TW202044924A - Dc-dc轉換器電路組態 - Google Patents

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Abstract

本文中描述系統、裝置及方法。一裝置包含一功率級電路、一開關及一第一電路。該開關電耦合至該功率級電路。該第一電路電耦合至該功率級電路及該開關且具有一單一輸出。該第一電路經組態以在該單一輸出處提供一第一電路輸出電壓。該第一電路輸出電壓在該功率級電路以一峰值電流位準傳導之一條件下具有一第一位準。該第一電路輸出電壓在該功率級電路不傳導之一條件下具有一第二位準。

Description

DC-DC轉換器電路組態
可在發光二極體(LED)照明系統中使用直流(DC)轉DC (DC-DC)轉換器電路以步降或步升一電壓且提供一電流以驅動一或多個LED裝置或陣列。DC-DC轉換器電路(諸如降壓轉換器電路、升壓轉換器電路及降壓-升壓轉換器電路)可藉由控制耦合至主電感器之一開關之一接通狀態及一關斷狀態而在不同模式中操作。此等模式可包含例如：一連續電流模式(CCM)，其中通過主電感器之電流在切換期間從不下降至零以下；一間斷電流模式(DCM)，在此期間，通過主電感器之電流週期性地下降至零達一時間週期，之後其再次開始流動；及一臨界或邊界模式(CRM)，其中通過主電感器之電流週期性地下降至零且接著立即再次開始流動。
本文中描述系統、裝置及方法。一種裝置包含一功率轉換器功率級電路、一開關及一第一電路。該開關電耦合至該功率轉換器功率級電路。該第一電路電耦合至該功率轉換器功率級電路及該開關且具有一單一輸出。該第一電路經組態以在該單一輸出處提供一第一電路輸出電壓。該第一電路輸出電壓在該功率級電路以一峰值電流位準傳導之一條件下具有一第一位準。該第一電路輸出電壓在該功率級電路不傳導之一條件下具有一第二位準。
下文中將參考隨附圖式更充分描述不同光照明系統及/或發光二極體(「LED」)實施方案之實例。此等實例並非相互排斥，且一個實例中找到之特徵可與一或多個其他實例中找到之特徵組合以達成額外實施方案。因此，將理解，隨附圖式中展示之實例僅為繪示目的而提供且其等不旨在以任何方式限制本發明。貫穿全文，相同數字係指相同元件。
將理解，儘管術語第一、第二、第三等可在本文中用於描述各種元件，然此等元件不應被此等術語限制。此等術語可用於將元件彼此區分。例如，在不背離本發明之範疇之情況下，一第一元件可被稱為一第二元件且一第二元件可被稱為一第一元件。如本文中使用，術語「及/或」可包含相關聯列出項目之一或多者之任一者及全部組合。
將理解，當一元件(諸如一層、區或基板)被稱為在另一元件「上」或「延伸至」另一元件上時，其可直接在該另一元件上或直接延伸至該另一元件上或亦可存在中介元件。相比之下，當一元件被稱為「直接在」另一元件上或「直接延伸至」另一元件上時，可不存在中介元件。亦將理解，當一元件被稱為「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件及/或經由一或多個中介元件連接或耦合至該另一元件。相比之下，當一元件被稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，該元件與該另一元件之間不存在中介元件。將理解，此等術語旨在涵蓋除圖中描繪之任何定向以外的不同元件定向。
諸如「下方」、「上方」、「上」、「下」、「水平」或「垂直」之相對術語可在本文中用於描述如圖中繪示之一個元件、層或區與另一元件、層或區之一關係。將理解，此等術語意欲涵蓋除圖中描繪之定向以外的不同裝置定向。
此外，LED、LED陣列、電組件及/或電子組件是否容置於一個、兩個或兩個以上電子器件板上亦可取決於設計約束及/或應用。
半導體發光裝置(LED)或光學功率發射裝置(諸如發射紫外線(UV)或紅外線(IR)光學功率之裝置)係當前可用之最高效光源之一。此等裝置可包含發光二極體、諧振腔發光二極體、垂直腔雷射二極體、邊緣發射雷射或類似物。歸因於其等之緊湊大小及較低功率要求，例如，LED可為許多不同應用之受矚目候選。例如，其等可用作手持式電池供電裝置(諸如相機及蜂巢式電話)之光源(例如，閃光燈及相機閃光燈)。其等亦可用於例如汽車照明、抬頭顯示器(HUD)照明、園藝照明、街道照明、視訊火炬、一般照明(例如，家庭、商店、辦公室及工作室照明、劇場/舞台照明及建築照明)、擴增實境(AR)照明、虛擬實境(VR)照明、作為顯示器之背光及IR光譜儀。一單一LED可提供亮度小於一白熾光源之光且因此多接面裝置或LED陣列(諸如單片LED陣列、微型LED陣列等)可用於其中期望或需要更多亮度之應用。
如上文提及，可在LED照明系統中使用DC-DC轉換器電路以步降或步升一電壓且提供一電流以驅動一或多個LED裝置或陣列，且DC-DC轉換器電路可在數種不同模式中操作。通常使用臨界模式，此係因為其相對易於控制。
圖1A係經組態以在CRM中操作之一例示性DC-DC轉換器電路100之一圖。在所繪示實例中，DC-DC轉換器電路100包含一零電流偵測(ZCD)電路116、一峰值電流(PI)偵測電路115及經組態以步降DC電壓且將一電流施加至負載104之一功率級電路114。
功率級電路114可包含一DC電壓輸入101及並聯電耦合之一電容器102、一電感器103、一負載104及一二極體106。一開關105可與ZCD電路116並聯電耦合且與PI偵測電路115串聯電耦合。開關105之一終端在圖1A中表示為117。PI偵測電路115可包含經由一PI偵測節點111電耦合至開關105之一電阻器107。ZCD電路116可包含經由一ZCD節點112串聯電耦合之電阻器108及109。ZCD電路116可經由一節點110耦合至功率級電路114。
一控制器(未展示)可經由各自節點111及112通信地耦合至PI偵測電路115及ZCD電路116以在CRM中操作功率級電路114。雖然圖1A中未繪示，但一般技術者將理解控制器可為什麼。例如，控制器可為一積體電路(IC)控制器或一離散控制器，諸如設置於一電子器件板上及/或一LED照明系統中之一微控制器，其在相同於DC-DC轉換器電路之電子器件上或不同於DC-DC轉換器電路之一電子器件板上。下文關於圖2、圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E及圖4描述其中可實施本文中描述之DC-DC轉換器電路之例示性電子器件板及LED照明系統。
在操作中，可經由DC電壓輸入101將一DC電壓供應至功率級電路114。當開關105切換至一接通狀態時，一電流開始流動通過與負載104並聯之電容器102、電感器103及開關105。流動通過電感器103之電流(本文中亦被稱為電感器電流)在開關處於接通狀態之一時間內增加。當開關105切換至一關斷狀態時，DC-DC轉換器電路100轉變至一空轉模式，在此期間，電感器103藉由推動電流通過包含與負載104並聯之二極體106及電容器102之另一路徑而釋放在開關105處於接通狀態時累積之能量。電感器電流在開關處於關斷狀態之一時間內逐漸減小直至達到零。
為使控制器控制功率級電路114以在CRM中操作，控制器連同額外電路可偵測電感器電流何時下降至零或接近零且提供一高開啟信號，從而將開關105切換至接通狀態。類似地，控制器可偵測電感器電流何時達到一峰值位準或接近一峰值位準且提供一低關閉信號，從而將開關105切換至關斷狀態。
直接偵測電感器電流並非直接了當的，且因此此偵測通常間接完成。間接偵測ZCD之一個方法係偵測電感器103與開關之終端117處之寄生電容之間的一諧振(由圖1A中之節點110表示)，該諧振在電感器電流下降至零時開始，指示空轉週期之結束。節點110處之諧振可將ZCD節點112處之電壓實質上降低至一低值(即，顯著低於一ZCD臨限值電壓之一值)。因此，控制器可在ZCD節點110處之電壓下降至ZCD臨限值電壓以下之一條件下偵測ZCD。由電阻器108及電阻器109形成之一簡單電阻分壓器可用於偵測跨電阻器108之ZCD節點電壓。替代地，ZCD可從電感器103之一額外耦合繞組導出。可藉由偵測電阻器107處之電壓而在PI偵測節點111處間接偵測峰值電流。電阻器107處之所偵測電壓與正在偵測之峰值電流成比例。
針對圖1A中繪示之例示性DC-DC轉換器電路100，在兩個單獨節點處單獨偵測ZCD及峰值電流，此需要兩組額外電路來處理。額外電路可包含例如比較器、邏輯閘、鎖存器等。此增加控制電路複雜性及成本且需要用於一離散控制器之一較大印刷電路板大小及用於一積體電路控制器之一較大晶粒面積及更多接針。
圖1B係經組態以在CRM中操作之另一例示性DC-DC轉換器電路120之一圖。在圖1B中繪示之實例中，提供一單一多功能電路128且其包含一單一PI偵測及ZCD (PIZCD)節點126，可在該節點126處偵測ZCD及PI兩者。所繪示多功能電路128包含與功率級電路114串聯電耦合之一電阻器122及一二極體123。一電阻器121可並聯電耦合在電阻器122及二極體123之串聯組合與電阻器107之間。一電容器124可與電阻器122並聯耦合。控制器127在圖1B中繪示且通信地耦合在PIZCD節點126與開關105之一控制終端之間。具有與圖1A中之組件之編號相同之圖1B之組件可類似地操作，除非另外指定。
與例示性DC-DC電路100相比，在例示性DC-DC電路120中，添加電阻器121以與電阻器122及107並聯且圖1A之電阻器109替換為一二極體123。電阻器121及122兩者之值可設定為遠高於電阻器107之一值(例如，高1000倍或更多)。在圖1G中提供且在下文詳細描述提供各種電路元件之值之實例之一詳細電路圖。一電容器124可與電阻器122並聯電耦合以在節點125處之上升及下降電壓邊緣期間增強及固定高及低邏輯狀態，從而在不使用一鎖存器IC的情況下最小化開關105在轉變期間在接通狀態與關斷狀態之間振盪之風險。
在操作中，當開關105處於接通狀態時，節點125處之一電壓位準係零或接近零，且因此，PIZCD節點126處之一電壓位準等於電阻器107處之電壓。通過電感器103之電流隨時間增加直至PIZCD節點處之電壓達到一PIZCD臨限值位準。控制器127可在達到PIZCD臨限值時偵測峰值電流且將開關105切換至關斷狀態。當開關105切換至關斷狀態時，電感器電流流動通過二極體106，且跨電阻器107之壓降係零。因此，PIZCD節點126處之電壓反映節點125處之電壓，其相對於開關處於接通狀態之時間週期係高的。此將PIZCD節點126處之電壓位準維持在相對於PIZCD臨限值之一高狀態中，儘管損耗電阻器107處之電壓。因此，開關105可保持關斷狀態直至空轉週期結束且電感器103與節點125處之寄生電容之間的振盪開始。歸因於振盪，節點125處之電壓崩潰，且ZCD節點126處之電壓下降至PIZCD臨限值以下。此可觸發控制器127以將開關105切換至接通狀態，從而開始一新循環。
電容器124能夠在節點125處之下降邊緣期間將PIZCD節點126處之電壓下拉至接地以下。因此，可需要或期望一負箝位(諸如透過二極體123)以保護控制器127。二極體123亦可箝位正電壓。因此，二極體123之額定電壓可被選擇為高於PIZCD臨限值。
針對封閉迴路控制，可藉由一回饋系統(未展示)基於負載之一平均輸出電壓或電流連續調整PIZCD臨限值。因此，可將平均輸出電壓或電流精確地調節至所需位準。在其他實施例中，可使用具有一固定PIZCD臨限值之一開迴路系統，此可簡化系統所需之任何額外電路。在此一開迴路系統中，第一階平均輸出電流可等於峰值電感器電流之一半。控制精確性可小於封閉迴路系統但仍可針對一些應用在一可接受精確性範圍內操作。
圖1B中繪示之例示性DC-DC轉換器電路120係一降壓轉換器之一實例。然而，本文中描述之實施例適用於具有不同拓撲之任何類型之DC-DC轉換器電路。在圖1C、圖1D、圖1E及圖1F中繪示特定實例。
圖1C係具有參考接地104之負載104及參考浮動接地131之PIZCD節點126之一例示性降壓轉換器電路130之一電路圖。所繪示降壓轉換器電路130包含一功率級電路132、一多功能電路133及一開關105。
圖1D係具有參考接地104之開關105之一例示性降壓-升壓轉換器電路140之一電路圖。所繪示降壓-升壓轉換器電路140包含一功率級電路142及一多功能電路143。
圖1E係具有參考接地104之開關105之一例示性升壓轉換器電路150之一電路圖。所繪示升壓轉換器電路150包含一功率級152及一多功能電路153。
圖1F係具有參考接地之開關105之一例示性降壓轉換器電路160之一電路圖，其中使用電感器162之一額外繞組感測電感器電流。在圖1F中繪示之實例中，降壓轉換器電路160包含一二極體164，其經組態以在開關105處於接通狀態之時間期間阻擋電感器162之額外繞組上之負電壓。降壓轉換器電路160之組態可減少與電阻器121及122相關聯之損耗，此係因為磁耦合電壓通常經設計以低於節點125處之電壓。
圖1G係展示圖1B之功率級及多功能電路連同一降壓轉換器電路170中之例示性控制電路之一詳細實施方案之一電路圖。所繪示降壓轉換器電路170包含一開關105，其在此實例中係參考接地之一N通道MOSFET。N通道MOSFET具有由控制電路171之一輸出控制之一閘極。降壓轉換器電路170可為由48 V之一DC電壓(VDCin )供應以驅動一LED陣列負載104之一LED驅動器。LED陣列負載104可包含串聯及/或並聯連接之LED裝置或像素。所繪示LED陣列負載104具有36 V之一正向電壓及1 A之一目標電流。LED陣列負載104與具有10 µF之一電容之電容器102、具有22 µH之一電感之電感器103及具有10 kOhm之一電阻之電阻器180並聯電耦合。與開關105之一終端串聯電耦合之一電阻器107具有0.25 Ohm之一電阻。電阻器121及122分別具有270 Ohm及12 Ohm之電阻。如上文提及，電阻器121及122之電阻值遠高於電阻器107之電阻(例如，高1000倍或更多)。與電阻器122並聯之電容器124具有10 pF之一電容。可經由一單一節點(ZCD節點126)將指示PI及ZCD之電壓提供至控制電路171中之一比較器186之反相輸入。二極體123具有5.1 V之一正向電壓且可將PIZCD節點126處之電壓之正峰值箝位至5.1 V且將負峰值箝位至約0.7 V。
控制電路171包含具有電耦合至PIZCD節點126之一反相輸入終端之一比較器186。比較器186之非反相輸入終端經電耦合以透過由電阻器183及184形成之一電阻分壓器接收0.5 V之一參考或臨限值電壓(等於PIZCD臨限值電壓)，電阻器183及184分別具有5.1 kOhm及270 Ohm之電阻值。比較器186經組態以接收10 V之一供應電壓Vcc。具有10 kOhm之一電阻值之一電阻器188、10 V之一二極體182及100 nF之一電容器181之一並聯配置從48 V輸入電壓VDCin 提供10 V低電壓供應Vcc。一電阻器185與比較器186並聯耦合。電阻器185具有33 kOhm之一電阻值且可用於產生一滯後電壓以防止比較器186之振盪。
比較器186之一輸出C電耦合至一緩衝器電路187。緩衝器電路187可包含離散電路或一MOSFET驅動器IC，其放大電流且可作為一位準移位器操作以視需要使電壓位準移位且作為一反相器以視需要使信號極性反相。在圖1G中繪示之實例中，緩衝器並不改變信號極性。緩衝器187之一輸出D可電耦合至MOSFET 105之控制終端或閘極以在接通狀態與關斷狀態之間切換MOSFET 105。
在操作中，在通電之後，跨LED陣列負載104之電阻器180連同電阻器107、121及122之串將PIZCD節點126處之電壓設定為0.38 V。因此，PIZCD節點126處之電壓小於臨限值電壓0.5 V，比較器186之輸出C為高，且MOSFET 105切換至接通狀態。此開始降壓轉換器之操作。在此階段期間，MOSFET 105處之電壓為低，且PIZCD節點126處之電壓等於電阻器107處之電壓，此可表示電流通過電感器103及MOSFET 105。電感器103通電，且電感器電流增加直至PIZCD節點126處之電壓達到0.5 V之臨限值電壓。在PIZCD節點126處之電壓達到0.5 V之臨限值電壓之一條件下，比較器186之輸出C變低且將MOSFET 105切換至關斷狀態。在此階段期間，MOSFET 105處之電壓為高且電阻器107處之電壓為低，使得PIZCD節點126處之電壓透過電阻器107、121及122之分壓器反映MOSFET 105處之高電壓。因此，比較器186之輸出C保持低，從而將MOSFET 105維持在關斷設定。
此時，電感器103藉由推動電流通過與LED陣列負載104並聯之二極體106及電容器102而釋放其能量，從而開始空轉週期。電感器電流不斷減小直至其達到零且空轉週期結束。此時，電感器103開始與節點125處之寄生電容振盪，此使節點125處之電壓以及PIZCD節點126處之電壓下降。一旦PIZCD節點126處之電壓下降至0.5 V臨限值電壓以下，比較器186之輸出C變高，從而開始一新循環。
圖1G中繪示之例示性電路透過不具有任何邏輯閘或鎖存器IC之一單一比較器在一簡化且具成本效率之系統中實現一降壓轉換器之基本控制。可藉由下文方程式(1)判定第一階平均LED電流ILED1 。可藉由下文方程式(2)判定穩態頻率。 ILED1 =0.5 V/R1/2=1 A      (方程式1) 頻率=VLED1 /VIN *(VIN -VLED1 )/(L1*2*ILED1 )=204 kHz   (方程式2)
本文中描述之系統可容易地滿足一調光功能。例如，藉由變化供應至具有0 V至10 V調光輸入電壓之比較器186之參考電壓，可達成線性調光。
圖1H係操作一LED驅動器之一例示性方法之一流程圖190。在例示性方法中，可偵測一電路節點處之一第一電壓(191)。該電壓可在一電感器以一峰值電流位準傳導之一條件下具有一第一位準且在電感器不傳導之一條件下具有一第二位準。可提供一第二電壓以操作一開關(192)。第二電壓可在第一電壓具有第一位準之一條件下將開關切換至一關斷狀態且在第一電壓具有第二位準之一條件下將開關切換至一接通狀態。可將一DC電流供應至複數個LED裝置(193)。在實施例中，電感器處之一電流可回應於接通開關而在一時間週期內從零增加至一峰值電流。偵測器處之電流可回應於關斷開關而在一時間週期內從峰值電流減小至零。亦可接收一第三電壓，其指示應用於供應至複數個LED裝置之DC電流之一調光量。
圖2係根據一項實施例之一整合LED照明系統之一電子器件板310之一俯視圖。在所繪示實例中，電子器件板310包含一電源模組312、一感測器模組314、一連接能力及控制模組316及保留用於將一LED陣列附接至一基板320之一LED附接區318。在替代實施例中，兩個或兩個以上電子器件板可用於LED照明系統。例如，LED附接區318可在一單獨電子器件板上，或感測器模組314可在一單獨電子器件板上。
基板320可為能夠機械支撐且使用導電連接器(諸如軌道、跡線、襯墊、通孔及/或導線)提供電耦合至電組件、電子組件及/或電子模組之任何板。基板320可包含安置於一或多個非導電材料(諸如一介電複合材料)層之間或其等上之一或多個金屬化層。電源模組312可包含電及/或電子元件。在一例示性實施例中，電源模組312包含一AC/DC轉換電路、一DC-DC轉換電路(諸如本文中描述之DC-DC轉換電路之任一者)、一調光電路及一LED驅動器電路。
感測器模組314可包含其中將實施LED陣列之一應用所需之感測器。例示性感測器可包含光學感測器(例如，IR感測器及影像感測器)、運動感測器、熱感測器、機械感測器、近接感測器或甚至計時器。藉由實例，街道照明、一般照明及園藝照明應用中之LED可基於數個不同感測器輸入(諸如所偵測之一使用者之存在、所偵測環境照明條件、所偵測天氣條件或基於白天/夜晚時間)而關閉/開啟及/或調整。此可包含例如調整光輸出之強度、光輸出之形狀、光輸出之顏色及/或開燈或關燈以保存能量。針對AR/VR應用，運動感測器可用於偵測使用者移動。運動感測器本身可為LED，諸如IR偵測器LED。藉由另一實例，針對相機閃光燈應用，影像及/或其他光學感測器或像素可用於量測待捕獲之一場景之照明，使得可最佳地校準閃光燈照明顏色、強度照明型樣及/或形狀。在替代實施例中，電子器件板310不包含一感測器模組。
連接能力及控制模組316可包含系統微控制器及經組態以從一外部裝置接收一控制輸入之任何類型之有線或無線模組。藉由實例，一無線模組可包含藍芽、Zigbee、Z波、網格、WiFi、近場通信(NFC)及/或可使用同級間模組。微控制器可為任何類型之專用電腦或處理器，其可嵌入一LED照明系統中且經組態或可經組態以從有線或無線模組或LED系統中之其他模組接收輸入(諸如感測器資料及從LED模組回饋之資料)且基於此將控制信號提供至其他模組。如上文提及，微控制器可另外執行其他功能，提供控制信號以回應於從ZCD電路123接收之一電壓而在接通狀態與關斷狀態之間切換開關107。由專用處理器實施之演算法可在併入一非暫時性電腦可讀儲存媒體中以供專用處理器執行之一電腦程式、軟體或韌體中實施。非暫時性電腦可讀儲存媒體之實例包含一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一暫存器、快取記憶體及半導體記憶體裝置。記憶體可包含為微控制器之部分或可在別處實施(在電子器件板310上或其外)。
如本文中使用，術語模組可係指安置於可焊接至一或多個電子器件板310之個別電路板上之電及/或電子組件。然而，術語模組亦可係指提供類似功能性但可個別地焊接至一或多個電路板之一相同區或不同區中之電及/或電子組件。
圖3A係一項實施例中之具有在LED裝置附接區318處附接至基板320之一LED陣列410之電子器件板310之一俯視圖。電子器件板310連同LED陣列410一起表示一LED照明系統400A。另外，電源模組312透過跡線418B接收Vin 497處之一電壓輸入及來自連接能力及控制模組316之控制信號且透過跡線418A將驅動信號提供至LED陣列410。LED陣列410經由來自電源模組312之驅動信號開啟及關閉。在圖3A中展示之實施例中，連接能力及控制模組316透過跡線418自感測器模組314接收感測器信號。
圖3B繪示具有安裝於一電路板499之兩個表面上之電子組件之雙通道整合LED照明系統之一項實施例。如圖3B中展示，一LED照明系統400B包含具有輸入以接收調光器信號及AC功率信號之一第一表面445A及安裝於其上之一AC/DC轉換器電路412。LED系統400B包含具有調光器介面電路415、DC-DC轉換器電路440A及440B、具有一微控制器472 (其可為圖1B之控制器127)之一連接能力及控制模組416 (在此實例中，一無線模組)之一第二表面445B及安裝於其上之一LED陣列410。DC-DC轉換器電路440A及440B之一者或兩者可為本文中描述之DC-DC轉換器電路之任一者。LED陣列410由兩個獨立通道411A及411B驅動。在替代實施例中，一單一通道可用於將驅動信號提供至一LED陣列，或任何數目之多個通道可用於將驅動信號提供至一LED陣列。例如，圖3E繪示具有3個通道之一LED照明系統400D且在下文進一步詳細描述。
LED陣列410可包含兩個LED裝置群組。在一例示性實施例中，群組A之LED裝置電耦合至一第一通道411A且群組B之LED裝置電耦合至一第二通道411B。兩個DC-DC轉換器440A及440B之各者可分別經由單一通道411A及411B提供一各自驅動電流以驅動LED陣列410中之一各自LED群組A及B。LED群組之一者中之LED可經組態以發射具有不同於第二LED群組中之LED之一色點之光。可藉由控制分別由個別DC-DC轉換器電路440A及440B經由一單一通道411A及411B施加之電流及/或工作循環而在一範圍內調諧對由LED陣列410發射之光之複合色點之控制。儘管圖3B中展示之實施例並不包含一感測器模組(如圖2及圖3A中描述)，然而，一替代實施例可包含一感測器模組。
所繪示LED照明系統400B係一整合系統，其中LED陣列410及用於操作LED陣列410之電路設置於一單一電子器件板上。電路板499之相同表面上之模組之間的連接可電耦合以藉由表面或子表面互連(諸如跡線431、432、433、434及435或金屬化層(未展示))而在模組之間交換例如電壓、電流及控制信號。電路板499之相對表面上之模組之間的連接可透過板互連(諸如通孔及金屬化層(未展示))而電耦合。
圖3C繪示一LED照明系統之一實施例，其中LED陣列在與驅動器及控制電路分離之一電子器件板上。LED照明系統400C包含一電源模組452，其在與一LED模組490分離之一電子器件板上。電源模組452可在一第一電子器件板上包含一AC/DC轉換器電路412、一感測器模組414、一連接能力及控制模組416、一調光器介面電路415及一DC-DC轉換器電路440 (其可為本文中描述之DC-DC轉換器電路之任一者)。LED模組490可在一第二電子器件板上包含嵌入式LED校準及設定資料493及LED陣列410。可經由可電且通信地耦合兩個模組之導線在電源模組452與LED模組490之間交換資料、控制信號及/或LED驅動器輸入信號485。嵌入式LED校準及設定資料493可包含一給定LED照明系統內之其他模組控制如何驅動LED陣列中之LED所需之任何資料。在一項實施例中，嵌入式校準及設定資料493可包含微控制器產生或修改一控制信號所需之資料，該控制信號指示驅動器使用例如脈衝寬度調變(PWM)信號將電力提供至各LED群組A及B。在此實例中，校準及設定資料493可向連接能力及控制模組416之一微控制器告知例如待使用之功率通道之數目、由整個LED陣列410提供之複合光之一所要色點及/或由AC/DC轉換器電路412提供至各通道之功率之一百分比。
圖3D繪示具有LED陣列連同在與驅動器電路分離之一電子器件板上之一些電子器件之一LED照明系統之一方塊圖。一LED系統400D包含定位於一單獨電子器件板上之一功率轉換模組483及一LED模組493。功率轉換模組483可包含AC/DC轉換器電路412、調光器介面電路415及DC-DC轉換器電路440 (其可為本文中描述之DC-DC轉換器電路之任一者)，且LED模組493可包含嵌入式LED校準及設定資料493、LED陣列410、感測器模組414以及連接能力及控制模組416。功率轉換模組483可經由兩個電子器件板之間的一有線連接將LED驅動器輸入信號485提供至LED陣列410。
圖3E係展示一多通道LED驅動器電路之一例示性LED照明系統400E之一圖。在所繪示實例中，系統400E包含一電源模組452及一LED模組491，LED模組491包含嵌入式LED校準及設定資料493以及三個LED群組494A、494B及494C。雖然在圖3E中展示三個LED群組，但一般技術者將認知，可使用與本文中描述之實施例一致之任何數目個LED群組。此外，雖然各群組內之個別LED經串聯配置，但其等可在一些實施例中並聯配置。
LED陣列491可包含提供具有不同色點之光之LED群組494。例如，LED陣列491可包含經由一第一LED群組494A之一暖白光源、經由一第二LED群組494B之一冷白光源及經由一第三LED群組494C之一中性白光源。經由第一LED群組494A之暖白光源可包含經組態以提供具有約2700 K之一相關色溫(CCT)之白光之一或多個LED。經由第二LED群組494B之冷白光源可包含經組態以提供具有約6500 K之一CCT之白光之一或多個LED。經由第三LED群組494C之中性白光源可包含經組態以提供具有約4000 K之一CCT之光之一或多個LED。雖然在此實例中描述各種白色LED，但一般技術者將認知，其他顏色組合可與本文中描述之實施例一致以從具有各種整體顏色之LED陣列491提供一複合光輸出。
電源模組452可包含一可調諧光引擎(未展示)，其可經組態以透過三個單獨通道(在圖3E中指示為LED1+、LED2+及LED3+)將電力供應至LED陣列491。更特定言之，可調諧光引擎可經組態以經由一第一通道將一第一PWM信號供應至第一LED群組494A (諸如暖白光源)，經由一第二通道將一第二PWM信號供應至第二LED群組494B且經由一第三通道將一第三PWM信號供應至第三LED群組494C。經由一各自通道提供之各信號可用於為對應LED或LED群組供電，且信號之工作循環可判定各各自LED之開啟及關閉狀態之總持續時間。開啟及關閉狀態之持續時間可導致一整體光效應，其可具有基於持續時間之光性質(例如，相關色溫(CCT)、色點或亮度)。在操作中，可調諧光引擎可改變第一、第二及第三信號之工作循環之相對量值以調整LED群組之各者之各自光性質以提供具有來自LED陣列491之所要發射之一複合光。如上文提及，LED陣列491之光輸出可具有基於來自LED群組494A、494B及494C之各者之光發射之組合(例如，混合)之一色點。
在操作中，電源模組452可接收基於使用者及/或感測器輸入而產生之一控制輸入且經由個別通道提供信號以基於控制輸入控制由LED陣列491輸出之光之複合顏色。在一些實施例中，一使用者可藉由轉動一旋鈕或移動一滑動件(其可為例如一感測器模組(未展示)之部分)而將輸入提供至LED系統以控制DC-DC轉換器電路(諸如本文中描述之DC-DC轉換器電路之任一者)。另外或替代地，在一些實施例中，一使用者可使用一智慧型電話及/或其他電子裝置將輸入提供至LED照明系統400D以將一所要顏色之一指示傳輸至一無線模組(未展示)。
圖4展示包含一應用程式平台560、LED照明系統552及556以及次要光學器件554及558之一例示性系統550。LED照明系統552產生在箭頭561a與561b之間展示之光束561。LED照明系統556可產生箭頭562a與562b之間的光束562。在圖4中展示之實施例中，從LED照明系統552發射之光行進穿過次要光學器件554，且從LED照明系統556發射之光行進穿過次要光學器件558。在替代實施例中，光束561及562並不行進穿過任何次要光學器件。次要光學器件554、558可為或可包含一或多個光導。一或多個光導可為邊緣照亮或可具有界定光導之一內部邊緣之一內部開口。LED照明系統552及/或556可插入一或多個光導之內部開口中，使得其等將光注入至一或多個光導之內部邊緣(內部開口光導)或外部邊緣(邊緣照亮光導)中。LED照明系統552及/或556中之LED可圍繞一基座(其係光導之部分)之圓周配置。根據一實施方案，基座可為導熱的。根據一實施方案，基座可耦合至安置於光導上方之一熱消散元件。熱消散元件可經配置以經由導熱基座接收由LED產生之熱且消散所接收之熱。一或多個光導可容許由LED照明系統552及556發射之光以一所要方式塑形，諸如例如具有一梯度、一倒角分佈、一窄分佈、一寬分佈、一角分佈或類似物。
在例示性實施例中，系統550可為一相機閃光燈系統、室內住宅或商業照明、室外燈(諸如街道照明)、一汽車、一醫療裝置、AR/VR裝置及機器人裝置之一行動電話。在例示性實施例中，圖3A中展示之整合LED照明系統400A、圖3B中展示之整合LED照明系統400B、圖3C中展示之LED照明系統400C及圖3D中展示之LED照明系統400D繪示LED照明系統552及556。
在例示性實施例中，系統550可為一相機閃光燈系統、室內住宅或商業照明、室外燈(諸如街道照明)、一汽車、一醫療裝置、AR/VR裝置及機器人裝置之一行動電話。在例示性實施例中，圖3A中展示之整合LED照明系統400A、圖3B中展示之整合LED照明系統400B、圖3C中展示之LED照明系統400C及圖3D中展示之LED照明系統400D繪示LED照明系統552及556。
應用程式平台560可經由一電源匯流排、經由線565或其他適用輸入將電力提供至LED照明系統552及/或556，如本文中論述。此外，應用程式平台560可經由線565提供輸入信號以操作LED照明系統552及LED照明系統556，該輸入可係基於一使用者輸入/偏好、一經感測讀數、一預程式化或自主判定之輸出或類似物。一或多個感測器可在應用程式平台560之外殼內部或外部。
在各種實施例中，應用程式平台560感測器及/或LED照明系統552及/或556感測器可收集資料，諸如視覺資料(例如，LIDAR資料、IR資料、經由一相機收集之資料等)、音訊資料、基於距離之資料、移動資料、環境資料或類似物或其等之一組合。資料可與一實體項目或實體相關，諸如一物件、一個體、一車輛等。例如，感測設備可為一基於ADAS/AV之應用收集物件近接資料，該應用可基於一實體項目或實體之偵測而排定偵測及隨後動作之優先級。資料可基於藉由例如LED照明系統552及/或556發射一光學信號(諸如一IR信號)且基於所發射光學信號收集資料而收集。資料可由不同於發射光學信號以進行資料收集之組件之一組件收集。繼續該實例，感測設備可定位於一汽車上且可使用一垂直腔表面發射雷射(VCSEL)發射一射束。一或多個感測器可感測對所發射之射束或任何其他適用輸入之一回應。
在例示性實施例中，應用程式平台560可為一汽車且LED照明系統552及LED照明系統556可為汽車頭燈。在各種實施例中，系統550可表示具有可操縱光束之一汽車，其中可選擇性地啟動LED以提供可操縱光。例如，一LED陣列可用於定義或投射一形狀或圖案或僅照明一道路之選定區段。在一例示性實施例中，LED照明系統552及/或556內之紅外線相機或偵測器像素可為識別需要照明之一場景(道路、行人橫道等)之部分之感測器。
在已詳細描述本發明的情況下，熟習此項技術者將瞭解，給定本發明，可在不脫離本文描述之發明概念之精神的情況下修改本發明。因此，不意欲將本發明之範疇限於所繪示及描述之特定實施例。
100:直流(DC)-DC轉換器電路 101:直流(DC)電壓輸入 102:電容器 103:電感器 104:負載 105:開關/MOSFET 106:二極體 107:電阻器 108:電阻器 109:電阻器 110:零電流偵測(ZCD)節點 111:峰值電流(PI)偵測節點 112:零電流偵測(ZCD)節點 114:功率級電路 115:峰值電流(PI)偵測電路 116:零電流偵測(ZCD)電路 117:終端 120:直流(DC)-DC轉換器電路 121:電阻器 122:電阻器 123:二極體 124:電容器 125:節點 126:PIZCD節點 127:控制器 128:多功能電路 130:降壓轉換器電路 131:浮動接地 132:功率級電路 133:多功能電路 140:降壓-升壓轉換器電路 142:功率級電路 143:多功能電路 150:升壓轉換器電路 152:功率級 153:多功能電路 160:降壓轉換器電路 162:電感器 164:二極體 170:降壓轉換器電路 171:控制電路 180:電阻器 181:電容器 182:二極體 183:電阻器 184:電阻器 185:電阻器 186:比較器 187:緩衝器電路 188:電阻器 190:流程圖 191:步驟 192:步驟 193:步驟 310:電子器件板 312:電源模組 314:感測器模組 316:連接能力及控制模組 318:發光二極體(LED)裝置附接區 320:基板 400A:發光二極體(LED)照明系統 400B:發光二極體(LED)照明系統 400C:發光二極體(LED)照明系統 400D:發光二極體(LED)照明系統 400E:發光二極體(LED)照明系統 410:發光二極體(LED)陣列 411A:第一通道 411B:第二通道 412:交流(AC)/直流(DC)轉換器電路 414:感測器模組 415:調光器介面 416:連接能力及控制模組 418A:跡線 418B:跡線 418C:跡線 431:跡線 432:跡線 433:跡線 434:跡線 435:跡線 440:直流(DC)-DC轉換器電路 440A:直流(DC)-DC轉換器電路 440B:直流(DC)-DC轉換器電路 445A:第一表面 445B:第二表面 452:電源模組 472:微控制器 483:功率轉換模組 485:發光二極體(LED)驅動器輸入信號 490:發光二極體(LED)模組 493:嵌入式發光二極體(LED)校準及設定資料 494:發光二極體(LED)群組 494A:第一發光二極體(LED)群組 494B:第二發光二極體(LED)群組 494C:第三發光二極體(LED)群組 497:Vin 550:系統 552:發光二極體(LED)照明系統 554:次要光學器件 556:發光二極體(LED)照明系統 558:次要光學器件 560:應用程式平台 561:光束 561a:箭頭 561b:箭頭 562:光束 562a:箭頭 562b:箭頭 565:線
圖1A係經組態以在CRM中操作之一例示性DC-DC轉換器電路之一圖；
圖1B係經組態以在CRM中操作之另一例示性DC-DC轉換器電路之一圖；
圖1C係具有參考接地之負載及參考浮動接地之PIZCD節點之一例示性降壓轉換器電路之一電路圖；
圖1D係具有參考接地之開關之一例示性降壓-升壓轉換器電路之一電路圖；
圖1E係具有參考接地之開關之一例示性升壓轉換器電路之一電路圖；
圖1F係具有參考接地之開關之一例示性降壓轉換器電路之一電路圖，其中使用電感器之一額外繞組感測電感器電流；
圖1G係展示圖1B之功率級及多功能電路連同一降壓轉換器電路中之例示性控制電路之一詳細實施方案之一電路圖；
圖1H係操作一LED驅動器之一例示性方法之一流程圖；
圖2係根據一項實施例之一整合LED照明系統之一電子器件板之一俯視圖；
圖3A係一項實施例中之具有在LED裝置附接區處附接至基板之LED陣列之電子器件板之一俯視圖；
圖3B係具有安裝於一電路板之兩個表面上之電子組件之雙通道整合LED照明系統之一項實施例之一圖；
圖3C係一LED照明系統之一實施例之一圖，其中LED陣列在與驅動器及控制電路分離之一電子器件板上；
圖3D係具有LED陣列連同在與驅動器電路分離之一電子器件板上之一些電子器件之一LED照明系統之一方塊圖；
圖3E係展示一多通道LED驅動器電路之例示性LED照明系統之一圖；及
圖4係一例示性應用系統之一圖。
101:直流(DC)電壓輸入
102:電容器
103:電感器
104:負載
105:開關/MOSFET
106:二極體
107:電阻器
114:功率級電路
120:直流(DC)-DC轉換器電路
121:電阻器
122:電阻器
123:二極體
124:電容器
125:節點
126:PIZCD節點
127:控制器
128:多功能電路

Claims (21)

  1. 一種裝置，其包括： 一功率級電路； 一開關，其電耦合至該功率級電路，該功率級電路及該開關經組態以提供一發光裝置(LED)驅動電流；及 一第一電路，其電耦合至該功率級電路及該開關且具有一單一輸出，該第一電路經組態以在該單一輸出處提供一第一電路輸出電壓，該第一電路輸出電壓在該功率級以一峰值電流位準傳導之一條件下具有一第一位準且在該功率級電路不傳導之一條件下具有一第二位準。
  2. 如請求項1之裝置，其進一步包括具有電耦合至該第一電路之該單一輸出之一第一輸入及電耦合至該開關之一控制終端之一輸出之一第二電路，該第二電路經組態以在該第一電路輸出電壓具有該第一位準之一條件下將該開關切換至一關斷狀態且在該第一電路輸出電壓具有該第二位準之一條件下將該開關切換至一接通狀態。
  3. 如請求項2之裝置，其中該第二電路包括一比較器，且該比較器具有經電耦合以接收一參考電壓之一第二輸入，該參考電壓具有該第一電路輸出電壓之該第一位準與該第二位準之間的一位準，使得該比較器在該第一電路輸出電壓具有該第一位準之一條件下具有一第一位準且在該第一電路輸出電壓具有該第二位準之一條件下具有一第二位準。
  4. 如請求項3之裝置，其中該參考電壓係可變的以提供一調光功能。
  5. 如請求項1之裝置，其中該功率級電路進一步包括： 一DC輸入；及 一二極體，其在一第一節點處並聯電耦合在該DC輸入與該功率級電路之間。
  6. 如請求項1之裝置，其中該開關進一步包括電耦合至該功率級電路之一第一終端、一第二終端及一控制終端，且該第一電路包括： 一第一電阻器，其串聯電耦合在該開關之該第二終端與接地之間； 一第二電阻器，其在一第二節點處與該功率級電路串聯電耦合；及 一第三電阻器，其與該第一電阻器及該第二電阻器並聯電耦合，該第二電阻器與該第三電阻器之間的一第三節點形成該單一輸出。
  7. 如請求項6之裝置，其中該第一電阻器具有判定該第一電路輸出電壓之該第一位準之一第一電阻值。
  8. 如請求項7之裝置，其中該第二電阻器具有一第二電阻值，該第三電阻器具有一第三電阻值，且該第二電阻值對該第三電阻值之一比判定該第一電路輸出電壓之該第二位準。
  9. 如請求項8之裝置，其中該第二電阻值及該第三電阻值兩者比該第一電阻值大1000倍。
  10. 如請求項2之裝置，其中該裝置係一直流(DC)-DC功率轉換器電路，且該第二電路經組態以在一臨界模式(CRM)中操作該DC-DC功率轉換器電路。
  11. 如請求項1之裝置，其中該裝置係一降壓轉換器、一升壓轉換器及一降壓-升壓轉換器之一者。
  12. 一種系統，其包括： 一電子器件板，其包括一發光裝置(LED)陣列及至少一個DC-DC轉換器電路，該至少一個DC-DC轉換器電路包括： 一功率級電路，其經電耦合以接收一DC電壓且將一電流供應至該LED陣列中之至少一像素子集， 一開關，其電耦合至該功率級電路；及 一電路，其電耦合至該功率級電路及該開關且具有一單一輸出，該電路經組態以在該單一輸出處提供一電路輸出電壓，該電路輸出電壓在該功率級以一峰值電流位準傳導之一條件下具有一第一位準且在該功率級不傳導之一條件下具有一第二位準。
  13. 如請求項12之系統，其進一步包括通信地耦合至該單一輸出及該開關之一控制終端之一控制器，該控制器經組態以在該電路輸出電壓具有該第一位準之一條件下將該開關切換至一關斷狀態且在該電路輸出電壓具有該第二位準之一條件下將該開關切換至一接通狀態。
  14. 如請求項12之系統，其中該功率級電路進一步包括： 一DC輸入；及 一二極體，其在一第一節點處並聯電耦合在該DC輸入與該功率級電路之間。
  15. 如請求項12之系統，其中該開關進一步包括電耦合至該功率級電路之一第一終端、一第二終端及一控制終端，且該電路包括： 一第一電阻器，其串聯電耦合在該開關之該第二終端與接地之間； 一第二電阻器，其在一第二節點處與該功率級電路串聯電耦合；及 一第三電阻器，其與該第一電阻器及該第二電阻器並聯電耦合，該第二電阻器與該第三電阻器之間的一第三節點形成該單一輸出。
  16. 如請求項15之系統，其中該第一電阻器具有判定該電路輸出電壓之該第一位準之一第一電阻值。
  17. 如請求項16之系統，其中該第二電阻器具有一第二電阻值，該第三電阻器具有一第三電阻值，且該第二電阻值對該第三電阻值之一比判定該電路輸出電壓之該第二位準。
  18. 如請求項17之系統，其中該第二電阻值及該第三電阻值兩者比該第一電阻值大1000倍。
  19. 如請求項13之系統，其中該控制器經組態以在一臨界模式(CRM)中操作該DC-DC轉換器電路。
  20. 如請求項13之系統，其中該電子器件板進一步包括： 一交流電(AC)轉DC轉換器電路， 一有線或無線接收器，及 一調光電路，且 該控制器包含至少一微控制器。
  21. 一種操作一發光二極體(LED)驅動器之方法，該方法包括： 偵測一電路節點處之一第一電壓，該第一電壓在一功率級電路以一峰值電流位準傳導之一條件下具有一第一位準且在該功率級電路不傳導之一條件下具有一第二位準； 提供一第二電壓以操作一開關，該第二電壓在該第一電壓具有該第一位準之一條件下將該開關切換至一關斷狀態且在該第一電壓具有該第二位準之一條件下將該開關切換至一接通狀態；及 將一直流供應至複數個LED裝置。
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