DE112018007763B4

DE112018007763B4 - Schaltung und verfahren zum reduzieren eines rauschsignals

Info

Publication number: DE112018007763B4
Application number: DE112018007763.2T
Authority: DE
Inventors: Junyue Sun; Yufeng Zou; Huibin Cao; Zhenyu Song
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2038-06-28
Also published as: US20210105878A1; DE112018007763T5; WO2020000238A1; US11632838B2

Abstract

Vorrichtung, aufweisend einen Stromregler (500) zum Regeln eines Stroms durch ein Schaltungselement (502), aufweisend:einen Knoten (508);eine Steuerschaltung (504), die konfiguriert ist, einen ersten Strom an dem Knoten (508) bereitzustellen; undeine Negativfeedbackschaltung (501), wobei die Negativfeedbackschaltung (501) aufweist:den Knoten (508); unddie Steuerschaltung (504), die mit dem Knoten (508) gekoppelt ist; wobei:die Steuerschaltung (504) konfiguriert ist, ein Stabilisierungssignal in Antwort auf eine Rauschsignalkoppelung mit dem Knoten (508) von einer Stromschiene (604) bereitzustellen; unddas Stabilisierungssignal zum Verringern des Rauschsignals an dem Knoten (508) und der Stromschiene (604) wirkt.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Negativfeedbackschaltung. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf eine Negativfeedbackschaltung zum Verringern eines Rauschsignals auf einem Knoten und auf einer Stromschiene. Die Negativfeedbackschaltung kann verwendet werden, um die Rauschsensitivität eines Stromreglers zum Regeln eines Stroms durch ein Schaltungselement, wie etwa durch eine lichtemittierende Diode, zu verringern, wenn der Stromregler auf einer Platine (PCB) umgesetzt wird.
HINTERGRUND
Ein Stromregler kann verwendet werden, um einen Strom bereitzustellen und zu regeln, der durch ein Schaltungselement, wie etwa eine lichtemittierende Diode (LED), fließt. Ein Stromregler eignet sich auch zur Verwendung mit mehreren LEDs. Ein LED-Beleuchtungssystem kann einen Stromregler und eine oder mehrere LEDs umfassen. Eine beispielhafte Anwendung eines solchen LED-Beleuchtungssystems umfasst, ist jedoch nicht beschränkt auf LED-Hintergrundbeleuchtung, um eine Beleuchtung bereitzustellen, wie in 1(a) und 1(b) gezeigt ist.
1(a) zeigt ein LED-Beleuchtungssystem 100, das mehrere LED-Strings 102 umfasst, die jeweils mehrere LEDs umfassen. Die mehreren LED-Strings 102 können zusammengekoppelt sein, um eine LED-Matrix zu bilden. Das LED-Beleuchtungssystem, das dargestellt ist, wird auf einer Aluminiumplatine (Platine) umgesetzt. Das LED-Beleuchtungssystem 100 aus 1 ist ein Beispiel für ein Solid-State-Lighting-Hintergrundbeleuchtungssystem (SSL-Hintergrundbeleuchtungssystem). 1(b) zeigt ein alternatives LED-Beleuchtungssystem 104, das auf einer Aluminiumplatine umgesetzt werden kann.
Aluminiumplatinen werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, die eine schnelle Ableitung von Wärme aus dem linearen Regler auf die Wärmesenke des Systems erlaubt, weithin für Wechselstrom-LED-Anwendungen (AC-LED-Anwendungen) und SSL-Hintergrundbeleuchtungssysteme verwendet. Aufgrund der Struktur der Aluminiumplatine besteht ein wesentlicher Rauschkoppelungseffekt im Vergleich mit der Rauschkoppelung bei anderen Platinentypen, wie etwa FR-4 Platine. Rauschkoppelung kann beispielsweise aus kapazitiver Koppelung oder induktiver Koppelung entstehen.
2 zeigt eine Explosionsansicht einer Aluminiumplatinenschichtstruktur 200, die eine Dielektrikumschicht 202 umfasst, die zwischen zwei Metallschichten 204, 206 eingesetzt ist. Eine erste Metallschicht 204 umfasst Kupfer und eine zweite Metallschicht 206 umfasst Aluminium. Die Traces zum Bilden der passenden Verbindungen für die erforderliche Schaltungsanordnung sind in der Kupferschicht 204 gebildet. Die Dielektrikumschicht 202 stellt einen dünnen Isolierungsfilm bereit und die Aluminiumschicht 206 bildet eine dicke Basisschicht und stellt eine gute wärme- und elektrische Leitfähigkeit bereit.
Es ist zu erkennen, dass der Begriff „eingesetzt“ Anordnungen umfassen kann, in denen die Dielektrikumschicht 202 eine oder beide der ersten Metallschicht 204 und der zweiten Metallschicht 206 direkt kontaktiert, und außerdem Anordnungen, in denen die erste Metallschicht 204 und die zweite Metallschicht 206 nicht in direktem Kontakt mit der Dielektrikumschicht 202 stehen. Allgemein wird die Dielektrikumschicht 202 zwischen der ersten Metallschicht 204 und der zweiten Metallschicht 206 bereitgestellt. Weiterhin kann es weitere Schichten zwischen jeder der ersten und der zweiten Metallschicht 204, 206 und der Dielektrikumschicht 202 geben.
3 zeigt einen Querschnitt einer Aluminiumplatinenschichtstruktur 300, die eine Dielektrikumschicht 302, drei Kupfertraces 304, 306, 308 und eine Aluminiumbasisschicht 310 umfasst.
Aufgrund der Leitfähigkeit der Aluminiumbasisschicht 310 werden Signale an einer der drei Kupfertraces 304, 306, 308 typischerweise kapazitiv durch die Aluminiumbasisschicht 310 mit den anderen Kupfertraces 304, 306, 308 gekoppelt. Die Traces können alternativ als „Traces“ bezeichnet werden. Dies ist in 3 durch den Einschluss von parasitischen Kapazitäten illustriert, die durch Kondensatorschaltungssymbole 312, 314, 316 dargestellt sind.
Die kapazitive Koppelung führt zu einem stärkeren Rauschen in den Signalen in einer Schaltung, die auf der Aluminiumplatine umgesetzt ist, im Vergleich mit anderen Platinentypen wie einer FR-4-Platine. Die Rauschkoppelung in einer Aluminiumplatine kann für LED-Beleuchtungsanwendungen besonders problematisch sein.
US 6 522 114 B1 betrifft einen Low-Dropout-Spannungsregler mit einer Rauschunterdrückungsarchitektur. Der Low-Dropout-Spannungsregler umfasst eine Vergleichsstufe zum Vergleichen eines Referenzspannungssignals mit einem Rückkopplungssignal und zum Bereitstellen eines ersten Ausgangsspannungssignals in Abhängigkeit davon. Das Rückkopplungssignal wird von einem Knoten erhalten, der zwischen einem ersten und einem zweiten Widerstand eines Spannungsteilers liegt.
US 6 541 946 B1 betrifft eine Low-Dropout-Spannungsregler-(LDO)-Schaltung, die umfasst: einen ersten Verstärker mit einem ersten Eingang, der mit einem Referenzspannungsknoten Vref gekoppelt ist; einen zweiten Verstärker mit einem Eingang, der mit einem Ausgang des ersten Verstärkers gekoppelt ist; einen Durchgangstransistor mit einem Steuerknoten, der mit einem Ausgang des zweiten Verstärkers gekoppelt ist; eine Rückkopplungsschaltung mit einem Eingang, der mit dem Durchgangstransistor gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit einem zweiten Eingang des ersten Verstärkers gekoppelt ist; eine invertierende Verstärkungsstufe, die mit dem Eingang des zweiten Verstärkers gekoppelt ist; und ein Hochpassfilter, das zwischen einen Stromversorgungsknoten und einen Steuerknoten der invertierenden Verstärkungsstufe gekoppelt ist.
US 2017 / 0 194 855 A1 beschreibt, dass ein Spannungsregler gesteuert wird, um die Versorgungsspannungsunterdrückung zu verbessern, indem eine alternierende Komponente eines Versorgungsspannungssignals aufgehoben wird, das kapazitiv mit einem hochohmigen Knoten innerhalb des Spannungsreglers gekoppelt ist.
WO 2014/ 188 391 A1 betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung einer Fahrzeugleuchte, die Lichtquellen umfasst, die von einem Treiberstrom versorgt werden, und eine Steuervorrichtung, die eine Steuerstufe umfasst, die ein Steuersignal erzeugt basierend auf der Differenz zwischen dem Treiberstrom und einem vorbestimmten Referenzstrom, und eine Treiberstufe, die den Treiberstrom basierend auf dem Steuersignal einstellt. Die Treiberstufe umfasst eine Spannungsstabilisierungsvorrichtung, die in einem ersten Betriebszustand eine stabilisierte Spannung an einem Zwischenknoten davon einem ersten Transistor zuführt, der einen Steueranschluss hat, der das Steuersignal empfängt; und einen zweiten Transistor mit einem Steueranschluss, der mit dem Zwischenknoten verbunden ist, um im ersten Betriebszustand auf die vorbestimmte stabilisierte Spannung gesetzt zu werden, wobei ein erster Anschluss mit der Lichtquelle verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem zweiten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Ziel dieser Offenbarung, eine Schaltung bereitzustellen, die verringerte Rauschkoppelungseffekte bereitstellt. Die Schaltung kann auf einen Stromregler angewendet werden, der auf einer Platine umgesetzt ist.
Nach einem ersten Beispiel ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die einen Stromregler zum Regeln eines Stroms durch ein Schaltungselement umfasst, wobei der Stromregler einen Knoten, eine Steuerschaltung zum Bereitstellen eines ersten Stroms an dem Knoten, und eine Negativfeedbackschaltung umfasst, wobei die Negativfeedbackschaltung den Knoten umfasst, und die Steuerschaltung, die mit dem Knoten gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, ein stabilisierendes Signal in Reaktion auf ein Rauschsignal bereitzustellen, das sich von einer Stromschiene mit dem Knoten koppelt, und das stabilisierende Signal ist konfiguriert, das Rauschsignal an dem Knoten und der Stromschiene zu verringern.
Optional umfasst die Negativfeedbackschaltung ein resistives Element, wobei der Knoten mit einer ersten Spannung über das resistive Element gekoppelt ist, der Knoten mit einer zweiten Spannung gekoppelt ist und die erste Spannung größer ist als die zweite Spannung.
Optional umfasst die Schaltung einen Verstärker, und ein Schaltelement, wobei der Verstärker einen ersten Eingang aufweist, der mit einer Referenzspannung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Knoten gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit dem Schaltelement gekoppelt ist, wobei der Verstärker ein Steuersignal bereitstellt, um das Schaltelement zu steuern und das Schaltelement das stabilisierende Signal erzeugt.
Nach einem zweiten Beispiel ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine Platine umfasst, die eine Stromschiene umfasst, eine Negativfeedbackschaltung, die einen Knoten umfasst, und eine Steuerschaltung umfasst, die mit dem Knoten gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, ein stabilisierendes Signal in Reaktion auf ein Rauschsignal bereitzustellen, das sich von der Stromschiene mit dem Knoten koppelt, und das stabilisierende Signal ist konfiguriert, das Rauschsignal an dem Knoten und der Stromschiene zu verringern.
Optional umfasst die Platine eine Dielektrikumschicht, die zwischen zwei Metallschichten eingesetzt ist.
Nach einem ersten Aspekt der Offenbarung ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die einen Stromregler umfasst, um einen Strom durch ein Schaltungselement zu regeln, umfassend einen Knoten, eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, einen ersten Strom an dem Knoten bereitzustellen und eine Negativfeedbackschaltung, umfassend den Knoten und die Steuerschaltung, die mit dem Knoten gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, ein Stabilisierungssignal in Antwort auf ein Rauschsignal bereitzustellen, das sich mit dem Knoten von einer Stromschiene koppelt, und das Stabilisierungssignal konfiguriert ist, das Rauschsignal an dem Knoten und der Stromschiene zu verringern.
Optional umfasst die Negativfeedbackschaltung ein resistives Element, wobei der Knoten mit einer ersten Spannung über das resistive Element gekoppelt ist, der Knoten mit einer zweiten Spannung gekoppelt ist und die erste Spannung größer ist als die zweite Spannung.
Optional umfasst die Schaltung einen Verstärker, und ein Schaltelement, wobei der Verstärker einen ersten Eingang aufweist, der mit einer Referenzspannung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Knoten gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit dem Schaltelement gekoppelt ist, wobei der Verstärker ein Steuersignal bereitstellt, um das Schaltelement zu steuern und das Schaltelement das stabilisierende Signal erzeugt.
Optional ist der Verstärker konfiguriert, den ersten Strom an dem Knoten zu regeln und der erste Strom hängt von dem Steuersignal ab, das durch das Schaltelement empfangen wird.
Optional ist der Stromregler konfiguriert, einen zweiten Strom unter Verwendung des ersten Stroms zu regeln.
Optional umfasst der Stromregler einen Stromspiegel, der konfiguriert ist, den ersten Strom zu spiegeln, wobei der gespiegelte erste Strom der zweite Strom ist.
Optional wirkt der Stromspiegel als ein Stromverstärker, sodass der zweite Strom gleich dem ersten Strom multipliziert mit einem Faktor von mehr als eins ist.
Optional entspricht das Schaltungselement einer oder mehreren lichtemittierenden Dioden.
Optional ist das Schaltungselement mit der Stromschiene gekoppelt.
Optional umfasst die Vorrichtung eine Platine, umfassend die Stromschiene.
Optional umfasst die Platine eine Dielektrikumschicht, die zwischen zwei Metallschichten eingesetzt ist.
Optional umfasst die Vorrichtung das Schaltungselement.
Optional umfasst die Platine eine Dielektrikumschicht, die zwischen zwei Metallschichten eingesetzt ist.
Optional entspricht das Schaltungselement einer oder mehreren lichtemittierenden Dioden.
Optional umfasst der Stromregler ein Stromspiegel, konfiguriert, den ersten Strom zu spiegeln, wobei der gespiegelte erste Strom ein zweiter Strom ist, und das Schaltungselement mit dem Stromspiegel gekoppelt ist, sodass das Schaltungselement den zweiten Strom empfängt.
Nach einem zweiten Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren bereitgestellt, eine Vorrichtung zu bedienen, die einen Stromregler zum Regeln eines Stroms durch ein Schaltungselement umfasst, der einen Knoten, eine Steuerschaltung zum Bereitstellen eines ersten Storms an dem Knoten und eine Negativfeedbackschaltung umfasst, wobei die Negativfeedbackschaltung den Knoten und die Steuerschaltung umfasst, die Steuerschaltung mit dem Knoten gekoppelt ist, das Verfahren umfassend das Bereitstellen von der Steuerschaltung eines Stabilisierungssignals in Antwort auf ein Rauschsignal, das sich mit dem Knoten von einer Stromschiene koppelt, und das Verringern des Rauschsignals an dem Knoten und der Stromschiene unter Verwendung des Stabilisierungssignals.
Optional ist das Negativfeedbackschaltung auf einer Platine umgesetzt.
Optional umfasst die Vorrichtung einen Stromregler, umfassend den Knoten, die Steuerschaltung und die Negativfeedbackschaltung, und das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines ersten Stroms an dem Knoten unter Verwendung der Steuerschaltung.
Es ist zu erkennen, dass das Verfahren des zweiten Aspekts das Bereitstellen und/oder Verwenden der Eigenschaften umfassen kann, die in dem vorherigen Aspekt dargelegt sind, und andere Merkmale wie hierin beschrieben umfassen kann.
Figurenliste
Die Offenbarung ist nachfolgende in weiteren Einzelheiten beispielhaft und mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:

1(a) und 1(b) sind Bilder von LED-Beleuchtungssystemen, die auf Aluminiumplatinen umgesetzt sind;
2 ist eine Explosionsansicht einer Aluminiumplatinenschichtstruktur;
3 ist ein Querschnitt einer Aluminiumplatinenschichtstruktur;
4(a) ist eine schematische Darstellung eines LED-Beleuchtungssystems und 4(b) zeigt Traces von Spannungen und einem Strom innerhalb des LED-Beleuchtungssystems;
5(a) ist ein Schema einer Negativfeedbackschaltung nach einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung, 5(b) ist eine Negativfeedbackschaltung nach einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung, 5(c) ist eine Negativfeedbackschaltung nach einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung, 5(d) ist ein Schema eines Stromreglers nach einer vierten Ausführungsform dieser Offenbarung und 5(e) ist ein Schema eines Stromreglers nach einer fünften Ausführungsform dieser Offenbarung;
6(a) ist ein Schema eines LED-Beleuchtungssystems nach einer sechsten Ausführungsform dieser Offenbarung und 6(b) zeigt Traces von Spannungen und einem Strom innerhalb des LED-Beleuchtungssystems;
7 ist ein Simulationslayout eines LED-Beleuchtungssystems;
8 ist ein Stimulationsergebnis bezüglich des LED-Beleuchtungssystems aus 6(a); und
9 ist ein Stimulationsergebnis bezüglich des LED-Beleuchtungssystems aus 4(a).

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
4(a) zeigt ein Schema eines LED-Beleuchtungssystems 400, das einen Stromregler 402 und eine LED 404 umfasst, die mit einer Aluminiumplatine (Al-Platine) verwendet werden können. Ein Stromregler kann auch als ein LED-Treiber, ein linearer LED-Beleuchtungstreiber, ein linearer Stromverstärker oder ein linearer Stromregler bezeichnet werden.
Eine Stromschiene 406 ist mit einem ersten Terminal der LED 404 gekoppelt und der Stromregler 402 ist mit einem zweiten Terminal der LED 404 gekoppelt. Die Stromschiene weist eine Stromschienenspannung VpwrA auf. Die Stromschienenspannung VpwrA kann direkt unter Verwendung der Wandversorgungsleistung für AC-LED-Anwendungen erzeugt werden, oder kann unter Verwendung eines DC/DC-Konverters in einem SSL-Hintergrundbeleuchtungssystem erzeugt werden.
Der Stromregler 402 umfasst eine Steuerschaltung 408, einen Einstellungswiderstand Rset, einen Filterkondensator Cf, einen Stromeinstellungspin Iset und zwei Stromspiegel 412, 414. Die Steuerschaltung 408 umfasst einen Verstärker 410. Der Stromeinstellungspin Iset kann als ein Knoten bezeichnet werden.
Im Betrieb regelt der Stromregler 402 einen Strom IB durch die LED 404. Die Steuerschaltung 408 stellt einen Strom IA an dem Stromeinstellungspin Iset bereit. Der Strom IA wird dann durch die Stromspiegel 412, 414 verstärkt, um den Strom IB bereitzustellen. Typischerweise wird der Strom IA in der Erzeugung des Stroms IB durch einen Faktor verstärkt, der von 100 bis 1000 reicht, um Energie zu sparen. Der Strom IA kann als ein Stromeinstellungsstrom bezeichnet werden und der Strom IB kann als der LED-Strom bezeichnet werden. Zusammengefasst wird der Strom, der durch die LED 404 fließt (der Strom IB) durch den Strom an dem Stromeinstellungspin Iset (den Strom IA) gesteuert. Der Einstellungswiderstand Rset kann durch einen Benutzer eingestellt werden, um den Strom IB einzustellen. Ein Benutzer kann den Strom IB für die LED 404 einstellen, indem er den Strom IA an dem Stromeinstellungspin Iset einstellt. Der Verstärker 410 weist einen Eingang auf, der mit einem Digital-Analog-Konverter (DAC) 411 gekoppelt ist, der eine Referenzspannung VrefA bereitstellt, einen Eingang, der mit dem Stromeinstellungspin Iset gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit einem Gate eines Transistors M1A gekoppelt ist. Der Strom IA ist abhängig von der Referenzspannung VrefA und kann daher verwendet werden, um den Strom IB zu steuern.
Der DAC 411 kann als ein Controller funktionieren, um die Referenzspannung VrefA zu steuern, die verwendet werden kann, um den Strom IB zu steuern. Der DAC 411 ist daher in der Lage, die LED 404 zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die LED 404 kann aktiviert sein, wenn der Strom IB ausreichend groß ist, um die LED 404 zu beleuchten, und die LED 404 kann deaktiviert sein, wenn der Strom IB ausreichend klein ist oder auf null reduziert ist, sodass die LED 404 nicht leuchtet.
Der Stromspiegel 412 ist mit einer Versorgungsspannung VddA gekoppelt und spiegelt den Strom IA an den Stromspiegel 414 aber verstärkt den Strom IA nicht. Der Strom IA wird durch den Stromspiegel 414 verstärkt, um den Strom IB bereitzustellen. Der Stromspiegel 412 umfasst zwei Transistoren M2A, M3A und der Stromspiegel 414 umfasst zwei Transistoren M4A, NM1A.
Die Versorgungsspannung VddA ist typischerweise niedriger als die Stromschienenspannung VpwrA. Die Versorgungsspannung VddA kann durch die Stromschienenspannung VpwrA unter Verwendung geeigneter Leistungskonvertierungsschaltungsanordnungen erzeugt werden, wie etwa Zener-Klemmen, Bang-Bang-Schleifencontroller oder einem Low-Dropout-Regler (LDO-Regler). Typischerweise verhindert ein ausreichend großes Leistungsversorgungsabweisungsverhältnis (PSRR) vor und ein ausreichender großer Filterkondensator, der mit der Versorgungsspannung VddA gekoppelt ist, verhindert, dass Rauschen an der Stromschiene 406 eine wesentliche Wirkung auf die Versorgungsspannung VddA aufweist.
Alternativ dazu kann die Versorgungsspannung VddA unabhängig von der Stromschienenspannung VpwrA erzeugt/bereitgestellt sein. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung VddA durch andere Chips oder Instrumente bereitgestellt sein, die von der Stromschienenspannung VpwrA unabhängig sind.
Rauschen an der Stromschiene 406 können zu einer Oszillation der Stromschienenspannung VpwrA führen. Rauschen kann aus Faktoren entstehen, die sich auf die externe Umgebung beziehen, beispielsweise AC-Leitungsrauschen in AC-LED-Anwendungen oder DC/DC-Reglerdynamikreaktionswelligkeit in einem SSL-Hintergrundbeleuchtungssystem. Das Rauschen koppelt sich mit dem Stromeinstellungspin Iset durch die Al Platine und daher wird der Strom IA verändert. Eine parasitische Kapazität Cap_parA ist an 4(a) gezeigt, um den Rauschkoppelungspfad von der Stromschiene 406 zum Stromeinstellungspin Iset zu zeigen. Es ist zu erkennen, dass die parasitische Kapazität Cap_parA keine Komponente ist, die physisch in der Schaltung umgesetzt ist, und die dargestellt ist, als die parasitische Kapazität darstellend, die von der Al Platine entsteht. Ebenfalls ist in 4(a) eine parasitische Induktivität Ind_parA auf der Stromschiene 406 dargestellt. Wie für die parasitische Kapazität Cap_parA ist die parasitische Induktivität Ind_parA keine Komponente, die physisch in der Schaltung umgesetzt ist, und das Schaltungssymbol ist nur dargestellt, um die parasitische Induktivität auf der Stromschiene 406 darzustellen.
Die Variation des Stroms IA aufgrund von Rauschergebnissen ist ein In-Phasen-Rauschsignal, das in die Stromschiene 406 über die parasitische Induktivität Ind_parA gekoppelt wird, die dann über die parasitische Kapazität Cap_parA zurück in den Stromeinstellungspin Iset und den Strom IA gekoppelt wird. Daher wird eine Positivfeedbackschleife, umfassend die Stromschiene 406 und den Stromeinstellungspin Iset, gebildet. Die Positivfeedbackschleife kann zu starken Oszillationen auf dem Strom IB führen, der durch die LED 404 fließt, der zu Instabilität und Zuverlässigkeitsproblemen führen kann.
Beispielsweise kann ein Rauschsignal, das zu einer Verringerung der Stromschienenspannung VpwrA an der Stromschiene 406 führt, zu einer Erhöhung des Stroms IA führen, die zu einer Erhöhung des Stroms IB führt. Aufgrund der Positivfeedbackschleife führt die Erhöhung des Stroms IA zu einer weiteren Verringerung der Stromschienenspannung VpwrA, die zu einer weiteren Erhöhung des Stroms IA und einer weitere Erhöhung des Stroms IB führt.
Eine örtliche Negativfeedbackschleife (410+M1A+Rset) wird durch den Verstärker 410, den Transistor M1A und den Einstellungswiderstand Rset gebildet. In diesem Beispiel ist der Transistor M1A ein NMOS Transistor. Die örtliche Negativfeedbackschleife (410+M1A+Rset) wirkt, sicherzustellen, dass eine Stromeinstellungspinspannung V_IsetA an dem Stromeinstellungspin Iset gleich der Referenzspannung VrefA ist. Daher ist in einem stabilen Zustand der Strom IA wie folgt: $IA = \frac{VrefA}{Rset}$
und der Strom IB ist wie folgt: $IB = N \times \frac{VrefA}{Rset}$
wobei N ein Multiplikationsfaktor ist, der einem Stromverstärkungsfaktor an den Stromspiegeln 412, 414 entspricht. N kann beispielsweise gleich einem Wert sein, der von 100 bis 1000 reicht, wie zuvor besprochen.
Wenn ein eine Rauschkoppelung von der Stromschiene 406 an den Stromeinstellungspin Iset erfolgt, befindet sich die örtliche Negativfeedbackschleife (410+M1A+Rset) in einem transienten Zustand, statt in einem stabilen Zustand. Wenn ein Rauschsignal zu einer Verringerung der Stromschienenspannung VpwrA an der Stromschiene führt, führt die parasitische Koppelung des Rauschsignals von der Stromschiene 406 mit dem Stromeinstellungspin Iset aufgrund der parasitischen Kapazität Cap_parA zu einer Verringerung der Stromeinstellungspinspannung V_IsetA. Dies führt zu einer Erhöhung eines Steuersignals, das durch den Ausgang des Verstärkers 410 führt, was zu einer Erhöhung in einer Gate-Source-Spannung Vgs(M1A) des Transistors M1A führt. Da der Transistor M1A als eine spannungskontrollierte Stromquelle wirkt, erhöht der Strom IA sich wenn der Strom IA wie folgt ist: $IA = gm (M1A) \times Vgs (M1A)$
wobei gm(M1A) eine Transkonduktivität des Transistors M1A ist. Wenn der Strom IA gespiegelt wird, um den Strom IB bereitzustellen, erhöht sich auch IB.
Wenn ein Spannungsabfall über die LED 404 direkt proportional zu dem Strom IB ist, kommt es zu einem größeren Spannungsabfall über die LED 404, sodass eine Spannung an einem Spannungspin VDA sinkt.
Aufgrund der parasitischen Induktivität Ind_parA auf der Stromschiene 406 kommt es zu einer weiteren Verringerung der Stromschienenspannung VpwrA, wenn der Strom IB ansteigt.
Es ist außerdem zu erkennen, dass das Rauschen an dem Stromeinstellungspin Iset beginnen kann, statt an der Stromschiene 406, beispielsweise wenn die LED 404 aktiviert oder deaktiviert wird. Dann kann es zu einer plötzlichen Änderung des Stroms IA kommen, der mit der Stromschiene 406 über die parasitische Induktivität Ind_parA gekoppelt sein kann, was zu einer Variation der Stromschienenspannung VpwrA führt.
Typischerweise werden die Oszillationen am Strom IB durch Koppelung eines Filterkondensators Cf parallel zu dem Einstellungswiderstand Rset verringert, was jedoch das Problem nicht vollständig löst, und weiterhin zu wesentlichen Oszillationen am Strom IB führen kann.
4(b) zeigt die Stromschienenspannung VpwrA 416, eine Spannung an dem Spannungspin VDA 418, und den Strom IB 420, wenn Rauschen auf der Stromschiene 406 vorhanden ist. Der Stromspiegel 414 ist mit der LED 404 über den Spannungspin VDA gekoppelt.
Rauschkoppelung ist in LED-Beleuchtungssystemen besonders problematisch, wie etwa dem LED-Beleuchtungssystem 400 aus 4(a). Der Strom IA ist ein ausreichend kleines Signal, um bei größeren Signalen, wie etwa bei der Stromschienenspannung VpwrA an der Stromschiene 406, wesentlich durch Rauschen beeinträchtigt zu werden.
Diese Offenbarung stellt eine Negativfeedbackschaltung bereit, um die Rauschkoppelung und die assoziierten Oszillationen zu verringern. Die Negativfeedbackschaltung können in einem Stromregler umgesetzt sein. Ein solcher Stromregler eignet sich zur Verwendung in einem LED-System, das auf einer Al Platine umgesetzt ist. Verringerte Rauschkoppelung, und daher verringerte Sensitivität des Systems Rauschen gegenüber, wird durch Bereitstellen eines Stromreglers unter Verwendung einer Negativfeedbacksteuerschleife bereitgestellt, statt dem Positivfeedback wie für den Stromregler 402 von 4(a) beschrieben ist.
5(a) ist ein Schema einer Negativfeedbackschaltung 501 zum Verringern eines Rauschsignals an einem Knoten 508 und an einer Stromschiene 604 nach einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung. Die Negativfeedbackschaltung 501 umfasst den Knoten 508 und eine Steuerschaltung 504, die mit dem Knoten 508 gekoppelt ist. Das „Rauschsignal“ entspricht dem Rauschen, wie zuvor besprochen, und kann aus Faktoren entstehen, die sich auf die externe Umgebung beziehen, wie beispielsweise AC-Leitungsrauschen in AC LED-Anwendungen oder DC/DC-Reglerdynamikantwortwelligkeit in einem SSL-Hintergrundbeleuchtungssystem. Das Rauschsignal ist ein unerwünschtes Signal, das zu einer Variation in der Stromschienenspannung führen kann.
In dem Stromregler 402 von 4(a) befand sich eine Positivfeedbackschleife, die zu Oszillationen an dem Stromeinstellungspin Iset und der Stromschiene 406 führte. Der Stromeinstellungspin Iset kann als ein Knoten betrachtet werden. Die parasitische Koppelung führte dazu, dass sich ein Rauschsignal an der Stromschiene 604 mit dem Knoten 508 koppelt. Die Variation in der Strom IA führte dann dazu, dass ein Rauschsignal in Phrase parasitisch in die Stromschiene 604 zurückgekoppelt wird.
In der Negativfeedbackschaltung 501 gibt es eine Negativfeedbackschleife, sodass Oszillationen an dem Knoten 508 und der Stromschiene 406 im Wesentlichen verhindert werden.
Ein Rauschsignal kann von der Stromschiene 604 mit dem Knoten gekoppelt sein, beispielsweise durch parasitische Koppelung. Die Steuerschaltung ist konfiguriert, ein Stabilisierungssignal in Antwort auf die Rauschsignalkoppelung mit dem Knoten 508 von der Stromschiene 604 bereitzustellen. Das Stabilisierungssignal kann beispielsweise an dem Knoten 508 bereitgestellt und parasitisch in die Stromschiene 604 gekoppelt sein. Das Stabilisierungssignal wirkt zum Verringern des Rauschsignals an der Stromschiene 604. Infolgedessen führt die Verringerung in dem Rauschsignal an der Stromschiene 604 zu einer Verringerung des Rauschsignals an dem Knoten 508.
Es ist zu erkennen, dass bei der Negativfeedbackschaltung 501 einige Oszillationen vorliegen können, die im Lauf der Zeit abnehmen, wobei jedoch die Negativfeedbackschaltung 501 dennoch als stabil betrachtet werden kann. Ein Stabilisierungssignal ist jedes geeignete Signal, das verwendet werden kann, um Rauschen zu verringern und daher die Stabilität in der Negativfeedbackschaltung 501 zu erhalten, oder jede geeignete Schaltung, die die Negativfeedbackschaltung 501 verwendet. Im Gegensatz dazu führt die Positivfeedbackschleife des Stromreglers 402 zu Oszillationen, die möglicherweise nicht abnehmen, oder nur über einen unpraktikabel langen Zeitraum abnehmen. Die Oszillationen in dem Stromregler 402 sind aus 4(b).
5(b) ist ein Schema der Negativfeedbackschaltung 501 nach einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung. In 5(b) sind eine parasitische Kapazität 518 und eine parasitische Induktivität 520 gezeigt, um die parasitischen Koppelungspfade von der Negativfeedbackschaltung an die Stromschiene 604 zu zeigen.
5(c) ist ein Schema einer Negativfeedbackschaltung 503 nach einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung. Die Negativfeedbackschaltung 503 umfasst ein resistives Element 506. Das resistive Element 506 kann beispielsweise ein Widerstand sein. Der Knoten 508 ist mit einer Spannung V1 über das resistive Element gekoppelt, und der Knoten ist ebenfalls mit der zweiten Spannung V2 gekoppelt. Es ist zu erkennen, dass der Begriff „gekoppelt“ direkt gekoppelt oder über eine andere Komponente gekoppelt bedeuten kann. Die Spannung V1 kann größer als die Spannung V2 sein.
Eine spezifische Umsetzung der Steuerschaltung ist in 5(c) für die Negativfeedbackschaltung 503 dargestellt. Die Steuerschaltung umfasst einen Verstärker 514 und ein Schaltelement 516. Der Verstärker 514 weist einen ersten Eingang auf, der mit einer Referenzspannung Vref gekoppelt ist, und einen zweiten Eingang, der mit dem Knoten 508 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Verstärkers 514 ist mit dem Schaltelement 516 gekoppelt. Im Betrieb gibt der Verstärker 514 ein Steuersignal aus, um die Schaltelement 516 zu steuern. Das Schaltelement 516 erzeugt das Stabilisierungssignal in Antwort auf das Steuersignal.
Im Betrieb wird, wenn ein Rauschsignal parasitisch mit dem Knoten 508 von der Stromversorgung 604 gekoppelt ist, dies an dem zweiten Eingang des Verstärkers 514 erkannt. In Reaktion auf das Rauschsignal gibt der Verstärker 514 ein geeignetes Steuersignal an das Schaltelement 516 aus, das ein geeignetes Stabilisierungssignal erzeugt. Das Stabilisierungssignal kann an dem Knoten 508 bereitgestellt und parasitisch mit der Stromschiene 604 gekoppelt werden, was das Rauschsignal auf der Stromschiene 604 verringert.
Die Negativfeedbackschaltungen 501, 503 können auf einer Platine umgesetzt sein, die die Stromschiene 604 umfasst. Die Platine kann eine Dielektrikumschicht umfassen, die zwischen zwei Metallschichten eingesetzt ist, beispielsweise eine Al-Platine des Typs, der in 2 und 3 dargestellt ist.
5(d) ist ein Schema eines Stromreglers 500 zum Regeln eines Stroms I2 durch ein Schaltungselement 502, nach einer vierten Ausführungsform dieser Offenbarung. Der Stromregler 500 umfasst die Negativfeedbackschaltung 501 wie zuvor beschrieben. Der Knoten 508 kann als ein Stromeinstellungspin bezeichnet werden.
Die Steuerschaltung 504 ist konfiguriert, einen Strom I1 an dem Stromeinstellungspin 508 bereitzustellen. Der Stromregler 500 ist konfiguriert, den Strom I2 unter Verwendung des Stroms I1 zu regulieren. Die Steuerschaltung 504 kann mit dem Schaltungselement 502 gekoppelt sein.
5(e) ist ein Schema eines Stromreglers 510 zum Regeln eines Stroms I2 durch ein Schaltungselement 502, nach einer fünften Ausführungsform dieser Offenbarung. Der Stromregler 510 umfasst die Negativfeedbackschaltung 503 wie zuvor beschrieben.
Das resistive Element 506 kann beispielsweise ein Widerstand sein und kann dem Einstellungswiderstand Rset wie zuvor beschrieben entsprechen. Der Stromeinstellungspin 508 ist mit einer Versorgungsspannung Vdd über das resistive Element 506 gekoppelt.
Der Stromregler 510 umfasst einen Stromspiegel 512, der konfiguriert ist, den Strom I1 zu spiegeln. Der gespiegelte Strom I1 entspricht dem Strom 12. Weiterhin kann der Stromspiegel 512 als ein Stromverstärker wirken, sodass der Strom I2 gleich dem Strom I1 multipliziert mit einem Faktor von mehr als eins ist. Das Schaltungselement 502 kann mit der Spiegelschaltung 512 gekoppelt sein, sodass das Schaltungselement 502 den Strom I2 empfängt. Der Stromspiegel 512 kann mit einem Erdungsterminal gekoppelt sein.
Es ist zu erkennen, dass das Erdungsterminal 0 V entsprechen kann oder alternativ jeder anderen Spannung entsprechen kann, die geringer als die Versorgungsspannung Vdd ist. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung 0 V betragen und das Erdungsterminal kann eine negative Spannung aufweisen, und der Stromregler 510 würde wie beschrieben funktionieren. Infolgedessen kann die Versorgungsspannung Vdd allgemeiner als eine erste Spannung bezeichnet werden und das Erdungsterminal kann als bei einer zweiten Spannung liegend bezeichnet werden, wobei die erste Spannung größer sein kann als die zweite Spannung, sodass ein Strompfad von der ersten Spannung zu der zweiten Spannung verläuft. Es ist zu erkennen, dass die Verwendung der Wörter „erste“ und „zweite“ nicht als einschränkend vorgesehen ist. Weiterhin können die erste und die zweite Spannung wie hierin beschrieben alle Werte laut dem Verständnis eines Fachmanns annehmen. Es ist zu verstehen, dass die Versorgungsspannung Vdd und die Erde der Spannung V1 bzw. der Spannung V2 aus der Negativfeedbackschaltung 503 von 5(c) entsprechen können,
Die Steuerschaltung 504 umfasst ferner einen Verstärker 514 und einen Transistor 516. Ein Transistor ist eine Art von Schaltelement. Der Verstärker 514 ist konfiguriert, den Strom I1 an dem Stromeinstellungspin 508 zu regeln.
Der Verstärker 514 weist einen ersten Eingang auf, der mit einer Referenzspannung Vref gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Stromeinstellungspin 508 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit dem Transistor 516 gekoppelt ist. Im Betrieb stellt der Verstärker 514 ein Steuersignal bereit, um den Transistor 516 zu steuern.
Der Strom I1 ist abhängig von dem Steuersignal, das durch den Transistor 516 empfangen wird. Da das Steuersignal von der Referenzspannung Vref und einer Spannung an dem Stromeinstellungspin 508 abhängt, ist es möglich, den Strom I1 durch Anpassen der Referenzspannung Vref einzustellen. Der Verstärker 514 ist an den Stromspiegel 512 über den Transistor 516 gekoppelt.
Im Betrieb erzeugt der Verstärker 514 ein Steuersignal, das dem Transistor 516 bereitgestellt wird, der wiederum den Strom I1 an dem Stromeinstellungspin 508 einstellt. Der Strom I1 wird durch den Stromspiegel 512 empfangen. Der gespiegelte Strom I1 wird verstärkt und an das Schaltungselement 502 als der Strom I2 bereitgestellt.
Die Stromregler 500, 510 können auf einer Platine umgesetzt sein, die die Stromschiene 604 umfasst. Die Platine kann eine Dielektrikumschicht umfassen, die zwischen zwei Metallschichten eingesetzt ist, beispielsweise eine Al-Platine des Typs, der in 2 und 3 dargestellt ist.
6(a) ist ein Schema eines LED-Beleuchtungssystems 601, umfassend einen Stromregler 600 zum Regeln eines Stroms I2 durch eine LED 602 nach einer sechsten Ausführungsform dieser Offenbarung. Der Stromregler 600 umfasst die Negativfeedbackschaltung 503. Der Stromregler 600 entspricht den Stromreglern 510, aber eine spezifische Ausführungsform des Stromspiegels 512 ist dargestellt. Gemeinsame Merkmale zwischen den Stromreglern 600, 510, 500 und den Negativfeedbackschaltungen 501, 503 sind durch gemeinsame Referenzziffern und Variablen dargestellt.
Die LED 602 entspricht dem Schaltungselement 502 aus 5(d) und 5(e). Es ist zu erkennen, dass ein Schaltungselement sich auf eine oder mehrere lichtemittierende Dioden beziehen kann. Beispielsweise kann sich ein Schaltungselement auf einen LED-String beziehen, der mehrere LEDs umfasst.
Eine Stromschiene 604 ist mit einem ersten Terminal der LED 602 gekoppelt und der Stromregler 600 ist mit einem zweiten Terminal der LED 602 gekoppelt. Die Stromschiene weist eine Stromschienenspannung Vpwr auf. Wie in dem LED-System 400 kann die Stromschienenspannung Vpwr direkt unter Verwendung der Wandversorgungsleistung für AC-LED-Anwendungen erzeugt werden, oder kann unter Verwendung eines DC/DC-Konverters in einem SSL-Hintergrundbeleuchtungssystem erzeugt werden.
Der Verstärker 514 weist einen Eingang auf, der mit einem Digital-Analog-Wandler (DAC) 606 gekoppelt ist, der die Referenzspannung Vref bereitstellt. Der DAC 606 ist vorzugsweise mit der Versorgungsspannung Vdd gekoppelt. Der DAC 606 läuft im Wesentlichen wie zuvor für den DAC 411 des Stromreglers 402 beschrieben.
In einem stabilen Zustand ist der Strom I1 wie folgt: $I1= \frac{Vdd - Vref}{R (506)}$
wobei R(506) ein Widerstand des resistiven Elements 506 ist. Daher gibt es, wenn eine große Variation in der Versorgungsspannung Vdd zwischen verschiedenen Chips vorliegt, auch eine Variation des Stroms I1 über Chips hinweg. Daher ist es vorzuziehen, dass sich die Referenzspannung Vref auf die Versorgungsspannung bezieht, wie in 6(a) dargestellt, wo die Versorgungsspannung Vdd mit dem DAC 606 gekoppelt ist. Beispielhaft kann, wenn wir I1 als 0.1mA einstellen wollen, R(506) = 5Kohm; und Vref = Vdd - 0,5V sein.
Eine spezifische Umsetzung des Stromspiegels 512 ist dargestellt. Der Stromspiegel 512 umfasst zwei Transistoren M1, NM1 und ist konfiguriert, den Strom I1 von dem Stromeinstellungspin 508 zu spiegeln. Der Strom I1 wird durch den Stromspiegel 512 verstärkt, um den Strom I2 an der LED bereitzustellen. Wie zuvor kann für den Stromregler 400 der Strom I1 beispielsweise durch einen Faktor verstärkt werden, der bei der Erzeugung des Stroms I2 von 100 bis 1000 reicht.
Eine parasitische Kapazität Cap_par ist an 6(a) gezeigt, um den Rauschkoppelungspfad von der Stromschiene 604 zum Stromeinstellungspin 508; und eine parasitische Induktivität Ind_par ist an der Stromschiene 604 gezeigt. Wie zuvor erklärt, sind die parasitische Kapazität Cap_par und die parasitische Induktivität Ind_par nicht physisch in der Schaltung umgesetzt, und die Schaltungssymbole sind nur dargestellt, um ihre Auswirkung auf das LED-Beleuchtungssystem 601 darzustellen.
Der Stromregler 600 wirkt im Wesentlichen, wie zuvor für die Stromregler 500, 510 beschrieben.
Wie zuvor für das LED-Beleuchtungssystem 400 besprochen, kann das Rauschen auf der Stromschiene 604 zu einer Spannungsoszillation der Stromschienenspannung Vpwr führen. Das Rauschen koppelt sich mit dem Stromeinstellungspin 508 durch die Al Platine und daher wird der Strom I1 verändert. Die Variation des Stroms I1 aufgrund des Rauschens führt zu einem phasenverschobenen Rauschsignal, das über die parasitische Induktivität Ind_par in die Stromschiene 604 gekoppelt wird. Das phasenverschobene Rauschsignal entspricht dem Stabilisierungssignal wie zuvor besprochen. Daher wird eine Negativfeedbackschleife, umfassend die Stromschiene 604 und den Stromeinstellungspin 508, gebildet. Die Negativfeedbackschleife ist so, dass der Strom I1 und die Stromschienenspannung Vpwr sich auf ihre Anfangswerte setzen, statt zu oszillieren, wie es für das LED-Beleuchtungssystem 400 der Fall war. Daher wird die Negativfeedbackschleife des Stromreglers 600 verwendet, um die Sensitivität des Stromreglers 600 Rauschen gegenüber zu verringern, wenn er auf einer Platine umgesetzt ist, wie etwa einer Al-Platine.
Beispielsweise kann ein Rauschsignal, das zu einer Verringerung der Stromschienenspannung Vpwr an der Stromschiene 604 führt, zu einer Verringerung des Stroms I1 führen, die zu einer Verringerung des Stroms I2 führt. Aufgrund der Negativfeedbackschleife führt die Verringerung des Stroms I1 zu einer Erhöhung der Stromschienenspannung Vpwr, die zu einer schließlichen Beruhigung der Stromschienenspannung Vpwr und des Stroms I1 führt, da diese auf ihre Werte zurückkehren, wie sie vor dem Eintreten des Rauschens auf der Stromschiene 604 waren.
Eine örtliche Negativfeedbackschleife (514 +516 +506) wird durch den Verstärker 514, den Transistor 516 und den Einstellungswiderstand 506 gebildet. In diesem Beispiel ist der Transistor 516 ein PMOS-Transistor. Die örtliche Negativfeedbackschleife (514+516+506) wirkt, sicherzustellen, dass eine Stromeinstellungspinspannung V_Iset1 an dem Stromeinstellungspin 508 gleich der Referenzspannung Vref ist. Daher ist, wie zuvor beschrieben, in einem stabilen Zustand der Strom I1 wie folgt: $I1= \frac{Vdd - Vref}{R (506)}$
und der Strom I2 ist wie folgt: $I2 = N \times \frac{Vdd - Vref}{R (506)}$
wobei N ein Multiplikationsfaktor ist, der einem Stromverstärkungsfaktor an dem Stromspiegel 512 entspricht. N kann beispielsweise gleich einem Wert sein, der von 100 bis 1000 reicht, wie zuvor besprochen.
Wenn ein eine Rauschkoppelung von der Stromschiene 604 an den Stromeinstellungspin 508 erfolgt, befindet sich die örtliche Negativfeedbackschleife (514+516+506) in einem transienten Zustand, statt in einem stabilen Zustand. Wenn ein Rauschsignal zu einer Verringerung der Stromschienenspannung VpwrA an der Stromschiene 604 führt, führt die parasitische Koppelung des Rauschsignals von der Stromschiene 604 mit dem Stromeinstellungspin 508 aufgrund der parasitischen Kapazität Cap_par zu einer Verringerung der Stromeinstellungspinspannung V_Iset1. Dies führt zu einer Erhöhung in dem Steuersignal, das durch den Ausgang des Verstärkers 514 führt, was zu einer Verringerung in einer Gate-Source Vgs(516) des Transistors 516 führt. Da der Transistor 516 als eine spannungskontrollierte Stromquelle wirkt, verringert der Strom I1 sich, wenn der Strom I1 wie folgt ist: $I1 = gm (516) \times Vgs (516)$
wobei gm(516) eine Transkonduktivität des Transistors 516 ist. Wenn der Strom I1 gespiegelt wird, um den Strom I2 bereitzustellen, verringert sich auch 12.
Wenn ein Spannungsabfall über die LED 602 direkt proportional zu dem Strom I2 ist, kommt es zu einem kleineren Spannungsabfall über die LED 602, sodass eine Spannung an einem Spannungspin VD ansteigt.
Aufgrund der parasitischen Induktivität Ind_parA auf der Stromschiene 604 kommt es zu einer Erhöhung der Stromschienenspannung Vpwr, wenn der Strom I2 ansteigt.
Weiterhin eliminiert die Negativfeedbackschleife im Wesentlichen die Anforderung an einen Filterkondensator an dem Stromeinstellungspin 508, wie er in dem LED-Beleuchtungssystem 400 vorhanden ist.
Die Stromregler 500, 510, 600 können auf einer Platine umgesetzt werden. Die Platine kann eine Dielektrikumschicht umfassen, die zwischen zwei Metallschichten eingesetzt ist, beispielsweise eine Al-Platine des Typs, der in 2 und 3 dargestellt ist.
6(b) zeigt die Stromschienenspannung Vpwr 608, eine Spannung an einem Spannungspin VD 610, und den Strom I2 612, wenn Rauschen auf der Stromschiene 604 vorhanden ist. Der Transistor NM1 ist mit der LED 602 über den Spannungspin VD gekoppelt. Es ist zu beobachten, dass die Verwendung des Stromreglers 600 im Wesentlichen das Auftreten von Oszillationen in der Stromschienenspannung Vpwr und in dem Strom I2 eliminiert.

Die LED-Beleuchtungssysteme 400, 601 wurden unter Verwendung typischer Simulierungsparameter simuliert, die einem praktischen System für verschiedene parasitische Kapazität und parasitische Induktivitätswerte entsprechen. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse wird in den folgenden Tabellen bereitgestellt. Die erste Tabelle entspricht einem LED-Beleuchtungssystem, das einen Strom IB, 12 aufweist, der 50 A entspricht, und die zweite Tabelle entspricht einem LED-Beleuchtungssystem, das einen Strom IB, I2 aufweist, der 50 mA entspricht. In der Tabelle bezeichnet die Verwendung von „Oszillation“, dass eine Oszillation an Strom IB, I2 für die jeweilige Simulation vorhanden war, und „keine Oszillation“ bedeutet, dass keine Oszillation an Strom IB, I2 vorhanden war, oder dass die Oszillation nach einem angemessen kurzen abgenommen hat. Aus den folgenden Tabellen ist zu erkennen, dass das LED-Beleuchtungssystem 601 für alle simulierten parasitischen Kapazitäten, parasitischen Induktivitäten und Ströme I2 keine Oszillation am Strom I2 zeigt. Oszillationen sind jedoch an Strom IB einiger der Simulationen des LED-Beleuchtungssystems 400 vorhanden.

LED-Strom (Strom IB, 12) = 50A
Parasitischer Kondensator	Parasitischer Induktor	LED-Beleuchtungssystem	LED-Beleuchtungssystem
(pF)	(uH)	400	601
0	0,01	keine Oszillation	keine Oszillation
	0,1	keine Oszillation	keine Oszillation
	1	keine Oszillation	keine Oszillation
	10	keine Oszillation	keine Oszillation
5	0,01	keine Oszillation	keine Oszillation
	0,1	keine Oszillation	keine Oszillation
	1	Oszillation	keine Oszillation
	10	Oszillation	keine Oszillation
20	0,01	keine Oszillation	keine Oszillation
	0,1	Oszillation	keine Oszillation
	1	Oszillation	keine Oszillation
	10	Oszillation	keine Oszillation

LED-Strom (Strom IB, I2) = 50 mA
Parasitischer Kondensator	Parasitischer Induktor	LED-Beleuchtungssystem	LED-Beleuchtungssystem
(pF)	(mH)	400	601
0	0,01	keine Oszillation	keine Oszillation
	0,1	keine Oszillation	keine Oszillation
	1	keine Oszillation	keine Oszillation
	10	keine Oszillation	keine Oszillation
5	0,01	keine Oszillation	keine Oszillation
	0,1	keine Oszillation	keine Oszillation
	1	Oszillation	keine Oszillation
	10	Oszillation	keine Oszillation
20	0,01	keine Oszillation	keine Oszillation
	0,1	Oszillation	keine Oszillation
	1	Oszillation	keine Oszillation
	10	Oszillation	keine Oszillation

7 zeigt ein Layout 700 der Simulation für die Simulation der LED-Beleuchtungssysteme 400, 601. An dem Layout 700 sind ein Stromeinstellungspin 702, ein Einstellungswiderstand 704, ein Filterkondensator 706, eine Versorgungsspannungsleitung 708, eine parasitische Induktivität 710 und eine parasitische Kapazität 712 gezeigt. Es ist einem Fachmann klar, wie diese Komponenten sich auf die Merkmale der LED-Beleuchtungssysteme 400, 601 beziehen, die zuvor beschrieben wurden. Für die Simulationen des LED-Beleuchtungssystems 400 war die Versorgungsspannungsleitung 708 bei 0 V oder auf Erdpegel, und für Simulationen des LED-Beleuchtungssystems 601, war die Versorgungsspannungsleitung 708 bei einer Versorgungsspannung (beispielsweise Vdd wie zuvor beschrieben).
8 zeigt ein Stimulationsergebnis des LED-Beleuchtungssystems 601, wobei die Versorgungsspannungsleitung 708 bei einer Versorgungsspannung war, und keine Oszillationen vorhanden sind.
Die Traces, die in 8 gezeigt sind, sind wie folgt: die Stromschienenspannung Vpwr 800, die Spannung an dem Spannungspin VD 802, die Stromeinstellungspinspannung V_Iset1 804, die Versorgungsspannung Vdd 806, die Größe des Stroms I1 808, des Stroms I2 810 und des Stroms I1812.
9 zeigt ein Stimulationsergebnis des LED-Beleuchtungssystems 400, wobei die Versorgungsspannungsleitung 708 bei einem Erdpegel war und vorhanden war.
Die Traces, die in 9 gezeigt sind, sind wie folgt: die Stromschienenspannung VpwrA 900, die Spannung an dem Spannungspin VDA 902, die Stromeinstellungspinspannung V_IsetA 904, die Versorgungsspannung VddA 906, die Größe des Stroms IA 908, des Stroms IB 910 und des Stroms IA 912.
8 und 9 entsprechen beide Simulationen wie oben in der Tabelle dargestellt, wobei der Strom IB, I2 gleich 50A war, die parasitische Induktivität gleich 1µH war und die parasitische Kapazität gleich 5pF war.
Diese Offenbarung wurde für eine Al-Platine beschrieben, wobei jedoch zu verstehen ist, dass die Offenbarung mit jeder nach dem Verständnis eines Fachmanns geeigneten Platine verwendet werden kann. Die Offenbarung stellt bestimmte Vorteile für eine Al-Platine bereit, wobei sie jedoch auch mit anderen Platinentypen verwendet werden kann, wie etwa einer FR-4 Platine.
Verschiedene Verbesserungen und Modifikationen können an dem Obigen ohne Abweichung vom Umfang der Offenbarung vorgenommen werden.

Claims

Vorrichtung, aufweisend einen Stromregler (500) zum Regeln eines Stroms durch ein Schaltungselement (502), aufweisend: einen Knoten (508); eine Steuerschaltung (504), die konfiguriert ist, einen ersten Strom an dem Knoten (508) bereitzustellen; und eine Negativfeedbackschaltung (501), wobei die Negativfeedbackschaltung (501) aufweist: den Knoten (508); und die Steuerschaltung (504), die mit dem Knoten (508) gekoppelt ist; wobei: die Steuerschaltung (504) konfiguriert ist, ein Stabilisierungssignal in Antwort auf eine Rauschsignalkoppelung mit dem Knoten (508) von einer Stromschiene (604) bereitzustellen; und das Stabilisierungssignal zum Verringern des Rauschsignals an dem Knoten (508) und der Stromschiene (604) wirkt.
Vorrichtung aus Anspruch 1, wobei die Negativfeedbackschaltung (501) aufweist: ein resistives Element (506); wobei: der Knoten (508) über das resistive Element (506) mit einer ersten Spannung gekoppelt ist; der Knoten mit einer zweiten Spannung gekoppelt ist; und die erste Spannung größer als die zweite Spannung ist.
Vorrichtung aus Anspruch 1 oder 2, wobei: die Steuerschaltung (504) aufweist: einen Verstärker (514); und ein Schaltelement (516); wobei: der Verstärker (514) einen ersten Eingang aufweist, der mit einer Referenzspannung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Knoten (508) gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit dem Schaltelement (516) gekoppelt ist; der Verstärker (514) ein Steuersignal bereitstellt, um das Schaltelement (516) zu steuern; und das Schaltelement (516) das Stabilisierungssignal erzeugt.
Vorrichtung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: eine Platine, die die Stromschiene (604) aufweist.
Vorrichtung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung (504) aufweist: einen Verstärker (514); und ein Schaltelement (516); wobei: der Verstärker (514) einen ersten Eingang aufweist, der mit einer Referenzspannung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Knoten (508) gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit dem Schaltelement (516) gekoppelt ist; der Verstärker (514) ein Steuersignal bereitstellt, um das Schaltelement (516) zu steuern; und das Schaltelement (516) das Stabilisierungssignal erzeugt.
Vorrichtung aus Anspruch 5, wobei: der Verstärker (514) konfiguriert ist, den ersten Strom an dem Knoten (508) zu regeln; und der erste Strom von dem Steuersignal abhängig ist, der durch das Schaltelement (516) empfangen wird.
Vorrichtung aus einem der Ansprüche, wobei der Stromregler (500) konfiguriert ist, einen zweiten Strom unter Verwendung des ersten Stroms zu regeln.
Vorrichtung aus Anspruch 7, wobei der Stromregler (500) einen Stromspiegel (512) aufweist, der konfiguriert ist, den ersten Strom zu spiegeln, wobei der gespiegelte erste Strom der zweite Strom ist.
Vorrichtung aus Anspruch 8, wobei der Stromspiegel (512) als ein Stromverstärker (514) wirkt, sodass der zweite Strom gleich dem ersten Strom multipliziert mit einem Faktor von mehr als eins ist.
Vorrichtung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das Schaltungselement (502) einer oder mehreren lichtemittierenden Dioden entspricht; und/oder das Schaltungselement (502) mit der Stromschiene (604) gekoppelt ist; und/oder die Vorrichtung eine Platine aufweist, die die Stromschiene (604) aufweist; und/oder die Vorrichtung das Schaltungselement (502) aufweist.
Vorrichtung aus Anspruch 8 oder 9, wobei: das Schaltungselement (502) an den Stromspiegel (512) gekoppelt ist, sodass das Schaltungselement (502) den zweiten Strom empfängt.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, die einen Stromregler (500) zum Regeln eines Stroms durch ein Schaltungselement (502) umfasst, der einen Knoten (508), eine Steuerschaltung (504) zum Bereitstellen eines ersten Storms an dem Knoten (508) und eine Negativfeedbackschaltung (501) umfasst, wobei die Negativfeedbackschaltung (501) den Knoten und die Steuerschaltung (504) umfasst, und wobei die Steuerschaltung (504) mit dem Knoten (508) gekoppelt ist, und wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Stabilisierungssignals von der Steuerschaltung (504) in Antwort auf ein Rauschsignal, das sich von einer Stromschiene (604) mit dem Knoten (508) koppelt; und Verringern des Rauschsignals an dem Knoten (508) und der Stromschiene (604) unter Verwendung des Stabilisierungssignals.
Verfahren aus Anspruch 12, wobei die Negativfeedbackschaltung (501) auf einer Platine umgesetzt ist.
Verfahren aus Anspruch 12 oder 13, wobei die Vorrichtung einen Stromregler (500) umfasst, der den Knoten (508), die Steuerschaltung (504) und die Negativfeedbackschaltung (501) umfasst, und das Verfahren das Bereitstellen eines ersten Stroms an dem Knoten (508) unter Verwendung der Steuerschaltung (504) umfasst.