oder abzunehmen, z.B. abhängig davon, ob die Steuereinheit die zugeführte Referenzspannung erhöht oder verringert hat.
Jede der oben beschriebenen Schaltungen, Vorrichtungen und Verfahren kann z.B. in verschiedenen Typen von integrierten Schaltungen, Chipsätzen und/oder anderen Vorrichtungen und/oder als Software, die von einer Rechnervorrichtung ausgeführt wird, gänzlich oder zum Teil ausgeführt oder davon durchgeführt werden. Dies kann Vorgänge umfassen, die in einer oder mehreren Mikrosteuereinheiten, Zentralverarbeitungseinheiten (CPU), Prozesskernen, feldprogrammierbaren Gateanordnungen (FPGA), programmierbaren Logikvorrichtungen (PLD), virtuellen Vorrichtungen, die von einer oder mehreren zugrunde liegenden Rechnervorrichtungen ausgeführt werden oder jeder anderen Konfiguration von Hardware und/oder Software umgesetzt oder davon durchgeführt oder davon ausgeführt werden.
Verschiedene Beispiele der Verfahren der vorliegenden Offenbarung wurden beschrieben. Diese und andere Beispiele liegen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche.

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Abgeben, in einem Schaltwandler, der eine Induktivität umfasst, eines Ausgangsstroms mit einem ersten Pegel an eine oder mehrere Lasten; und Anwenden, als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung für eine oder mehrere Lasten in dem Schaltwandler mit einer Induktivität, einer Änderung einer zugeführten Referenzspannung für ein oder mehrere Elemente, einschließlich eines Vorwärtsregelungselements mit einem Fehlerverstärker, wobei das Anwenden der Änderung der zugeführten Referenzspannung für das Vorwärtsregelungselement eine Anpassung des Ausgangsstroms von dem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Ausgangsstromanforderung, verursacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Änderung der zugeführten Referenzspannung zudem eine Änderung des Spannungspegels eines Kompensationskondensators verursacht, wobei die Änderung des Spannungspegels des Kompensationskondensators eine Änderungsrate des Ausgangsstroms von dem ersten Pegel auf den zweiten Pegel nicht beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Änderungsrate des Ausgangsstroms nach dem Anwenden der Änderung in der zugeführten Referenzspannung von der Induktivität beschränkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Schaltwandler ein Abwärts/Aufwärtswandler ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Anwenden, als Antwort auf die Angabe der geänderten Ausgangsstromanforderung an die eine oder mehreren Lasten in dem Abwärts/Aufwärtswandler mit der Induktivität, der Änderung der zugeführten Referenzspannung für die ein oder mehreren Elemente, einschließlich eines Summierungsknotens, wobei das Anwenden der Änderung der zugeführten Referenzspannung auf den Summierungsknoten die Änderung und Einstellung des Ausgangsstroms von dem ersten Pegel auf den zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, verursacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Vorwärtsregelungselement einen geschlossenen Regelkreisteiler umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der Ausgangsstrompegel gleich dem Strompegel ist, der durch die Induktivität fließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Ausgangsstrompegel gleich dem Strompegel ist, der durch die Induktivität fließt, multipliziert mit einem Faktor von etwa (1 – D), wobei D ein Tastverhältnis angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei das Vorwärtsregelungselement die Änderung der zugeführten Referenzspannung mit einem Faktor von etwa: 1/(1 – D) multipliziert, wobei D ein Tastverhältnis angibt.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Vorwärtsregelungselement, das einen Fehlerverstärker umfasst; und ein oder mehrere Komponenten, die ausgestaltet sind, als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung an eine oder mehrere Lasten, in einem Schaltwandler mit einer Induktivität auf ein oder mehrere Elemente, einschließlich des Vorwärtsregelungselements, eine Änderung einer zugeführten Referenzspannung anzuwenden, wobei das Vorwärtsregelungselement eine Einstellung eines Ausgangsstroms von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Ausgangsstromanforderung, verursacht, wenn die ein oder mehreren Komponenten das Vorwärtsregelungselement mit einer Änderung der zugeführten Referenzspannung beaufschlagen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, die ferner einen Kompensationskondensator umfasst, wobei die Änderung der zugeführten Referenzspannung auch eine Änderung des Spannungspegels des Kompensationskondensators verursacht, wobei die Änderung des Spannungspegels des Kompensationskondensators die Änderungsrate des Ausgangsstroms von dem ersten Pegel auf den zweiten Pegel nicht beeinflusst.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Änderungsrate des Ausgangsstroms von der Induktivität beschränkt wird, wenn auf die ein oder mehreren Komponenten eine Änderung der zugeführten Referenzspannung angewendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11, die ferner Folgendes umfasst: einen Summierungsknoten; wobei die ein oder mehreren Komponenten eingerichtet sind, als Antwort auf eine Angabe der geänderten Ausgangsstromanforderung der einen oder mehreren Lasten in dem Schaltwandler mit der Induktivität, auf die ein oder mehreren Elemente, einschließlich des Summierungsknotens, die Änderung der zugeführten Referenzspannung anzuwenden, wobei der Summierungsknoten die Einstellung des Ausgangsstroms von dem ersten Pegel auf den zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, verursacht, wenn die ein oder mehreren Komponenten die Änderung der zugeführten Referenzspannung auf den Summierungsknoten anwenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–12, wobei das Vorwärtsregelungselement einen geschlossenen Regelkreisteiler umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–13, wobei der Ausgangsstrom gleich dem Strom ist, der durch die Induktivität fließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–14, wobei der Ausgangsstrom gleich dem Strom ist, der durch die Induktivität fließt, multipliziert mit einem Faktor von etwa (1 – D), wobei D ein Tastverhältnis angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Vorwärtsregelungselement die Änderung der zugeführten Referenzspannung mit einem Faktor von etwa: 1/(1 – D) multipliziert, wobei D ein Tastverhältnis angibt.
Schaltung, die Folgendes umfasst: ein Vorwärtsregelungselement, das einen Fehlerverstärker umfasst; und ein oder mehrere Komponenten, die eingerichtet sind, als Antwort auf eine Angabe einer geänderten Ausgangsstromanforderung an eine oder mehrere Lasten in einem Schaltwandler mit einer Induktivität, auf ein oder mehrere Elemente, einschließlich des Vorwärtsregelungselements, eine Änderung einer zugeführten Referenzspannung anzuwenden, wobei das Vorwärtsregelungselement eine Anpassung eines Ausgangsstroms von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Ausgangsstromanforderung, verursacht, wenn die ein oder mehreren Komponenten eine Änderung der zugeführten Referenzspannung auf das Vorwärtsregelungselement anwenden.
Schaltung nach Anspruch 17, die ferner einen Kompensationskondensator umfasst, wobei die Änderung in der zugeführten Referenzspannung ebenfalls eine Änderung des Spannungspegels des Kompensationskondensators verursacht, wobei die Änderung des Spannungspegels des Kompensationskondensators die Änderungsrate des Ausgangsstroms von dem ersten Pegel auf den zweiten Pegel nicht beeinflusst.
Schaltung nach Anspruch 17, wobei die Änderungsrate des Ausgangsstroms von der Induktivität beschränkt wird, wenn die ein oder mehreren Komponenten eine Änderung in der zugeführten Referenzspannung beaufschlagen.
Schaltung nach Anspruch 17, wobei der Schaltwandler ein Abwärts/Aufwärtswandler ist, wobei die Schaltung ferner umfasst: einen Summierungsknoten; wobei die ein oder mehreren Komponenten eingerichtet sind, als Antwort auf die Angabe der geänderten Ausgangsstromanforderung der ein oder mehreren Lasten in dem Abwärts/Aufwärtswandler mit der Induktivität, auf eines oder mehrere der Elemente, einschließlich des Summierungsknotens, die Änderung in der zugeführten Referenzspannung anzuwenden, wobei der Summierungsknoten die Einstellung des Ausgangsstrompegels von dem ersten Pegel auf den zweiten Pegel, entsprechend der geänderten Stromausgangsanforderung, verursacht, wenn die ein oder mehreren Komponenten die Änderung der zugeführten Referenzspannung auf den Summierungsknoten anwenden.