DE102015121417B4 - Adaptiver DC-DC-Leuchtdiodentreiber für dynamische Lasten - Google Patents

Abstract

Netzteil, umfassend:einen Ausgang (312), der zum Speisen einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) eingerichtet ist, wobei die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) eine erste Anzahl von Schaltungselementen während einer ersten Zeitdauer umfasst und wobei eine Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) auf eine zweite Anzahl von Schaltungselementen am Anfang einer zweiten Zeitdauer geändert wird,eine erste Steuerung (330), die derart ausgelegt ist, dass sie eine Regelung des Ausgangs (312) von einer Stromregelung auf eine Spannungsregelung umschaltet, bevor die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweite Anzahl von Schaltungselementen geändert wird,einen Spannungsregelkreis (315) zur Spannungsregelung des Ausgangs (312), der folgendes umfasst:einen Eingangsanschluss (505), der zum Empfangen eines Rückkopplungssignals (VFB) ausgelegt ist, das eine am Ausgang des Netzteils bereitgestellte Ausgangsspannung repräsentiert,einen ersten Spannungsteiler (510), der mit dem Eingangsanschluss (505) gekoppelt ist;einen zweiten Spannungsteiler (520), der mit dem Eingangsanschluss (505) gekoppelt ist, wobei der zweite Spannungsteiler (520) parallel mit dem ersten Spannungsteiler (510) gekoppelt ist,einen Fehlerverstärker (550), der zum Abtasten von Ausgangssignalen (VFB1, VFB2) des ersten Spannungsteilers (510) und des zweiten Spannungsteilers (520) sowie zum Bereitstellen einer kompensierenden Fehlerspannung auf der Grundlage einer Differenz zwischen den abgetasteten Ausgangssignale (VFB1, VFB2) ausgelegt ist, undeine zweite Steuerung, die derart eingerichtet ist, dass sie Widerstände des ersten Spannungsteilers (510) und des zweiten Spannungsteilers (520) gemäß einem Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen einstellt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Netzteile und insbesondere Ausführungsformen, Techniken und Mechanismen für einen adaptiven DC-DC-Leuchtdiodentreiber (DC-DC-LED-Treiber) für dynamische Lasten.
• DC/DC-Wandler können als Treiber für Lasten mit bestimmten Strom- und/oder Spannungsanforderungen, wie z.B. Ketten von Leuchtdioden (LEDs), verwendet werden. Ein Beispiel einer Ansteuerschaltung für LED-Ketten mittels eines DC/DC-Wandlers ist in der Publikation US 20110260617 A1 beschrieben. Die Publikation DE 10 2009 025 752 A1 beschreibt ebenfalls eine Ansteuerschaltung für eine LED-Kette.
• Die Lichtintensität einer LED-Kette wird durch die Höhe des durch sie fließenden Stroms bestimmt, und aus diesem Grund verwenden herkömmliche LED-Treiber im Allgemeinen einen Stromregelkreis, um den durch die LED-Kette fließenden Strom zu regeln. Derartige Regler sind hinsichtlich einer Leistungsregelung bei einer statischen Last verhältnismäßig wirkungsvoll; sie können jedoch damit Probleme haben, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten, wenn die Last plötzlich geändert wird, wie z.B. wenn eine oder mehrere LEDs dynamisch überbrückt/kurzgeschlossen werden. Insbesondere reduziert ein dynamisches Kurzschließen von LEDs in der LED-Kette sofort die Durchlassspannung, mit der die LED-Kette vorgespannt ist, was dazu führt, dass sich der parallel mit der LED-Kette gekoppelte Ausgangskondensator entlädt. Ein Entladen des Ausgangskondensators erzeugt eine Stromspitze durch die LED-Kette, die die verbleibenden LEDs beschädigen kann. Es kann für den Stromregelkreis schwierig sein, die Stromspitze auszuregeln, da die Stromspitze verhältnismäßig schnell auftritt und hauptsächlich durch die Ausgangskondensatoren und nicht das geregelte Netzteil zustande kommt. Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Techniken zum Adaptieren von LED-Treibern und anderen Leistungsquellen an dynamische Lastzustände bereitzustellen.
• Die erwähnte Aufgabe wird durch ein Netzteil gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterentwicklungen werden von den abhängigen Ansprüchen abgedeckt. Durch die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffend einen adaptiven DC/DC-Leuchtdiodentreiber (DC/DC-LED-Treiber) für dynamische Lasten können verschiedene technische Vorteile erzielt werden.
• Im Folgenden wird ein Verfahren zum Regeln eines Netzteils beschrieben. In diesem Beispiel umfasst das Verfahren ein Empfangen eines Hinweises auf einen veränderten Lastzustand oder eine veränderte Spannungscharakteristik eines Netzteils, das eine Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen ansteuert, und ein Umschalten einer Regelung des Netzteils von einem Stromregelkreis auf einen Spannungsregelkreis als Antwort auf das Empfangen des Hinweises auf den veränderten Lastzustand oder die veränderte Spannungscharakteristik.
• Des Weiteren wird eine zum Regeln eines Netzteils eingerichtete Vorrichtung beschrieben. In diesem Beispiel umfasst die Vorrichtung einen Anschluss, der zum Empfangen eines Hinweises auf einen veränderten Lastzustand oder eine veränderte Spannungscharakteristik für ein Netzteil, das eine Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen ansteuert, eingerichtet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuerung, die derart ausgelegt ist, dass sie als Antwort auf ein Empfangen des Hinweises auf den veränderten Lastzustand oder die veränderte Spannungscharakteristik eine Regelung des Netzteils von einem Stromregelkreis auf einen Spannungsregelkreis umschaltet.
• Schließlich wird ein Netzteil beschrieben. In diesem Beispiel umfasst das Netzteil einen Ausgang, der zum Speisen einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen eingerichtet ist. Die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen umfasst eine erste Anzahl von Schaltungselementen während einer ersten Zeitdauer. Eine Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen wird am Anfang einer zweiten Zeitdauer auf eine zweite Anzahl von Schaltungselementen geändert. Das Netzteil umfasst ferner eine erste Steuerung, die derart ausgelegt ist, dass sie eine Regelung des Ausgangs von einem Stromregelkreis auf einen Spannungsregelkreis umschaltet, bevor die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweiten Anzahl von Schaltungselementen geändert wird.
• Zur einem vollständigeren Verständnis der der vorliegenden Offenbarung und der Vorteile davon wird nun Bezug auf die nachfolgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen. Es zeigen:
• 1 ein Diagramm einer herkömmlichen LED-Treiberarchitektur;
• 2 ein Diagramm einer Stromspitze an dem Ausgang eines herkömmlichen LED-Treibers, der eine dynamische Lastreduzierung erfährt;
• 3 ein Diagramm einer Ausführungsform einer Netzteilarchitektur;
• 4 ein Diagramm einer Ausführungsform einer LED-Treiberarchitektur;
• 5 ein Diagramm einer Ausführungsform eines Spannungsregelkreises;
• 6 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Adaptieren eines Netzteils an wechselnde Lastzustände, und
• 7 ein Diagramm einer Ausführungsform eines Verarbeitungssystems.
• Jeweilige Bezugszeichen und -symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein, solange nicht anders angegeben, auf einander entsprechende Elemente. Die Figuren sind derart gezeichnet, dass sie die wichtigen Aspekte der Ausführungsformen veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
• Das Ausbilden und Verwenden von Ausführungsform dieser Offenbarung werden nachstehend ausführlich besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die hier offenbarten Konzepte in einer breiten Vielfalt von konkreten Kontexten ausgeführt werden können, und dass die hier besprochenen konkreten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und nicht als eine Beschränkung des Umfangs der Ansprüche dienen. Es versteht sich außerdem, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen hier vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang dieser Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen. Obwohl Vieles in dieser Offenbarung im Kontext von LED-Treibern beschrieben wird, versteht es sich, dass die hier bereitgestellten Konzepte auf eine beliebige Speisequelle anwendbar sind, die zum Ansteuern einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen geeignet ist.
• Aspekte dieser Offenbarung mildern Stromspitzen beim dynamischen Verkürzen einer LED-Kette, indem ein Spannungsregelkreis zum Regeln der Ausgabe des LED-Treibers direkt vor der Übergangszeit verwendet wird. Insbesondere wird eine Regelung des LED-Treibers von dem Stromregelkreis (z.B. einem Regelkreis, der den Ausgangsstrom des LED-Treibers regelt) auf den Spannungsregelkreis (z.B. einen Regelkreis, der die Ausgangsspannung des LED-Treibers regelt) unmittelbar vor einer Verkürzung der LED-Kette umgeschaltet. Der Spannungsregelkreis reduziert dann die Spannung des LED-Treibers auf eine Sollspannung, bevor die LED-Kette verkürzt wird. Dies entlädt allmählich den Ausgangskondensator, wodurch ermöglicht wird, dass die LED-Kette verkürzt wird, ohne eine Stromspitze hervorzurufen. Nachdem die LED-Kette verkürzt wurde, wird der LED-Treiber zurück auf den Stromregelkreis umgeschaltet. Dieses Konzept des Verwendens eines Spannungsregelkreises , um eine Ausgangsspannung auf eine Sollspannung vor einem dynamischen Lastereignis zu regeln, kann auf ein beliebiges Netzteil angewendet werden, das eine beliebige Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen ansteuert. Diese und andere Aspekte werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
• 1 veranschaulicht eine LED-Treiberarchitektur 100, die einen zum Speisen einer LED-Kette 120 eingerichteten herkömmlichen LED-Treiber 110 umfasst. Wie dargestellt, umfasst der herkömmliche LED-Treiber 110 einen Ausgang 112, der mit der LED-Kette 120 gekoppelt ist, sowie ein Stromregelkreissignal 114, das zum Regeln eines über den Ausgang 112 bereitgestellten Stroms verwendet wird. Die Lichtintensität der LED-Kette 112 hängt in erster Linie von dem durch die LED-Kette 112 fließenden Strom ab. Demzufolge verwendet der herkömmliche LED-Treiber 110 den Stromregelkreis 114, um den Strompegel an dem Ausgang 112 zum Regeln der Helligkeit der LEDs aufrechtzuerhalten.
• Die Anzahl von LEDs in der LED-Kette 120 kann während des Betriebs des herkömmlichen LED-Treibers 110 dynamisch geändert werden. Zum Beispiel können eine oder mehrere der LEDs in der LED-Kette 120 dynamisch überbrückt werden, um die LED-Kette 120 zu verkürzen, wodurch die Durchlassspannung an der LED-Kette 120 sofort reduziert wird. Dies veranlasst, dass sich der Ausgangskondensator 116 zumindest teilweise entlädt und eine Stromspitze durch die LED-Kette 120 erzeugt. Aus der Sicht des Stromregelkreises 114 ist es schwierig, die Stromspitze zu mindern, da die Stromspitze verhältnismäßig schnell auftritt und hauptsächlich durch das Entladen des Ausgangskondensators 116 zustande kommt, und nicht durch die von dem herkömmlichen LED-Treiber 110 gelieferte Leistung. 2 veranschaulicht ein Diagramm einer Stromspitze, die an dem Ausgang 112 des herkömmlichen LED-Treibers 110 auftritt, wenn die LED-Kette 120 von vier LEDs auf drei LEDs verkürzt wird. Ähnliche Probleme können bei anderen Arten von Netzteilen, die Ketten von in Reihe geschalteten Schaltungselementen ansteuern, vorliegen.
• Aspekte dieser Offenbarung mildern Stromspitzen beim dynamischen Verkürzen einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen, indem ein Spannungsregelkreis verwendet wird, um die Ausgabe des Netzteils unmittelbar vor dem dynamischen Lastereignis zu regeln. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Netzteilarchitektur 300, die ein Netzteil 310 umfasst, welches zum Ansteuern einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen 320 eingerichtet ist. Die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen 320 kann eine beliebige Art von in Reihe gekoppelten Schaltungselementen (z.B. Dioden, Widerstände, Kondensatoren usw.) umfassen, und kann derart eingerichtet sein, dass sie während eines dynamischen Lastereignisses dynamisch verkürzt und/oder verlängert wird.
• Die Steuerschaltung 330 kann einen Schalter 313 gemäß einem Zustand der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen 320 betätigen. Insbesondere kann die Steuerschaltung 330 bestimmen, wann ein mit der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen 320 assoziierter Lastzustand dynamisch geändert werden wird, und dann unmittelbar vor jenem dynamischen Lastereignis den Schalter 313 von dem Stromregelkreis 314 auf den Spannungsregelkreis 315 betätigen. In einer Ausführungsform kann die Steuerschaltung 330 derart eingerichtet sein, dass sie beim Empfangen eines Hinweises auf einen veränderten Lastzustand oder eine veränderte Spannungscharakteristik bestimmt, dass ein mit der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen 320 assoziierter Lastzustand geändert werden wird.
• Eine Betätigung des Schalters 313 von dem Stromregelkreis 314 auf den Spannungsregelkreis 315 kann dazu dienen, den Spannungsregelkreis 315 zu aktivieren, sowie dazu, den Stromregelkreis 314 zu deaktivieren. Nach der Aktivierung kann der Spannungsregelkreis 315 die Ausgangsspannung des Netzteils 310 von einer Anfangsspannung auf eine Sollspannung regeln. Die Sollspannung kann gemäß dem zukünftigen Lastzustand, der mit der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen 320 assoziiert ist, bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Sollspannung niedriger sein als die Anfangsspannung, wenn der Lastzustand reduziert wird. Dagegen kann die Sollspannung höher als die Anfangsspannung sein, wenn der Lastzustand erhöht wird. Andere Bedingungen können für ein Einstellen der Sollspannung ebenfalls maßgeblich sein. Wenn die Ausgabe des Netzteils 310 innerhalb eines Schwellenwertes der Sollspannung liegt, kann die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen 320 dynamisch verlängert/verkürzt werden. Danach kann die Steuerschaltung 330 den Schalter 313 von dem Spannungsregelkreis 315 zurück auf den Stromregelkreis 314 betätigen.
• Die vorstehend beschriebenen Techniken können verwendet werden, um eine beliebige Speisequelle zu regeln, die eine Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen ansteuert, einschließlich (zum Beispiel) eines LED-Treibers, der zum Ansteuern einer Kette von LEDs eingerichtet ist. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform einer LED-Treiberarchitektur 400, die einen LED-Treiber 410 umfasst, der zum Ansteuern einer Kette von LEDs 420 eingerichtet ist. In diesem Beispiel wird der LED-Treiber 410 durch einen Stromregelkreis 440 während zumindest eines Abschnitts einer ersten Zeitdauer geregelt, während der die Kette von LEDs 420 eine erste Anzahl von LEDs umfasst. Während dieser Zeit misst der Komparator 440 einen über den Ausgang 412 bereitgestellten Strom, und stellt ein jenen Strom repräsentierendes Rückkopplungssignal an den Fehlerverstärker 450 bereit. Der Fehlerverstärker 440 generiert ein Steuersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Rückkopplungssignal und einem Sollstrom (der z.B. einer gewünschten Lichtintensität entspricht). Der Stromregelkreis stellt das Steuersignal an den Komparator 460 und dann an die Logik 470 bereit, die das Steuersignal zum Regeln des LED-Treibers 410 verwendet.
• Am Anfang einer zweiten Zeitdauer wird die Kette von LEDs 420 dynamisch von einer ersten Anzahl von LEDs auf eine zweite Anzahl von LEDs verkürzt, was die Durchlassspannung, mit der die Kette von LEDs 420 vorgespannt ist, sofort reduziert. Vor dem Beginn der zweiten Zeitdauer wird die Regelung des LED-Treibers 410 von einem Stromregelkreis (der durch die DC-DC-Stromabtastung repräsentiert ist) auf die Spannungsregelkreisschaltung 415 umgeschaltet, und zu diesem Zeitpunkt regelt die Spannungsregelkreisschaltung 415 den Ausgang 412 des LED-Treibers 410 auf eine Sollspannung. Dieser Befehl kann durch einen Mikrocontroller (uC) über eine SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface) oder einen für diese Funktion eingerichteten Zusatzanschlussstift gesendet werden. Insbesondere empfängt die Spannungsregelkreisschaltung 415 ein Spannungsrückkopplungssignal (VFB) von dem LED-Treiber, und dann stellt sie ein Steuersignal an den Komparator 460 und anschließend an die Logik 470 bereit, um die Ausgangsspannung des LED-Treibers 410 sukzessive zu reduzieren. Die Spannungsregelkreisschaltung 415 kann außerdem die Anzahl von in Reihe geschalteten LED-Modulen während der ersten Zeitdauer und die Anzahl von in Reihe geschalteten LED-Modulen, die am Anfang der zweiten Zeitdauer vorhanden sein werden, bestimmen. Diese Information wird durch die Spannungsregelkreisschaltung 415 verwendet, um die Sollspannung zu berechnen. Die Information kann vorkonfiguriert sein, wenn der Lastschritt fest ist, d.h. die Last sich um einen festen Betrag in Übergangszeiten ändert. Die Information kann außerdem an den Spannungsregelkreis 415 zum Beispiel unter Verwendung einer SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface) durch einen Mikrocontroller (uC) dynamisch kommuniziert werden. Die Spannungsregelkreisschaltung 415 beendet eine Reduzierung der Ausgangsspannung des LED-Treibers und erhält diese aufrecht, wenn das Spannungsrückkopplungssignal (VFB) innerhalb eines Schwellenwertes der Sollspannung liegt. In einer Ausführungsform bestimmt die Spannungsregelkreisschaltung 415 die Sollspannung gemäß einem Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen. Zum Beispiel kann der Spannungsregelkreis 415 die Anfangsspannung des Ausgangs 412 durch das Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen multiplizieren. Eine Reduzierung der Ausgangsspannung des LED-Treibers 410 entlädt allmählich den Ausgangskondensator 416. Nachdem die Ausgangsspannung des LED-Treibers 410 auf die Sollspannung oder in die Nähe davon geregelt ist, kann die Kette von LEDs 420 ohne ein Risiko einer Stromspitze dynamisch verkürzt werden. Nachdem die Kette von LEDs 420 verkürzt wurde, wird die Regelung des LED-Treibers 410 zurück auf den Stromregelkreis umgeschaltet.
• 5 veranschaulicht eine Spannungsregelkreisschaltung 500, die zum Regeln des Ausgangs eines Netzteils, das eine Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (z.B. LEDs usw.) ansteuert, während einer Übergangszeit eingerichtet ist. Wie hier erörtert, bezieht sich der Begriff „Übergangszeit“ auf die Zeitdauer, in der die Ausgangsspannung eines Netzteils von einer Anfangsspannung auf eine Sollspannung überführt wird, um Vorbereitungen auf eine dynamische Änderung einer Last, z.B. eine Verlängerung/Verkürzung einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen usw., zu treffen.
• Wie dargestellt, umfasst der Spannungsregelkreis 500 einen Eingangsanschluss 505, Spannungsteiler 510, 520, einen Schalter 530, einen Komparator 540, einen Fehlerverstärker 550, eine Steuerung 560, einen Schalter 570 und einen Ausgangsanschluss 590. Die Spannungsregelkreisschaltung 500 ist derart eingerichtet, dass sie das Netzteil von einer anfänglichen Ausgangsspannung auf eine Sollausgangsspannung durch Beeinflussen von Widerständen der Spannungsteiler 510, 520 gemäß einem Verhältnis zwischen einer Anfangslast (z.B. der Anzahl von Schaltungselementen in der Kette vor einer Änderung der Kettenlänge) und einer endgültigen Last (z.B. der Anzahl von Schaltungselementen in der Kette nach der Änderung der Kettenlänge) regelt. Die Anzahl von Widerständen in den Spannungsteilern 510 und 520 kann der maximalen Anzahl von LEDs, die an den Ausgang angeschlossen werden können, gleich sein. Der Spannungsteiler 510 repräsentiert die Last während der ersten Zeitdauer, und der Spannungsteiler 520 repräsentiert die Ziellast am Anfang der zweiten Zeitdauer. Wenn zum Beispiel die Last von vier LEDs auf drei LEDs reduziert wird, dann weist der Spannungsteiler 510 vier in Reihe geschaltete Widerstände auf und der Spannungsteiler 520 weist drei in Reihe geschaltete Widerstände auf. Das Konzept wird durch das Folgende veranschaulicht:
• Maximale Ausgabe von in Reihe geschalteten LEDs 4 → Anzahl einer Widerstandsbank 4
• - Beispiel:
• $${\text{Beginn mit N}}_{\text{LED}}\left(\text{n}-1\right)=4\text{ neue LED}-{\text{Kette N}}_{\text{LED}}\left(\text{n}\right)=3$$

  

  $$-{\text{V}}_{\text{LED}}=3\text{V}$$

  

  $$-{\text{V}}_{\text{FB}}\left(\text{n}-1\right)=3\text{V}\ast \text{4=12V}\to {\text{V}}_{\text{FB}}\left(\text{n}\right)=3\text{V}\ast \text{3=9V}$$

  

  $$-{\text{V}}_{\text{FB1}}={\text{V}}_{\text{FB}}\ast \raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4$}\right.{\text{ V}}_{\text{FB2}}={\text{V}}_{\text{FB}}\ast \raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$3$}\right.$$

  

  $$-{\text{V}}_{\text{FB1}}\left(\text{n}-1\right)=12\ast \raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4$}\right.=3\text{V Aufrechterhalten von Spannung auf V}+\text{Komparator}$$

  

  $$-{\text{V}}_{\text{FB1}}\left(\text{n}-1\right)=12\ast \raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$3$}\right.=4\text{V danach schließen des Kreises }\to {\text{V}}_{\text{FB}}\left(\text{n}\right)=3\ast 3=9\text{V}\to \text{3LEDs}$$

  
• Der Eingangsanschluss 505 ist derart ausgelegt, dass er ein Rückkopplungssignal (V_FB) empfängt, welches die Ausgangsspannung des Netzteils repräsentiert. Zum Beispiel zeigt das Rückkopplungssignal (V_FB) an, dass die Ausgangsspannung annähernd gleich der Anfangsspannung am Anfang der Übergangszeit ist. Das Rückkopplungssignal fließt dann über die jeweiligen Spannungsteiler 510, 520, wonach die Ausgaben der Spannungsteiler 510, 520 abgetastet werden, um ein erstes abgetastetes Signal (VFB1) zu erhalten. Der Komparator 540 gibt ein Signal an die Steuerung 560 aus, wenn die Differenz zwischen VFB1 und VFB2 einen Schwellenwert übersteigt, was die Steuerung 560 zum Öffnen des Schalters 570 veranlasst. Die Schalter 530 und 570 werden durch den externen Anschlussstift oder einen SPI-Befehl gesteuert. Vor dem Beginn der zweiten Zeitdauer ist der Schalter 430 geschlossen und der Schalter 570 ist offen, nach dem Befehl ist der Schalter 430 offen. Ein Öffnen des Schalters 430 speichert den Anfangswert des ersten abgetasteten Signals (VFB1(n-1) in dem Kondensator, während ein Schließen des Schalters 570 es ermöglicht, dass ein Fehlerkorrektursignal von dem Fehlerverstärker 550 das Netzteil regelt.
• Das Fehlerkorrektursignal weist eine Größe auf, die einer Differenz zwischen dem Anfangswert des ersten abgetasteten Signals (VFB1(n-1)) und dem gegenwärtigen Wert des zweiten abgetasteten Signals (VFB2(n)) entspricht. Die Ausgangsspannung des Netzteils kann gemäß der Größe des Fehlerkorrektursignals reduziert werden. Zum Beispiel kann die Ausgangsspannung des Netzteils mit einer festen Rate reduziert werden, solange die Größe des Fehlerkorrektursignals einen Schwellenwert übersteigt. Als ein anderes Beispiel kann die Ausgangsspannung des Netzteils mit einer Rate reduziert werden, die umgekehrt proportional zu der Größe des Fehlerkorrektursignals ist, wobei in diesem Fall die Rate der Spannungsregelung sinkt, wenn sich die Ausgangsspannung des Netzteils der Sollspannung nähert.
• Aspekte dieser Offenbarung stellen Verfahren zum Adaptieren von Netzteilen an sich ändernde Lastzustände bereit. 6 veranschaulicht ein Verfahren 600 zum Adaptieren eines Netzteils an einen sich ändernden Lastzustand, wie es durch eine Steuerung ausgeführt werden kann. Wie dargestellt, beginnt das Verfahren 600 bei Schritt 610, bei dem die Steuerung einen Hinweis auf einen veränderten Lastzustand oder eine veränderte Spannungscharakteristik des Netzteils empfängt. Dies kann als Folge eines Bestimmens, dass sich ein Lastzustand des Netzteils zu einem Zeitpunkt in der Zukunft ändern wird, auftreten. Danach fährt das Verfahren 600 mit Schritt 620 fort, bei dem die Steuerung als Antwort ein Empfangen des Hinweises auf den veränderten Lastzustand oder die veränderte Spannungscharakteristik eine Regelung des Netzteils von einem Stromregelkreis auf einen Spannungsregelkreis umschaltet. Als Nächstes fährt das Verfahren 600 mit Schritt 630 fort, in dem die Steuerung die Regelung des Netzteils zurück auf den Stromregelkreis umschaltet, nachdem ein Kriterium erfüllt wurde, z.B. nachdem sich ein Lastzustand des Netzteils stabilisierte usw.
• 7 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems 700, das zum Implementieren der hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden kann. Das Verarbeitungssystem 700 kann einen Prozessor 704, einen Speicher 706 und eine Vielzahl von Schnittstellen 710 bis 714 umfassen, die wie in 7 dargestellt angeordnet sein können (müssen aber nicht). Der Prozessor 704 kann eine beliebige Komponente sein, die in der Lage ist, Berechnungen und/oder andere mit einer Verarbeitung zusammenhängende Aufgaben auszuführen, und der Speicher 706 kann eine beliebige Komponente sein, die in der Lage ist, eine Programmierung und/oder Befehle für den Prozessor 704 zu speichern. Die Schnittstellen 710 bis 714 können eine beliebige Komponente oder eine Sammlung von Komponenten sein, die es dem Verarbeitungssystem 700 ermöglichen, mit anderen Systemen und/oder Vorrichtungen zu kommunizieren. Die Schnittstellen 710 bis 714 können serielle Schnittstellen (z.B. eine SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface), ein Universal Serial Bus (USB) usw.), parallele Schnittstellen oder Kombinationen davon umfassen.
• Obwohl die Beschreibung ausführlich beschrieben wurde, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang dieser Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen. Des Weiteren soll der Umfang der Offenbarung nicht auf die konkreten hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden, da ein Fachmann leicht aus dieser Offenbarung verstehen wird, dass Prozesse, Vorrichtungen, die Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte, die zurzeit vorliegen oder nachträglich entwickelt sein werden, im Wesentlichen dieselbe Funktion durchführen oder ein im Wesentlichen gleiches Ergebnis erzielen können wie die hier beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen. Demzufolge sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Umfangs solche Prozesse, Vorrichtungen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte miteinbeziehen.

Claims (16)

1. Netzteil, umfassend: einen Ausgang (312), der zum Speisen einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) eingerichtet ist, wobei die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) eine erste Anzahl von Schaltungselementen während einer ersten Zeitdauer umfasst und wobei eine Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) auf eine zweite Anzahl von Schaltungselementen am Anfang einer zweiten Zeitdauer geändert wird, eine erste Steuerung (330), die derart ausgelegt ist, dass sie eine Regelung des Ausgangs (312) von einer Stromregelung auf eine Spannungsregelung umschaltet, bevor die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweite Anzahl von Schaltungselementen geändert wird, einen Spannungsregelkreis (315) zur Spannungsregelung des Ausgangs (312), der folgendes umfasst: einen Eingangsanschluss (505), der zum Empfangen eines Rückkopplungssignals (V_FB) ausgelegt ist, das eine am Ausgang des Netzteils bereitgestellte Ausgangsspannung repräsentiert, einen ersten Spannungsteiler (510), der mit dem Eingangsanschluss (505) gekoppelt ist; einen zweiten Spannungsteiler (520), der mit dem Eingangsanschluss (505) gekoppelt ist, wobei der zweite Spannungsteiler (520) parallel mit dem ersten Spannungsteiler (510) gekoppelt ist, einen Fehlerverstärker (550), der zum Abtasten von Ausgangssignalen (V_FB1, V_FB2) des ersten Spannungsteilers (510) und des zweiten Spannungsteilers (520) sowie zum Bereitstellen einer kompensierenden Fehlerspannung auf der Grundlage einer Differenz zwischen den abgetasteten Ausgangssignale (V_FB1, V_FB2) ausgelegt ist, und eine zweite Steuerung, die derart eingerichtet ist, dass sie Widerstände des ersten Spannungsteilers (510) und des zweiten Spannungsteilers (520) gemäß einem Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen einstellt.
2. Netzteil gemäß Anspruch 1, wobei die erste Steuerung (330) ferner dazu ausgebildet ist, dass sie die Regelung des Ausgangs zurück auf die Stromregelung umschaltet, nachdem die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweite Anzahl von Schaltungselementen geändert wurde.
3. Netzteil gemäß Anspruch 2, wobei der Spannungsregelkreis (315) ferner umfasst: einen Komparator (540), der derart ausgelegt ist, dass er die Ausgangssignale (V_FB1, V_FB2) des ersten Spannungsteilers (510) und des zweiten Spannungsteilers (520) abtastet und ein Umschaltsignal für die erste Steuerung (313) bereitstellt, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den abgetasteten Ausgangssignalen (V_FB1, V_FB2) unter einen Schwellenwert fällt, wobei das Umschaltsignal die erste Steuerung (313) dazu veranlasst, die Regelung des Ausgangs zurück auf die Stromregelung umzuschalten.
4. Netzteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Netzteil ein DC/DC-LED-Treiber ist, der zum Ansteuern einer Kette von Leuchtdioden (LEDs) eingerichtet ist, die von einer ersten Anzahl von LEDs auf eine zweite Anzahl von LEDs am Anfang der zweiten Zeitdauer verkürzt wird.
5. Netzteil gemäß einem der Ansprüche 1, die weiter aufweist:: einen Anschluss, der derart eingerichtet ist, dass er einen Hinweis auf einen veränderten Lastzustand oder eine veränderte Spannungscharakteristik empfängt, wobei die erste Steuerung (313), derart ausgelegt ist, dass sie die Regelung des Netzteils von der Stromregelung auf die Spannungsregelung als Antwort auf das Empfangen des Hinweises auf den veränderten Lastzustand oder die veränderte Spannungscharakteristik umschaltet.
6. Netzteil gemäß Anspruch 5, wobei die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) eine erste Anzahl von Schaltungselementen während einer ersten Zeitdauer umfasst, und wobei der Hinweis auf den veränderten Lastzustand oder die veränderte Spannungscharakteristik empfangen wird, bevor eine Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf eine zweite Anzahl von Schaltungselementen am Anfang einer zweiten Zeitdauer geändert wird.
7. Netzteil gemäß Anspruch 5, wobei die Steuerung weiter derart ausgelegt ist, dass sie die Regelung des Netzteils zurück auf die Stromregelung umschaltet, nachdem die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweite Anzahl von Schaltungselementen geändert wurde.
8. Netzteil gemäß Anspruch 5 wobei der Spannungsregelkreis derart ausgelegt ist, dass er eine Sollspannung am Ausgang des Netzteils für die zweite Zeitdauer gemäß einem Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen bestimmt, und eine Ausgabe des Netzteils von einer Anfangsspannung auf die Sollspannung ändert, bevor die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweite Anzahl von Schaltungselementen während der zweiten Zeitdauer geändert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Spannungsregelkreis derart eingerichtet ist, dass er die Sollspannung am Ausgang des Netzteils für die zweite Zeitdauer durch Teilen der Anfangsspannung durch das Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen bestimmt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Spannungsregelkreis derart eingerichtet ist, dass er die Ausgabe des Netzteils von der Anfangsspannung auf die Sollspannung durch die folgenden Schritte ändert: Empfangen eines Rückkopplungssignals, das eine Ausgangsspannung des Netzteils anzeigt, Erzeugen eines kompensierenden Fehlerspannungssignals gemäß einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Netzteils und der Sollspannung, und Bereitstellen des kompensierenden Fehlerspannungssignals an einen Steueranschluss des Netzteils, bis die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Netzteils und der Sollspannung geringer ist als ein Schwellenwert.
11. Verfahren, umfassend: Empfangen eines Hinweises auf einen veränderten Lastzustand oder eine veränderte Spannungscharakteristik eines Netzteils, das eine Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) ansteuert, wobei die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) eine erste Anzahl von Schaltungselementen während einer ersten Zeitdauer umfasst und wobei der Hinweis auf den veränderten Lastzustand oder die veränderte Spannungscharakteristik empfangen wird, bevor eine Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf eine zweite Anzahl von Schaltungselementen am Anfang einer zweiten Zeitdauer geändert wird; und Umschalten einer Regelung des Netzteils von einer Stromregelung auf eine Spannungsregelung als Antwort auf das Empfangen des Hinweises auf den veränderten Lastzustand oder die veränderte Spannungscharakteristik; Bestimmen einer Sollspannung des Netzteils für die zweite Zeitdauer gemäß einem Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen, wobei das Bestimmen der Sollspannung des Netzteils für die zweite Zeitdauer das Teilen der Anfangsspannung durch das Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen umfasst, und Ändern einer Ausgabe des Netzteils von einer Anfangsspannung auf die Sollspannung, bevor die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen (320) von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweite Anzahl von Schaltungselementen geändert wird und wobei das das Teilen der Anfangsspannung durch das Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen mittels Spannungsteiler (510, 520) erfolgt, und Widerstände der Spannungsteiler (510, 520) gemäß einem Verhältnis zwischen der ersten Anzahl von Schaltungselementen und der zweiten Anzahl von Schaltungselementen einstellt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Umschalten der Regelung des Netzteils zurück auf den Stromregelkreis, nachdem die Länge der Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen von der ersten Anzahl von Schaltungselementen auf die zweite Anzahl von Schaltungselementen geändert wurde.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ändern der Ausgabe des Netzteils von der Anfangsspannung auf die Sollspannung umfasst: Empfangen eines Rückkopplungssignals, das eine Ausgangsspannung des Netzteils anzeigt, Erzeugen eines kompensierenden Fehlerspannungssignals gemäß einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Netzteils und der Sollspannung, und Bereitstellen des kompensierenden Fehlerspannungssignals an einen Steueranschluss des Netzteils, bis die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Netzteils und der Sollspannung geringer ist als ein Schwellenwert.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kette von in Reihe geschalteten Schaltungselementen eine Kette von Leuchtdioden (LEDs) umfasst, die von einer ersten Anzahl von LEDs auf eine zweite Anzahl von LEDs am Anfang der zweiten Zeitdauer verkürzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Netzteil ein DC/DC-LED-Treiber ist, der eine Ausgabe aufweist, welche von einer Anfangsspannung auf eine Sollspannung reduziert wird, bevor die Kette von LEDs von einer ersten Anzahl von LEDs auf eine zweite Anzahl von LEDs verkürzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Ausgangskondensator, der parallel mit der Kette von LEDs gekoppelt ist, zumindest teilweise entladen wird, wenn die Ausgabe des DC/DC-LED-Treibers von der Anfangsspannung auf die Sollspannung reduziert wird.

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