TW202110022A - 切換式電力轉換器及用於控制其的方法與控制器 - Google Patents

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Abstract

切換式電力轉換器及用於控制其的方法與控制器。一個實例實施例係一種操作一切換式電力轉換器的方法，該方法包括：以一切換頻率操作該切換式電力控制器，該切換頻率係可變的，各切換週期包含該切換式電力轉換器之一電感器的一充電模式及該電感器的一放電模式；藉由控制該電感器的各充電模式中的峰值電流來藉由一電流控制迴路控制由該切換式電力轉換器提供的平均電流；及藉由一頻率控制迴路調控該切換式電力的該切換頻率。該調控可包括：調整輸出電壓與該電感器之放電模式之一長度的一關係；及在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流。

Description

切換式電力轉換器及用於控制其的方法與控制器
此申請案係關於電力轉換器的技術領域，且具體而言係關於產生恆定電流的切換式電力轉換器。
由於各種原因，發光二極體(light-emitting diode, LED)在用於照明系統中的普及性增加。原因可包括供應至LED之每單位電力產生更多的光(例如，相較於白熾燈泡而言)、及LED的可控性。LED的普及性亦在汽車產業中增加。
至少在汽車工業的背景中，LED係藉由控制通過LED的平均電流來控制。然而，目前可用的LED控制器會隨著LED電壓的變化而展現廣範圍的操作頻率擺動。亦即，隨著LED被切換在操作中及關斷(諸如導通及關斷提供汽車的「遠光」燈的LED)，跨LED的電壓作為一群組可能擺動，其導致LED控制器的操作頻率上的顯著變化。操作頻率的顯著變化使電雜訊及電磁干擾(electromagnetic interference, EMI)難以抑制。
一個實例實施例係一種操作一切換式電力轉換器的方法，該方法包含：以一切換頻率操作該切換式電力轉換器，該切換頻率係可變的，各切換週期包含該切換式電力轉換器之一電感器的一充電模式及該電感器的一放電模式；藉由控制該電感器的各充電模式中的峰值電流來藉由一電流控制迴路控制由該切換式電力轉換器提供的平均電流；及藉由一頻率控制迴路調控該切換式電力的該切換頻率。可藉由以下來調控該切換頻率：調整輸出電壓與該電感器之放電模式之一長度的一關係；及在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流。
在實例方法中：調整輸出電壓與放電模式之該長度的該關係可進一步包含與輸出電壓中的一變化成比例地調整；且在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流可進一步包含輸出電壓中的該變化成比例地改變。與輸出電壓中的一變化成比例地調整可進一步包含與輸出電壓中的該變化成正比地調整。與輸出電壓中的該變化成比例地改變可進一步包含與輸出電壓中的該變化成正比地改變。
在實例方法中，調整輸出電壓與放電模式之長度的該關係可進一步包含修改該切換式電力轉換器之一電力控制器的一控制暫存器中的一值，該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式的該長度與該輸出電壓之間的一數學關係。該實例方法可進一步包含更新指示放電模式之關斷時間的一值、指示在該電力控制器中之一關斷時間暫存器中保持的放電模式之該關斷時間的值、及與在該控制暫存器中的該值成比例地更新。
在實例方法中，在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流可包含：修改該切換式電力轉換器之一電力控制器的一控制暫存器中的一值，該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式的該長度與該輸出電壓之間的一數學關係；及修改在該電力控制器之一漣波電流暫存器中的一值，其中在充電模式期間通過該電感器的該峰值電流係基於在該漣波電流暫存器中的該值來控制。修改在該漣波電流暫存器中的該值可進一步包含基於在該控制暫存器中的該值及在該切換式電力轉換器之該電力控制器的一比例暫存器中保持的一比例值來修改。
在該實例方法中：調整輸出電壓與放電模式之該長度的該關係可進一步包含修改該切換式電力轉換器之一電力控制器的一控制暫存器中的一值，該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式的該長度與該輸出電壓之間的一數學關係；且在充電模式期間改變通過該電感器的峰值電流可進一步包含修改在該電力控制器之一漣波電流暫存器中的一值，其中該峰值電流係基於在該漣波電流暫存器中的該值來控制。
在該實例方法中，在調整輸出電壓與放電模式之該長度的該關係之前，及在充電模式期間改變通過該電感器之該峰值電流之前，該方法可進一步包含更新指示在該切換式電力轉換器中的一關斷時間暫存器中保持的關斷時間的一第一值，該更新基於輸出電壓的一變化及該切換式電力轉換器的一控制暫存器中的一值，在該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式之該長度與該輸出電壓之間的一數學關係。
另一實例實施例係一種用於驅動發光二極體(LED)的一切換式電力轉換器的控制器，該控制器包含：一輸入電壓端子、一輸出電壓端子、一切換節點端子、及一匯流排介面；一匯流排控制器，其耦接至該匯流排介面；一平均電流暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該平均電流暫存器經組態以保持指示一設定點平均電流的該值；一漣波電流暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該漣波電流暫存器經組態以保持指示漣波電流的一值；一關斷時間暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該關斷時間暫存器經組態以保持指示一電感器之放電模式之關斷時間的一值；一控制暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該控制暫存器經組態以保持指示該電感器之放電模式之一長度與該切換式電力轉換器之一輸出電壓之間的一數學關係的一值；一電力開關，其具有耦接至該切換節點端子的第一引線、耦接至該輸入電壓端子的一第二引線、及一控制輸入；一電流控制器，其耦接至該漣波電流暫存器，該電流控制器經組態以藉由控制該電感器的充電模式期間的峰值電流來控制由該切換式電力轉換器提供的一平均電流；一頻率控制器，其耦接至該控制暫存器、該關斷時間暫存器、及該漣波電流暫存器，該頻率控制器經組態以調控該切換式電力轉換器的切換頻率。為調控切換頻率，該頻率控制器可經組態以：調整指示該電感器之放電模式之該長度與該切換式電力轉換器之該輸出電壓之間之該數學關係的該值；及在該電感器之充電模式期間改變該峰值電流。
在實例控制器中：當該頻率控制器調整該輸出電壓與放電模式之該長度的該關係時，該頻率控制器可進一步經組態以與輸出電壓中的一變化成比例地調整；及當該頻率控制器在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器可進一步經組態以與該輸出電壓中的該變化成比例地改變。當該頻率控制器調整該輸出電壓與放電模式之該長度的該關係時，該頻率控制器可經組態以與該輸出電壓中的該變化成正比地調整。
在實例控制器中，當該頻率控制器在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器可進一步經組態以修改在該漣波電流暫存器中的該值，且其中在充電模式期間通過該電感器之該峰值電流基於該漣波電流暫存器中的該值控制。該實例控制器可進一步包含：一比例暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該比例暫存器經組態以保持一比例值；及當該頻率控制器修改在該漣波電流暫存器中的該值時，該頻率控制器可進一步經組態以基於在該控制暫存器中的該值及在該比例暫存器中的該比例值來修改。
另一實例實施例係一種用於操作(多個)發光二極體的系統，該系統包含：一照明微控制器；一切換式電力轉換器，其通訊地耦接至該照明微控制器；一LED，其經由一電感器耦接至該切換式電力轉換器。該切換式電力轉換器可經組態以：以一切換頻率操作，該切換頻率係可變的，且該操作使用該電感器之放電模式的一長度，放電模式的該長度可基於該切換式電力轉換器之一輸出電壓而改變；藉由一電流控制器控制提供至該LED的平均電流，該電流控制器經組態以藉由在充電模式期間控制通過該電感器的峰值電流來控制平均電流；及藉由一頻率控制器，調控該切換式電力轉換器的該切換頻率。在調控該切換頻率中，該頻率控制器可經組態以：調整該輸出電壓與放電模式之該長度的一關係；及在充電模式期間改變通過該電感器的一峰值電流。
在該實例系統中：當該頻率控制器調整該輸出電壓與放電模式之該長度的該關係時，該頻率控制器可進一步經組態以與該輸出電壓中的一變化成比例地調整；及當該頻率控制器在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器可進一步經組態以與該輸出電壓中的該變化成比例地改變。當該頻率控制器調整該輸出電壓與放電模式之該長度的該關係時，該頻率控制器可進一步經組態以與該輸出電壓中的該變化成正比地調整。
在該實例系統中，該切換式電力轉換器可進一步包含：一漣波電流暫存器，其可由該照明微控制器存取，該漣波電流暫存器經組態以保持指示漣波電流的一值；且其中當該頻率控制器在該等充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器可進一步經組態以修改在該漣波電流暫存器中的該值，且其中在該等充電模式期間通過該電感器之該峰值電流係基於該漣波電流暫存器中的該值來控制。
在該實例系統中，該切換式電力轉換器可進一步包含：一比例暫存器，其可由該照明微控制器存取，該比例暫存器經組態以保持一比例值；且其中當該頻率控制器修改在該漣波電流暫存器中的該值時，該頻率控制器可進一步經組態以基於在該控制暫存器中的該值及在該比例暫存器中的該比例值來修改。
下列討論係關於本發明的各種實施例。雖然此等實施例中之一或多者可係較佳的，所揭示的實施例不應理解為或以其他方式用作限制包括申請專利範圍的本揭露之範疇。此外，所屬技術領域中具有通常知識者將了解下列描述具有廣泛應用，且任何實施例的討論僅意欲作為該實施例的例示而非意欲暗示包括申請專利範圍之本揭露的範疇受到該實施例的限制。
各種實施例係關於用於控制提供至發光二極體(LED)的平均電流且包括頻率調整之一切換式電力轉換器的方法及系統。更具體地，實例實施例係關於包括通訊地耦接至執行平均電流控制之一降壓型直流(direct current, DC)對DC切換式電力轉換器之照明微控制器的系統，其中切換式電力轉換器經由一電感器來驅動LED。實例切換式電力轉換器經設計及建構以控制提供至LED的平均電流，且亦較佳地控制或限制切換式電力轉換器的切換頻率。本說明書首先轉為一實例系統的高階描述。
圖1顯示根據至少一些實施例的用於操作LED之系統的方塊圖。具體而言，圖1顯示一實例系統100，其可係一車用照明系統或一家用照明系統，僅列舉幾例。實例系統100包含一照明微控制器102。照明微控制器102可與其他裝置通訊，並在一系統(例如汽車、住家)內實施用於許多LED的一整體照明控制策略。實例照明微控制器102經由一通訊通道106通訊地耦接至切換式電力轉換器104(下文僅稱為「電力轉換器104」)。通訊通道106可採取許多形式。在一些情況下，該通訊通道可係複數個導體，類比及/或布林信號可於其上在照明微控制器102與電力轉換器104之間交換。在其他情況中，該通訊通道可係一平行或串列通訊匯流排。在一特定實施例中，通訊通道106係一串列週邊介面(serial peripheral interface, SPI)匯流排，但可使用其他匯流排系統及協定(例如，I2 C匯流排、通用串列匯流排(universal serial bus, USB))。
在該實例系統中的電力轉換器104係一驅動器電路，該驅動器電路經設計並建構以將一個DC電壓的電力轉換為另一DC電壓。在該實例系統中，電力轉換器104將來自電壓源VDC 的電力轉換成一較低電壓(基於下文討論的額外電路)，且因此可稱為降壓型DC對DC電力轉換器。電力轉換器104的功能係藉由建構在一或多個半導體基材上的各種電路(其於下文中有更多討論)實施。(多個)半導體基材可以任何合適的形式封裝，諸如雙列直插封裝(dual in-line package, DIP)。亦可等效使用其他封裝組態。
電力轉換器104藉由一電感器110的方式耦接至LED 108。具體而言，電力轉換器104耦接至電感器110之第一引線，而電感器110的第二引線耦接至LED 108。LED 108係說明性地顯示為串聯耦接的三個LED，但是可使用任何電氣組態的一或多個LED。因為實例系統操作為切換式電力轉換器，在操作的一些部分期間，電力轉換器104沒有向電感器110提供電流(例如，當通過電感器110的電流正在放電時)。在電感器110放電時的時間週期期間，耦接於電感器之第一引線與接地或共用端之間的飛輪二極體(freewheeling diode) 112為電感器110電流提供傳導路徑。在其他情況中，可使用一同步整流器(例如，可操作控制的場效電晶體(field-effect transistor, FET))取代飛輪二極體112。電路組件亦可包括平滑化電容器114，以平滑化提供至LED 108的輸出電壓。
實例系統100可在分開的實體位置中以各種組件實施。例如，在汽車系統中，照明微控制器102可位於汽車的駕駛室內，而電力轉換器104可位在引擎室中，及LED 108設置為汽車的頭燈或霧燈。在其他情況中，實例系統100可全部或部分地耦接在一下方的印刷電路板(printed circuit board, PCB)上。如圖1所示，照明微控制器102、電力轉換器104、及各種電路組件(例如，飛輪二極體112、電感器110、及平滑電容器114)可位於一單一PCB 116上，LED 108則設置於其他處。替代地，LED 108亦可設置在PCB 116上(如由圖1之PCB 116之虛線延伸所示)。
因此，電力轉換器104具有耦接至電壓源VDC 的一VDC 輸入118。電力轉換器104亦具有耦接至飛輪二極體112與電感器110之間的一開關節點120。電力轉換器104可選地包括耦接至電感器之第二引線的一電壓感測輸入122(例如，耦接至提供至LED 108的感測電壓)。根據實例實施例，照明微控制器102可命令電力轉換器104內的某些動作(動作於下文討論更多)，諸如設定待提供至LED 108的一平均電流。說明書現在轉而更詳細地描述電力轉換器104。
圖2顯示根據至少一些實施例之電力轉換器104的電氣方塊圖。電力轉換器104可採取一封裝積體電路(IC) 200的形式。封裝囊封一半導體晶粒或晶片、或多個半導體晶粒(例如，多晶片模組)，在其上各種電路以單塊的方式建構。實例電力轉換器104界定一輸入電壓端子202、一輸出電壓端子204、一切換節點端子206、及一匯流排介面208。取決於所實施的介面類型，匯流排介面208可包含額外的端子。雖然會存在額外的端子(例如，共點或接地端子、VCC 端子)，但為了不使該圖式過度複雜化，不顯示彼等額外的端子。
該實例電力轉換器104包含耦接至匯流排介面208的一匯流排控制器210，且該匯流排控制器210經組態以透過該匯流排介面與外部裝置通訊，諸如照明微控制器102(圖1)。該實例系統進一步包含可由匯流排控制器210存取的複數個暫存器214。即，匯流排控制器210及因此照明微控制器102可讀取及/或寫入複數個暫存器214，作為設定電力轉換器104以進行起始操作以及在操作期間控制電力轉換器104的部分。
圖2之實例系統顯示在複數個暫存器214中的十個暫存器，儘管可能存在其他暫存器。該暫存器可包含一導通時間暫存器212。導通時間暫存器212保持指示電力轉換器104之最新導通時間的一值。暫存器可包含一感測增益暫存器216。在實例系統中，電力開關218實施一感測或參考電晶體(下文討論更多)，其Ron電阻係比主電晶體(亦下文討論更多)高之一已知量。感測增益暫存器216保持指示參考電晶體相對於主電晶體之Ron電阻的關係或比例的一值。暫存器可進一步包含一關斷時間暫存器220。關斷時間暫存器220保持指示施加至電力開關218之脈衝信號之關斷時間的一值。換言之，關斷時間暫存器220保持指示電感器110(圖1)之放電模式之長度的一值。可實施一漣波電流暫存器222。漣波電流暫存器222保持指示漣波電流的一值，該暫存器可初始地由照明微控制器102經由匯流排介面208寫入；然而，指示漣波電流暫存器222中之漣波電流的值係電力轉換器104的一電流控制迴路的一間接控制變量，且因此可以在操作期間改變。
實例複數個暫存器214可進一步包含一輸入電壓暫存器224。輸入電壓暫存器224保持指示供應至電力轉換器104之輸入電壓VDC 的一值。可實施一輸出電壓暫存器226。輸出電壓暫存器226保持指示電力轉換器104之輸出電壓的一值。可實施一目標頻率暫存器228。目標頻率暫存器228保持指示電力轉換器104之操作之一目標頻率的一值。可實施一控制暫存器230。控制暫存器230保持指示電感器之放電模式之長度與切換式電力轉換器之輸出電壓之間之一數學關係的一值。控制暫存器230可初始地由照明微控制器102經由匯流排介面208寫入；然而，控制暫存器230中的值變成用於電力轉換器104的一頻率控制迴路的一控制變量，且因此可在操作期間改變。可實施一比例暫存器232。比例暫存器232保持由頻率控制迴路用以調整峰值電流的一比例值，如下文討論更多。且最後，可實施一平均電流暫存器234。平均電流暫存器234保持指示一設定點平均電流的一值。在實例系統中，指示設定點平均電流的值係電力轉換器104之電流控制迴路的設定點，且係由照明微控制器102(圖1)寫入。
電力轉換器104進一步包含具有一閘極輸入236的電力開關218。具體而言，電力開關218包含一主電晶體238，該主電晶體的汲極藉由輸入電壓端子202的方式耦接至輸入電壓VDC ，其源極經由切換節點端子206耦接至LED 108(並因此耦接至切換節點120)，且具有耦接至閘極輸入236的一閘極。電力開關218進一步包含一參考電晶體240，其汲極同樣地耦接至輸入電壓VDC 、且具有耦接至閘極輸入236的一閘極。在實例系統中，當閘極輸入236經確立時，主電晶體238及參考電晶體240兩者使電流從汲極流動至源極。如下文將更多描述者，一已知參考電流被汲取通過參考電晶體240，且該已知參考電流產生一參考電壓。在一些系統中，在主電晶體238與參考電晶體240之間的Ron電阻之比率可以是可設定的或可調整的。在此類系統中，比率(1:X)係由感測增益暫存器216中的值控制，其中感測增益暫存器216耦接至電力開關218的一控制輸入242。
仍參照圖2，實例電力轉換器104進一步包含一電流控制器244。電流控制器244產生在電力轉換器104內使用的控制信號，且在一些情況下，電流控制器244實施電流控制迴路以控制由電力轉換器104產生的平均電流(例如，經由一比例積分微分(proportional-integral-differential, PID)控制器246)。電流控制器244耦接至電力開關218的閘極輸入236。電流控制器244經組態以在電力開關218之閘極輸入236上產生一脈衝信號。脈衝信號的解除確立時間(即，電感器的放電模式)係基於指示在關斷時間暫存器220中保持之關斷時間的值。脈衝信號的確立時間(即，電感器的充電模式)係基於指示在平均電流暫存器234中保持之平均電流的值、及指示在漣波電流暫存器222中保持之最新值。如圖2所示，在實例實施例中，平均電流暫存器234不直接耦接至電流控制器244。在導入電力轉換器104之其它電路組件之後，將在下文更詳細地討論指示關斷時間之值、指示平均電流之值、與脈衝信號之間的控制關係。
實例電力轉換器104進一步包含一比較器248，該比較器具有一第一比較器輸入252、一第二比較器輸入254、及一比較器輸出256。該第一比較器輸入252耦接至主電晶體238的源極，且第二比較器輸入254耦接至參考電晶體240的源極。比較器輸出256耦接至電流控制器244。實例系統進一步包含一電流開關258，該電流開關具有一控制輸入260、一第一開關引線262、及一第二開關引線264。第一開關引線262耦接至參考電晶體240的源極(及第二比較器輸入254)。電流開關258的控制輸入260耦接至電流控制器244，特別是電流控制器244內的一開關控制器266。
該實例系統進一步包含耦接至電流開關258之第二開關引線264的一電流源268。電流源268可採取任何合適的形式，諸如產生一受控電流的一數位轉類比轉換器。電流源268具有一控制輸入270(例如，一數位輸入)，該控制輸入設定流過電流源268的受控電流。控制輸入270耦接至漣波電流暫存器222，且因此指示漣波電流暫存器222中之漣波電流的值設定由電流源268提供的電流。該系統進一步包含耦接至第二比較器輸入254(及參考電晶體240的源極)的一第二電流源272。電流源272同樣可採取任何合適的形式，諸如產生一受控電流的一數位轉類比轉換器。電流源272具有一控制輸入274，該控制輸入設定流過電流源272之受控電流。控制輸入274耦接至平均電流暫存器234，且因此指示在平均電流暫存器234中之平均電流的值設定由電流源272提供的電流。
仍參照圖2，實例電力轉換器104亦包含具有一類比輸入278及一數位輸出280的類比轉數位(A/D)轉換器276。該類比輸入278耦接至輸入電壓VDC (如氣泡「B」所示)。數位輸出280耦接至輸入電壓暫存器224。在操作期間，A/D轉換器276係以提供至電力轉換器104之輸入電壓週期性地更新輸入電壓暫存器224。實例電力轉換器104亦包含具有一類比輸入284及一數位輸出286的A/D轉換器282。類比輸入284耦接至轉換器之輸出電壓，且更具體地係在電感器110與LED 108之間的節點(如氣泡「C」所示)。數位輸出286耦接至輸出電壓暫存器226。A/D轉換器282係以由電力轉換器104提供之輸出電壓之一指示週期性地更新輸出電壓暫存器226。
現在更具體地參照電流控制器244。電流控制器244實施先前引入之PID控制器246及開關控制器266。實例電流控制器244進一步實施一關斷定時器288、一脈衝驅動器290、及一關斷時間控制器292。關斷定時器288耦接至關斷時間暫存器220。基於指示在關斷時間暫存器220中保持之關斷時間的值，關斷定時器288控制由脈衝驅動器290所實施之關斷時間。具體而言，基於來自指示一充電模式之結束的PID控制器246之一信號的確立，關斷定時器288確立至脈衝驅動器290的一信號並保持該信號確立達在關斷時間暫存器220中指示之一時間週期。至脈衝驅動器290之信號的確立導致脈衝驅動器290解除確立至電力開關218的脈衝信號，從而實施一放電模式。一旦從關斷定時器288至脈衝驅動器290的信號被解除確立，脈衝驅動器290確立至電力開關218的脈衝信號，且因此開始一新充電模式。在初始設定的討論後，下文討論更多開關控制器266及關斷時間控制器292。
在初始設定期間，照明微控制器102(圖1)將某些資訊提供給由電力轉換器104使用的複數個暫存器214。例如，照明微控制器102可將指示主電晶體238及參考電晶體240之Ron電阻之比率的一值寫入感測增益暫存器216中，使得電力開關218實施所欲比率。對於一特定的系統設計及設定(例如，預期輸入電壓與預期輸出電壓)，照明微控制器102(圖1)可將一初始值寫入控制暫存器230中，該初始值指示電感器之放電模式之長度與切換式電力轉換器之預期輸出電壓之間的一數學關係。
對於電力轉換器104的適當操作，由關斷定時器288實施的關斷時間(如從關斷時間暫存器220讀取)係基於輸出電壓及在控制暫存器230中的值來週期性地更新。具體而言，在實例實施例中，關斷時間控制器292耦接至並週期性地讀取輸出電壓暫存器226及控制暫存器230。關斷時間控制器292可將在輸出電壓暫存器226中的值(或其一些變量，諸如在一預定時間週期內的平均)除以在控制暫存器230中的值，且所得的結果係指示關斷時間的一值，該值被寫入至關斷時間暫存器220並由關斷定時器288用於下一個放電模式。然而，在電力轉換器104產生輸出電壓之前，照明微控制器102將一值寫入至關斷時間暫存器220中，以使電力轉換器104能夠開始初始操作，且關斷時間控制器292不會進行週期性地更新，直到電力轉換器104已操作達一預定時間週期。
照明微控制器102(圖1)可進一步將一初始值寫入至漣波電流暫存器222，及將一初始值寫入至比例暫存器232。保持在漣波電流暫存器222中的值及在比例存在暫存器232中的值在操作期間係可變的。在相關技術電力轉換器中，電流控制器(例如，電流控制器內的PID控制器)直接更新在漣波電流暫存器222中的值作為控制平均電流的部分。為了與實例實施例中實施的頻率調控相關聯的原因，在操作中，PID控制器246(在電流控制器244內說明性顯示)更新比例暫存器232中的值，其導致漣波電流暫存器222中的值的更新。漣波電流暫存器222中的值與比例暫存器232中的值的關係在下文中相對於頻率控制器294討論更多。電流源268產生與該漣波電流相關之一電流，且電流源268在設定提供給電力開關218之閘極輸入236的脈衝信號的導通時間中起作用，如下文討論更多。
仍然作為初始設定的部分，照明微控制器102可進一步將指示平均電流的一值寫入至平均電流暫存器234中，該值有效地係由電力轉換器104實施之電流控制迴路的設定點。因此，電流源272產生與平均電流相關的一電流，且電流源272在設定提供給電力開關218之閘極輸入236的脈衝信號的導通時間中起作用，如下文討論更多。
圖3根據至少一些實施例顯示時序圖。具體而言，圖300顯示電感器電流隨時間而變動，特別是經過大約1.5個切換週期。圖302顯示隨時間變動之通過主電晶體238的電流。圖304顯示系統內的複數個實例布林信號，且具體顯示提供至電力開關218之閘極輸入236的脈衝信號306、提供至電流開關258之控制輸入260的開關信號308、及由比較器248所產生的一比較信號310。
同時參照圖2及圖3(且具體而言，圖300及圖304)，本說明書現在轉向電力轉換器104的操作，且具體地為電力轉換器104的電流控制迴路。在關斷定時器288之期滿(時間320)時，脈衝信號306係由脈衝驅動器290確立，因此開始一充電模式。電力開關218因此被啟動，且通過電感器的電流開始上升，如圖300所示。在稱為導通時間tON 的一時間週期之後，通過電感器的電流到達一峰值電流，在圖300中稱為IMAX 。當電感器電流在時間322到達峰值電流IMAX 時，觸發關斷定時器288，導致脈衝信號306被解除確立(即，電力開關218變成非導電)，且因此結束充電模式及開始連續放電模式。電力轉換器104保持在放電模式中達一時間週期，在圖3中稱為關斷時間tOFF 。然後以下一個充電模式重複該循環。
對於一恆定輸入電壓及恆定輸出電壓，當在一穩態條件下提供設定點平均電流時，導通時間tON 及關斷時間tOFF 將係恆定的。然而，改變物理條件可造成變化。例如，環境溫度變化可以改變電感器110的有效電感。環境溫度變化可能會改變至LED之引線的阻抗。輸入電壓可變化。輸出電壓可基於輸入電壓中的改變而變化，或輸出電壓可基於隨著LED被切換導通及關斷的LED 108的數目的改變而改變。
為了在物理條件變化的情況下提供設定點平均電流，電力轉換器104控制數個變量。例如，可藉由調整峰值電流IMAX 位準，將導通時間tON 從充電模式調整至充電模式。同樣地，可基於輸出電壓週期性地調整關斷時間tOFF 。導通時間tON 與關斷時間tOFF 之各者將依次解決。
導通時間tON 可係概念上分為第一週期t1及第二週期t2，如圖3所示。當脈衝信號306被確立且電力開關218變成導通時開始第一週期t1開始，且該第一週期在通過電感器的電流達到一中點電流318時結束。第二週期t2在通過電感器的電流達到中點電流318時開始，且在電流在時間322處到達峰值電流IMAX 時結束。當第一週期t1的長度匹配第二週期t2的長度時，從數學上而言，中點電流318係提供至LED 108的平均電流IAVG 。電力轉換器104(且具體而言PID控制器246)因此監測第一週期t1的長度及第二週期t2的長度，且調控系統以在穩態操作下使第一週期t1的長度匹配第二t2的長度。
由實例電力轉換器104實施的電流控制可稱為恆定漣波平均電流控制。在此類系統中，峰值電流IMAX 經控制以控制平均電流。漣波電流、平均電流IAVG 、與峰值電流IMAX 之間的關顯示於圖300中。具體而言，在穩態操作中，峰對峰電流值如所示係漣波電流的兩倍(即，2 * IRIP )。因此漣波電流IRIP 與峰值電流IMAX 之間的關係IMAX 係IAVG 加IRIP 。從概念上講，在過渡循環期間，當第一週期t1的長度不等於第二週期t2的長度時，PID控制器246在緊隨其後的關斷時間期間調整比例暫存器232中的值，其導致指示在漣波電流暫存器222中之漣波電流之值的調整。對指示漣波電流之值的調整導致峰值電流IMAX 的調整，以試圖在下一個導通時間tON 強制使t1的長度等於t2的長度。例如，若在一第一充電模式中第一週期t1的長度大於第二週期t2的長度，則表示漣波電流的值增加(即，峰值電流IMAX 增加)，以在下一個充電模式中試圖延長第二週期t2。相反地，若在一第一充電模式中第一週期t1的長度小於第二週期t2的長度，則表示漣波電流的值減少(即，峰值電流IMAX 減少)，以在下一個充電模式中試圖縮短第二週期t2。
在轉換至藉由電力轉換器104測量第一週期t1與第二週期t2之長度的實例實施方案之前，短暫地轉而注意圖302。再次，圖302顯示通過主電晶體238的電流。當脈衝信號306經確立時(即，當開始一充電模式時)，參考電晶體240與主電晶體238兩者變成導通。由於在系統100內的寄生電容，最初可能有高湧入電流，其在一些情況中甚至可能超過預期的平均電流IAVG 。湧入電流並不能真正指示電感器電流(如圖300所示)，且因此，為了避免比較器248的錯誤指示，實例系統可實施一遮沒時間tBLANK 。
仍同時參照圖2及圖3，根據實例實施例，導通時間tON 的長度係藉由電流控制器244使用比較器248、電流開關258、及電流源268及272的組合來測量。具體而言，在第一週期t1期間，電流開關258關斷或不導通。因此，在第一週期t1期間，在兩個電流源268及272中，僅電流源272耦接至第二比較器輸入254。電流源272驅動與指示保持在平均電流暫存器234中之平均電流的值成比例的電流(即，設定點平均電流)。比較器248因此將主電晶體238之源極上的電壓(其電壓係與通過主電晶體238的電流成比例)與參考電晶體240之源極上的電壓(由電流源272固定的電壓)進行比較。當電壓的量值交叉(指示已達到平均電流IAVG )時，比較器248確立比較器輸出256，如比較信號310所示。一旦比較信號310經確立，則電流控制器244(例如，開關控制器266)確立電流開關258的控制輸入260，從而使電流開關258閉合或導通。
電流開關258的閉合，將電流源268耦接至耦接到第二比較器輸入254的電路中。如圖310中所示，比較器輸出256上的比較信號310因此再次被解除確立，且比較器248繼續將主電晶體238之源極上的電壓與參考電晶體240之源極上的電壓(現在由電流源268及272固定的電壓)進行比較。當電壓的量值再次交叉(指示已達到峰值電流IMAX )時，比較器248再次確立比較器輸出256，如比較信號310所示。比較信號310的第二確立係導通時間tON 的結束及關斷時間tOFF 的開始。出於控制的目的，第一週期t1的長度係由電流控制器244測量作為在脈衝信號306的確立(或等效地，關斷定時器的期滿)與比較信號310的第一確立之間的時間。第二週期t2的長度係由電流控制器244測量作為比較信號310的第一確立與第二確立之間的時間。在一些實例性系統中，PID控制器246接收週期t1及t2之長度的指示，並調整比例暫存器232中的值(其導致調整漣波電流暫存器222中的值)，以在下一個充電模式中試圖平衡週期t1及t2的長度。出於頻率調控的目的，電流控制器244(例如，PID控制器246)亦寫入指示在導通時間暫存器212中之導通時間的值。
現在參照關斷時間tOFF 考量。在實例系統中，隨著輸出電壓(在電感器110與LED 108之間測量)改變，電力轉換器104亦改變關斷時間，以維持一恆定或接近恆定的漣波電流。具體而言，在實例實施例中，指示保持在控制暫存器230內的電感器之放電模式之長度與輸出電壓之間的數學關係的值可初始地設定為預期輸出電壓與預期關斷時間的數學乘積。在操作期間，且隨著實際輸出電壓變化(例如，LED被切換進出電路)，指示在關斷時間暫存器220中的關斷時間的值係週期性地更新，以考量由A/D轉換器282所測量之輸出電壓的變化。因此，隨著輸出電壓改變(或隨著平均輸出電壓改變)，指示關斷時間的值亦藉由關斷時間控制器292的操作而改變。更具體地，若在控制暫存器230中的值維持恆定，則由關斷定時器288所產生的關斷時間係與輸出電壓成反比，以在輸出電壓改變時保持漣波電流恆定。
關於由電流控制器244實施的電流控制迴路，電力轉換器104的操作頻率隨時間改變。例如，若實際平均電流低於設定點平均電流(例如，若第一週期t1短於第二週期t2)，則在下一個充電模式中，導通時間tON 減少且因此操作頻率增加。相反地，若實際平均電流高於設定點平均電流(例如，若第一週期t1長於第二週期t2)，則在下一個充電模式中，導通時間tON 增加且因此操作頻率減少。同樣地，當輸出電壓改變時，電力轉換器104的操作頻率改變。例如，若輸出電壓增加而關斷時間tOFF 減少，因此增加操作頻率。相反地，若輸出電壓減少而關斷時間tOFF 增加，因此減少操作頻率。
相關技術電力控制器之操作頻率可廣泛變化。例如，向一相關技術電源控制器供應50伏特的一輸入電壓VDC ，且輸出電壓在5伏特至45伏特的範圍內變化，則可能經歷+/- 45%的頻率變化。操作頻率的大幅擺動使電雜訊及電磁干擾(EMI)難以抑制。
各種實例實施例以調控電力轉換器104的切換頻率的方式來操作電力轉換器104。具體而言，實例實施例不僅實施上述電流控制迴路(例如，藉由電流控制器244)，亦實施幫助調控電力轉換器之切換頻率的頻率控制迴路。在實例實施例中，頻率控制迴路藉由調整輸出電壓與電感器之放電模式之長度的關係(例如，調整在控制暫存器230中的值)來控制切換頻率。當對控制暫存器230中的值進行調整時，頻率控制迴路亦改變峰值電流IMAX 。
更具體而言，在實例情況中，頻率控制迴路藉由調整控制暫存器230中的值來調控切換頻率，該調整與輸出電壓(例如，預定時間週期內的平均輸出電壓)中的變化成正比，並與輸出電壓的變化成比例地改變峰值電流IMAX 。再更具體而言，在實例情況中，頻率控制迴路藉由與輸出電壓中的變化成正比地調整控制暫存器230中的值且藉由與輸出電壓的變化成正比地改變峰值電流IMAX 來調控切換頻率。在一些情況下，峰值電流IMAX 的變化可基於一比例值(例如，保持在比例暫存器232中的值)。
再次參照圖2。實例電力轉換器104進一步包含通訊地耦接至複數個暫存器214的頻率控制器294。頻率控制器294實施頻率控制迴路。為此，頻率控制器294經設計及建構以讀取及寫入在複數個暫存器214中的各種暫存器。雖然圖2顯示頻率控制器294直接存取各種暫存器，但在其他實施例中，頻率控制器294可經由匯流排控制器210存取暫存器。在實例實施例中，頻率控制器294可具有對輸入電壓暫存器224、輸出電壓暫存器226、控制暫存器230、目標頻率暫存器228、比例暫存器232、漣波電流暫存器222、導通時間暫存器212、及關斷時間暫存器220的讀取存取。此外，實例頻率控制器294可具有對控制暫存器230及漣波電流暫存器222的寫入存取。
在實例實施例中，頻率控制器294藉由調整控制暫存器230中的值來調控切換頻率。更具體而言，頻率控制器294讀取指示在該目標頻率暫存器228中之目標頻率的值。頻率控制器294監測電力轉換器104的切換頻率。例如，頻率控制器294可藉由讀取導通時間暫存器212中的值及關斷時間暫存器220中的值來直接感測切換頻率中的變化(例如，該等值的總和係切換週期，而該總和的倒數係切換頻率)。頻率控制器294可藉由讀取輸入電壓暫存器224來藉由感測輸入電壓中之變化而間接感測切換頻率之變化。頻率控制器可藉由讀取輸出電壓暫存器226來藉由感測輸出電壓中之變化而間接感測切換頻率之變化。
無論頻率控制器294如何判定切換頻率已改變，當切換頻率指示調控係所欲時，頻率控制器294調整控制暫存器230中的值。在一些情況中，頻率控制器294使電流控制器244(例如，關斷時間控制器292)基於對控制暫存器230的變化更新在關斷時間暫存器220中的值，但在其它情況中，頻率控制器294亦在控制暫存器230進行一變化時更新關斷時間暫存器220，以避免對於關斷時間暫存器220之更新的任何延遲。
如圖3所暗示及相關討論，該等控制變量係全部關聯的，使得一個控制變量中的一變化可導致其他控制變量的變化，以實現在恆定漣波平均電流控制中的穩態操作。由頻率控制器294對關斷時間tOFF 的調整最終將藉由電流控制迴路之操作導致峰值電流IMAX 的變化。若沒有輔助，則可能需要電流控制迴路數個切換週期才能達到正確的峰值電流IMAX 。因此，在一些實例實施例中，當頻率控制器294進行調整以調控切換頻率時，頻率控制器294亦使峰值電流IMAX 產生變化。在一個實例情況中，頻率控制器294藉由修改在漣波電流暫存器222中的值來改變峰值電流IMAX 。具體而言，當頻率控制器294修飾在控制暫存器230中的值時，頻率控制器294同時地修改漣波電流暫存器222中的值。在實例情況中，在漣波電流暫存器222中的值係在控制暫存器230中之值與比例暫存器232中之值的乘積。因此，當藉由頻率控制迴路修改控制暫存器230中的值以影響頻率變化時，在漣波電流暫存器222中的值係同時且自動地修改，而不影響比例暫存器232中的值(其由電流控制迴路控制)。在漣波電流暫存器222中之值與在控制暫存器230中之值的變化的同時變化係為什麼在實例實施例中電流控制迴路將比例暫存器232更新作為平均電流控制的一部分而不是直接更新漣波電流暫存器222中之值的原因。由頻率控制器294實施的峰值電流IMAX 的變化可被視為幫助電流控制迴路提供設定點平均電流的一前饋變化或調整。
此外，給定控制變量與事實相互關聯的情況下，電流控制器244與頻率控制器294(例如，漣波電流暫存器222與關斷時間暫存器220)兩者控制數個變量，以減少或避免電流控制器244與頻率控制器294之間的非所欲交互作用，兩個控制器可以不同頻率更新控制變量。例如，在一些系統中，在各導通時間tON 結束之後(即，在連續的關斷時間tOFF 期間)，電流控制器244可修改比例暫存器232中的值(例如，在瞬態條件期間)。因此，電流控制器244可以電力轉換器104的切換頻率(例如，100千赫(kHz)或更高)來更新。為了使漣波電流暫存器222中的值的變化與比例暫存器232中的值的變化同時發生，頻率控制器294亦可在一連續關斷時間tOFF 期間更新漣波電流暫存器222中的值。
相比之下，頻率控制器294可進行調整，以一較低速率控制電力轉換器104的切換頻率(例如，當電力轉換器104的切換頻率係100 KHz時為1 kHz)。以此方式，減少或避免電流控制器244與頻率控制器294之間的非所欲交互作用。
在一些實施例中，頻率控制器294作用以控制開迴路感測中的切換頻率。例如，從數學上可以看出，藉由以下方程式可良好地近似控制暫存器230中的值，以使切換頻率在或接近目標頻率： VOUT *TOFF = (VDC -VOUTNEW )/VDC /target_frequency    (1) 其中「VOUT *TOFF 」係被放置在控制暫存器230中的值，VDC 係目前存在的輸入電壓，VOUTNEW 係目前存在的輸出電壓(在電感器與LED之間測量)，且target_frequency係目標頻率(例如，保持在目標頻率暫存器228中)。因此，在一些實施例中，頻率控制器294週期性地讀取各種暫存器，並更新控制暫存器230中的值以調控切換頻率為在或接近目標頻率。然而，在其他情況中，頻率控制器294作用以控制閉迴路感測中的切換頻率。
圖4顯示根據至少一些實施例之頻率控制器294的一方塊圖。為了圖式的方便，圖4亦顯示關斷時間暫存器220、導通時間暫存器212、目標頻率暫存器228、比例暫存器232、控制暫存器230、及漣波電流暫存器222。實例頻率控制器294經由PID方塊400實施一些形式的比例積分微分(PID)控制。例如，PID方塊400可實施僅比例控制、僅積分控制、比例積分控制、及其他變化。PID方塊400將經由求和方塊402產生的一誤差信號作為輸入。求和方塊402基於指示切換頻率之值與目標頻率(諸如讀取目標頻率暫存器228)而產生誤差信號。在圖4的實例情況中，指示切換頻率的值係藉由讀取關斷時間暫存器220而獲得，但如上所討論，指示切換頻率的值係從關斷時間暫存器220及導通時間暫存器212導出。具體而言，實例頻率控制器294讀取在關斷時間暫存器220中的值及在導通時間暫存器212中的值。實例控制器對兩個值求和，諸如經由求和方塊404。求和具有與切換週期成比例的一結果。切換週期與切換頻率係反相關，且因此從概念上講，可藉由將切換週期取倒數(諸如倒數方塊406)來產生指示切換頻率的值。
然後由倒數方塊406產生之切換頻率的指示可被用來產生指示切換頻率與目標頻率之間的誤差的誤差信號。具體而言，在實例系統中，頻率控制器294讀取目標頻率暫存器228中的值，並基於切換頻率與目標頻率之間的差產生誤差信號(例如，藉由求和方塊208)。然後誤差信號變成至PID方塊400的一輸入。基於誤差信號，PID方塊400更新在控制暫存器230中的值。基於輸出電壓，更新控制暫存器230中的值導致關斷時間暫存器220中之值的變化。因此，實例頻率控制器294將最終安定在其中切換頻率匹配或接近地匹配保持在目標頻率暫存器228中之目標頻率的穩態條件下。
圖4之實例頻率控制器294亦顯示一實例系統，該實例系統用以藉由修改在漣波電流暫存器222中的值來改變通過電感器的峰值電流。具體而言，實例系統實施一乘法器410。乘法器耦接至比例暫存器232中的值及PID方塊400之輸出(或替代地，控制暫存器230中之值)。顧名思義，乘法器410產生與在比例暫存器232中之值與控制暫存器230中之值之乘積成比例的輸出。乘法器410之乘積係寫入至漣波電流暫存器222的值。因為頻率控制器294與輸出電壓中的改變成比例地改變控制暫存器230中的值(以調控頻率)，因此實例乘法器410同樣與輸出電壓成比例地改變漣波電流暫存器222中的值為。
因此，藉由使電流控制迴路調整比例暫存器232中之值，以導致在漣波電流暫存器222中之值的變化，可基於控制暫存器230中之值來實施峰值電流控制的前饋態樣。圖4之實例頻率控制器294僅係一實例一實施方案。所屬技術領域中具有通常知識者，在本揭露之益處下可設計根據本揭露產生令人滿意的結果的實施方案。
再次參照圖2。作為電流控制迴路與頻率控制迴路操作的兩個相互作用的一實例，考慮其中電力轉換器104係在一穩態條件下操作並提供一輸出電壓的一情況(例如，輸出電壓係恆定，輸入電壓係恆定，峰值電流IMAX 係恆定，且切換頻率係恆定)。現在考慮輸出電壓增加(例如，將額外LED切換至電路中)。電流控制器244(例如，關斷時間控制器292)降低關斷時間暫存器220中的值。在關斷時間暫存器220中較低的值導致較短的關斷時間，且因此(暫時)導致較高的切換頻率。此外，電流控制器244修改比例暫存器232中的值，其導致對漣波電流暫存器222中之值的修改，以達到設定點平均電流。頻率控制器294比電流控制器244運行電流控制迴路較不頻繁地運行頻率控制迴路，最終看到切換頻率增加。基於切換頻率的增加，頻率控制器294增加控制暫存器230中的值，使得關斷時間暫存器220中的值再次降低。同時，頻率控制器294增加漣波電流暫存器222中的值，其導致較高的峰值電流IMAX 。亦即，控制暫存器230中之值的增加導致乘法器410產生大於先前的一乘積，且該新乘積被寫入至漣波電流暫存器222。以此方式，電力轉換器104的切換頻率被減少至更接近目標頻率暫存器228中的目標頻率。如上所討論，頻率控制器294可在開迴路感測中進行步階變化，以使切換頻率更接近目標頻率。在其他情況中(例如，圖4)，頻率控制器294可在頻率控制器294的數個操作循環期間藉由PID方塊400之操作來強制切換頻率匹配目標頻率。
現在考慮相對的情況。亦即，考慮其中電力轉換器104係在一穩態條件下操作並提供一輸出電壓的一情況下，且接著輸出電壓減少(例如，LED被切換出電路)。電流控制器244(例如，關斷時間控制器292)增加關斷時間暫存器220中的值。在關斷時間暫存器220中的增加值導致較長的關斷時間，且因此(暫時)導致較低的切換頻率。此外，電流控制器244修改比例暫存器232中的值，其導致對漣波電流暫存器222中之值的修改，以達到設定點平均電流。頻率控制器294比電流控制器244運行電流控制迴路較不頻繁地運行頻率控制迴路，最終看到切換頻率降低。基於切換頻率的降低，頻率控制器294減小控制暫存器230中的值，使得關斷時間暫存器220中的值再次增加。同時，頻率控制器294減少漣波電流暫存器222中的值，其導致較低的峰值電流IMAX 。亦即，控制暫存器230中之值的減少導致乘法器410產生小於先前的一乘積，且該新乘積被寫入至漣波電流暫存器222。以此方式，電力轉換器104的切換頻率上升至更接近目標頻率暫存器228中的目標頻率。如上所討論，頻率控制器294可在開迴路感測中進行步階變化，以使切換頻率更接近目標頻率。在其他情況中(例如，圖4)，頻率控制器294可在頻率控制器294的數個操作循環期間藉由PID方塊400之操作來強制切換頻率匹配目標頻率。
到此為止的各種實施例已經假定基於向上讀取及更新暫存器來實施對關斷時間的調整與對峰值電流的變化。然而，所屬技術領域中具有通常知識者在本揭露的利益下可以多種不同方式來實施該系統。例如，可藉由與電流源272並聯耦接的一額外受控電流源來實施對峰值電流的變化。該額外受控電流源將產生一電流，該電流經選擇以實施由頻率控制迴路實施之峰值電流中的變化。同樣地，為了更佳地控制切換頻率，關斷時間的調整可藉由直接操控關斷定時器288來實施。
圖5根據至少一些實施例顯示一方法。具體而言，該方法開始(方塊500)並包含：以一切換頻率操作該切換式電力控制器，該切換頻率係可變的，各切換週期包含該切換式電力轉換器之一電感器的一充電模式及該電感器的一放電模式(方塊502)；藉由控制該電感器的各充電模式中的峰值電流來藉由一電流控制迴路控制由該切換式電力轉換器提供的平均電流(方塊504)；及藉由一頻率控制迴路調控該切換式電力轉換器的該切換頻率(方塊506)。調控該切換頻率可包含：調整輸出電壓與該電感器之放電模式之一長度的一關係(方塊508)；及在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流(方塊510)。之後，該方法結束(方塊512)，可能會立即重新開始。
上述討論係意欲說明本發明的原理及各種實施例。一旦完全理解上述的揭露，許多變化與修改對於所屬技術領域中具有通常知識者來說將變得明顯。其意圖係將下列申請專利範圍係解釋成涵蓋所有此類變更與修改。
100:系統 102:照明微控制器 104:電力轉換器 106:通訊通道 108:LED 110:電感器 112:飛輪二極體 114:平滑化電容器 116:PCB 118:VDC 輸入 120:開關節點 122:電壓感測輸入 200:封裝積體電路(IC) 202:輸入電壓端子 204:輸出電壓端子 206:切換節點端子 208:匯流排介面；求和方塊 210:匯流排控制器 212:導通時間暫存器 214:暫存器 216:感測增益暫存器 218:電力開關 220:關斷時間暫存器 222:漣波電流暫存器 224:輸入電壓暫存器 226:輸出電壓暫存器 228:目標頻率暫存器 230:控制暫存器 232:比例暫存器 234:平均電流暫存器 236:閘極輸入 238:主電晶體 240:參考電晶體 242:控制輸入 244:電流控制器 246:比例積分微分(PID)控制器 248:比較器 252:第一比較器輸入 254:第二比較器輸入 256:比較器輸出 258:電流開關 260:控制輸入 262:第一開關引線 264:第二開關引線 266:開關控制器 268:電流源 270:控制輸入 272:第二電流源；電流源 274:控制輸入 276:類比轉數位(A/D)轉換器 278:類比輸入 280:數位輸出 282:A/D轉換器 284:類比輸入 286:數位輸出 288:關斷定時器 290:脈衝驅動器 292:關斷時間控制器 294:頻率控制器 300:圖 302:圖 304:圖 306:脈衝信號 308:開關信號 310:比較信號 318:中點電流 320:時間 322:時間 400:PID方塊 402:求和方塊 404:求和方塊 406:倒數方塊 410:乘法器 500:方塊 502:方塊 504:方塊 506:方塊 508:方塊 510:方塊 512:方塊 B:氣泡 C:氣泡 IAVG :平均電流 IMAX :峰值電流 IRIP :漣波電流 t1:第一週期；週期 t2:第二週期；週期 tBLANK :遮沒時間 tOFF :關斷時間 tON :導通時間 VDC :電壓源；輸入電壓
為了詳細描述實例實施例，現將參考隨附圖式，其中： [圖1]顯示根據至少一些實施例的用於操作LED之系統的方塊圖； [圖2]顯示根據至少一些實施例之一電力轉換器104的一電氣方塊圖； [圖3]顯示根據至少一些實施例的時序圖； [圖4]顯示根據至少一些實施例之頻率控制器的一方塊圖；及 [圖5]根據至少一些實施例顯示一方法。 定義
各種用語係用以指涉特定的系統組件。不同的公司可使用不同名稱指涉一組件，本文件不打算區別名稱不同但功能無不同的組件。在下列討論及申請專利範圍中，用語「包括(including)」及「包含(comprising)」係以開放方式使用，且因此應理解為意指「包括，但不限於…(including, but not limited to…)」。同樣地，用語「耦接(couple或couples)」係意欲意指間接連接或直接連接。因此，若一第一裝置耦接至一第二裝置，則該連接可係通過直接連接或通過經由其他裝置及連接的間接連接。
當用語「輸入(input)」及「輸出(output)」用作名詞時係指連接(例如，電氣、軟體)，且不應理解為需要動作的動詞。例如，一定時器電路可定義一時脈輸出。該實例定時器電路可在時脈輸出上產生或驅動一時脈信號。在直接以硬體實施的系統(例如，在一半導體基材上)中，此等「輸入」及「輸出」界定電氣連接。在以軟體實施的系統中，此等「輸入」與「輸出」界定分別由實施該功能之指令讀取或寫入的參數。
「控制器(controller)」應單獨或組合地意指個別電路組件、特定應用積體電路(application specific integrated circuit, ASIC)、具有控制軟體的微控制器、數位信號處理器(digital signal processor, DSP)、具有控制軟體的處理器、或現場可程式閘陣列(field programmable gate array, FPGA)。該控制器經組態以回應於該等輸入而讀取輸入並驅動輸出。
「長度(length)」應意指一時間長度，且不應意指一距離測量。
100:系統
102:照明微控制器
104:電力轉換器
106:通訊通道
108:LED
110:電感器
112:飛輪二極體
114:平滑化電容器
116:PCB
118:VDC輸入
120:開關節點
122:電壓感測輸入

Claims (12)

  1. 一種操作一切換式電力轉換器的方法，該方法包含： 以一切換頻率操作該切換式電力轉換器，該切換頻率係可變的，各切換週期包含該切換式電力轉換器之一電感器的一充電模式及該電感器的一放電模式； 藉由控制該電感器的各充電模式中的峰值電流來藉由一電流控制迴路控制由該切換式電力轉換器提供的平均電流；及 藉由以下來藉由一頻率控制迴路調控該切換式電力轉換器的該切換頻率： 調整輸出電壓與該電感器之放電模式之一長度的一關係；及 在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流。
  2. 如請求項1之方法： 其中調整輸出電壓與放電模式之該長度的該關係進一步包含與輸出電壓中的一變化成比例地調整；及 其中在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流進一步包含與輸出電壓中的該變化成比例地改變。
  3. 如請求項1之方法，其中調整輸出電壓與放電模式之該長度的該關係進一步包含修改該切換式電力轉換器之一電力控制器的一控制暫存器中的一值，該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式的該長度與該輸出電壓之間的一數學關係。
  4. 如請求項1之方法，其中在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流包含： 修改該切換式電力轉換器之一電力控制器的一控制暫存器中的一值，該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式的該長度與該輸出電壓之間的一數學關係；及 修改在該電力控制器之一漣波電流暫存器中的一值，其中在充電模式期間通過該電感器的該峰值電流係基於在該漣波電流暫存器中的該值來控制。
  5. 如請求項1之方法： 其中調整輸出電壓與放電模式之該長度的該關係進一步包含修改該切換式電力轉換器之一電力控制器的一控制暫存器中的一值，該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式的該長度與該輸出電壓之間的一數學關係； 其中在充電模式期間改變通過該電感器的峰值電流進一步包含修改在該電力控制器之一漣波電流暫存器中的一值，其中該峰值電流係基於在該漣波電流暫存器中的該值來控制。
  6. 如請求項1之方法，其中在調整輸出電壓與放電模式之該長度的該關係之前，及在充電模式期間改變通過該電感器之該峰值電流之前，該方法進一步包含更新指示在該切換式電力轉換器中的一關斷時間暫存器中保持的關斷時間的一第一值，該更新基於輸出電壓的一變化及該切換式電力轉換器的一控制暫存器中的一值，在該控制暫存器中的該值定義該電感器之放電模式之該長度與該輸出電壓之間的一數學關係。
  7. 一種用於驅動發光二極體(light-emitting diode, LED)的一切換式電力轉換器的控制器，該控制器包含： 一輸入電壓端子、一輸出電壓端子、一切換節點端子、及一匯流排介面； 一匯流排控制器，其耦接至該匯流排介面； 一平均電流暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該平均電流暫存器經組態以保持指示一設定點平均電流的值； 一漣波電流暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該漣波電流暫存器經組態以保持指示漣波電流的一值； 一關斷時間暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該關斷時間暫存器經組態以保持指示一電感器之放電模式之關斷時間的一值； 一控制暫存器，其可由該匯流排控制器存取，該控制暫存器經組態以保持指示該電感器之放電模式之一長度與該切換式電力轉換器之一輸出電壓之間的一數學關係的一值； 一電力開關，其具有耦接至該切換節點端子的第一引線、耦接至該輸入電壓端子的一第二引線、及一控制輸入； 一電流控制器，其耦接至該漣波電流暫存器，該電流控制器經組態以藉由控制該電感器的充電模式期間的峰值電流來控制由該切換式電力轉換器提供的一平均電流； 一頻率控制器，其耦接至該控制暫存器、該關斷時間暫存器、及該漣波電流暫存器，該頻率控制器經組態以藉由將該頻率控制器組態成以下來調控該切換式電力轉換器的切換頻率： 調整指示該電感器之放電模式之該長度與該切換式電力轉換器之該輸出電壓之間之該數學關係的該值；及 在該電感器之充電模式期間改變該峰值電流。
  8. 如請求項7之控制器： 其中當該頻率控制器調整該輸出電壓與放電模式之該長度的該關係時，該頻率控制器進一步經組態以與輸出電壓中的一變化成比例地調整；及 其中當該頻率控制器在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器進一步經組態以與該輸出電壓中的該變化成比例地改變。
  9. 如請求項7之控制器，其中當該頻率控制器在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器進一步經組態以修改在該漣波電流暫存器中的該值，且其中在充電模式期間通過該電感器之該峰值電流基於該漣波電流暫存器中的該值控制。
  10. 一種用於操作一發光二極體(LED)的系統，該系統包含： 一照明微控制器； 一切換式電力轉換器，其通訊地耦接至該照明微控制器； 一LED，其經由一電感器耦接至該切換式電力轉換器； 該切換式電力轉換器經組態以： 在一切換頻率下操作，該切換頻率係可變的，且該操作使用該電感器之放電模式的一長度，放電模式的該長度可基於該切換式電力轉換器之一輸出電壓而改變； 藉由一電流控制器控制提供至該LED的平均電流，該電流控制器經組態以藉由在充電模式期間控制通過該電感器的峰值電流來控制平均電流；及 藉由將一頻率控制器組態成以下來藉由該頻率控制器調控該切換式電力轉換器的該切換頻率： 調整該輸出電壓與放電模式之該長度的一關係；及 在充電模式期間改變通過該電感器的一峰值電流。
  11. 如請求項10之系統： 其中當該頻率控制器調整該輸出電壓與放電模式之該長度的該關係時，該頻率控制器進一步經組態以與該輸出電壓中的一變化成比例地調整；及 其中當該頻率控制器在充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器進一步經組態以與該輸出電壓中的該變化成比例地改變。
  12. 如請求項10之系統，其中該切換式電力轉換器進一步包含： 一漣波電流暫存器，其可由該照明微控制器存取，該漣波電流暫存器經組態以保持指示漣波電流的一值；及 其中當該頻率控制器在該等充電模式期間改變通過該電感器的該峰值電流時，該頻率控制器進一步經組態以修改在該漣波電流暫存器中的該值，且其中在該等充電模式期間通過該電感器之該峰值電流係基於該漣波電流暫存器中的該值來控制。
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