电源调节模块制造技术

本实用新型专利技术涉及用于为电负载供电的装置。本实用新型专利技术提供了用于调节由驱动器模块提供给电负载的电流的装置的各种实施方案。对于至少一个实施方案，该驱动器模块可包括向LED单元提供电力的DC/DC降压转换器。根据至少一个实施方案，调节模块可操作以指示和调节用于控制降压转换器模块的操作的驱动器模块的第一开关和第二开关中的每一者被配置为第一操作状态和第二操作状态中的至少一者所处的时间段，使得由该降压转换器模块在给定周期内提供给LED单元的最大电流和最小电流对称地设置于在操作周期期间提供给该LED单元的平均电流附近，其中所提供的平均电流基本上等于该LED单元的目标电流。

Power regulation module

【技术实现步骤摘要】
电源调节模块本申请是2018年7月27日递交的申请号为201821205536.7，技术名称为“用于为电负载供电的装置”的分案申请，而后者是2017年10月13日递交的申请号为201721321458.2，技术名称为“用于为电负载供电的装置”的分案申请。
概括而言，本技术涉及用于为电负载供电的装置。该技术可应用于电子设备诸如发光二极管(LED)照明应用中，以及应用于需要控制用于驱动LED单元和类似类型负载的平均电流的其他应用中。
技术介绍
如今，LED照明在汽车、工业和其他照明应用中得到广泛的认可。众所周知，LED照明通常需要较少的能量就能产生期望的光量，其中光量通常用流明表示，并且沿着相关的色温范围通常用凯氏(Kelvin)度数表示。在一些LED应用诸如汽车前照灯应用中，通常使用一般介于4至50V之间的相对较高的LED电压和一般介于100mAmp至3Amp之间的较高电流。这种LED系统通常用于在以凯氏度数为单位的色温下在给定范围内产生一定范围的流明，这是驾驶员无法明显察觉到的。然而，所产生的光的量和温度范围可根据操作、用户偏好和其他考虑而变化。应当理解，LED单元所产生的光通常与用于驱动LED单元的电流成比例。给定这些电压、电流、流明和温度范围，对流经LED的电流进行调节是非常重要的。如图1所示，目前用于调节流经大功率LED单元的电流的一个公用电路100利用包括类似电源102的电路，该电路连接到DC/DC降压转换器模块104。降压转换器模块104通常包括促进电能的存储和放电的线圈和电容器，这些固有能力降压转换器在本文中被称为提供能量存储模块。通常，降压转换器模块104和相关的开关部件设置在公用镇流器106中，但是也可单独提供或者作为较大系统或单元的部件提供。这种降压转换器模块104的操作原理和元件在本领域中是众所周知的，本文不再赘述但是以引用方式和以固有方式并入本文。应当理解，图1所示的降压转换器模块的一个或多个部件和/或开关116可由其他已知的电路部件和配置来替换和/或增强。例如，二极管126可由用于同步转换器的N型场效应晶体管(FET)替换。此外，应当理解，例如，如图1和图3所示的降压转换器的一个或多个部件的电特性仅仅是说明性的，并且可被认为是所示实施方案的其他部件的元件。例如，二极管126可被认为是开关306(如图3所示)的寄生二极管。众所周知，输出功率(通常用降压转换器模块104的LED电流ILED和LED电压VLED表示)向一个或多个LED单元108a,b,c-108n提供电力。LED单元108a,b,c-108n可由像素驱动器模块110或类似模块(如果有的话)单独地、共同地或以其间的某种组合方式驱动。像素驱动器模块110可用于通过选择性地断开/闭合无关的一个或多个开关112来在任何给定时间控制任何给定LED单元108a-n是供电还是短路。通常，像素驱动器模块110根据随后所需的照明条件来调整一个或多个开关112的断开/闭合，所述照明条件可根据规定和其他考虑基于环境光传感器、速度、用户偏好来感测、选择或确定。通常，第一开关116(诸如，N沟道或P沟道MOSFET晶体管)用于控制降压转换器模块104的“接通”或“关闭”操作状态。通过降压转换器模块104产生的经过开关116且由此到LED单元108a-n的电流ILED的峰值电流IMAX可使用例如电阻元件118和运算放大器120在降压转换器模块104的输出处感测。在其他实施方案中，通常利用其他形式的电流感测设备和/或模块。由运算放大器感测到的电阻元件118两端的电压反映了在任何给定时间提供给LED单元108a-n的峰值电流IMAX。通过控制第一开关116的各自的“接通”和“关闭”时间，可调节提供给LED单元108a-n的电流ILED。如图所示，降压转换器模块104通常包括具有电感L的线圈122。在高电流LED应用中并且鉴于经济、设计和其他考虑，通常期望降低线圈122的电感L并且消除对通常耗尽太多功率、价格昂贵、在电路板上占用太多物理空间以及考虑到其他限制的任何外部感测元件诸如电阻元件118的需要。理想情况下，需要低成本、低电感的系统，这种系统使用户能够通过降压转换器模块104调节提供给LED单元的平均电流。低成本、低电感的线圈，不包括外部感测元件等，同时保持提供给LED单元的期望平均电流和功率，以及这些LED单元的不同电压需求这些矛盾需要通常被以下情况进一步限制：降低线圈122电感L通常需要增加切换线圈122为“接通”和“关闭”的频率。应当理解，随着线圈122的电感L降低，线圈122的切换频率必须增加，以便保持提供给LED单元108a-n的所需平均电流和可接受波纹电流。进一步限制上述考虑和问题是需要避免在操作期间产生不期望的电磁发射。众所周知，降压转换器会产生电磁辐射(EMR)。高EMR可能会影响汽车中其他电路和部件的操作以及大功率LED单元的其他实施。因此，LED驱动器单元的电磁兼容性(EMC)通常受到高度调节，特别是在机动车辆中。通常，EMC问题会将降压转换器模块的允许频率范围限制在2MHz±5％。因此，目前需要的是不仅要调节LED驱动器单元的平均电流，而且要调节其切换频率。如图2所示，目前已知的电路(诸如，图1所示的示例性电路)通常通过产生纹波电流R来尝试调节大功率LED模块，其中通过将第一开关116切换为“接通”和“关闭”来随着时间的推移控制LED电流ILED的波纹ΔIR。这些时间在图2中由ton和toff示出。这种连续切换产生平均纹波电流ΔIRavg。在图2中，第一开关116的“接通”时间由ton示出。第一开关116的“关闭”时间由toff示出，其与提供给LED单元108a-n的电压VLED成比例。也就是说，对于这些模块设计，通常应当理解，关闭时间toff取决于LED单元108a-n的电压VLED。也就是说，随着VLED增加，toff需要减小以保持电流纹波ΔIRavg恒定，反之亦然。这种关系可以数学方式如下表示，其中L为降压转换器104的线圈122的值：(toffxVLED)/L＝ΔIR。应当理解，按照这些现有技术的方法，不控制切换频率，并且需要不断进行调整才能防止ILED的峰值电流响应于输入到降压转换器104的输入电压VIN、线圈122的特性的变化而不断变化，并且电压需要LED单元108a-n的VLED，其中VLED可根据在任何给定时间“接通”和“关闭”的LED单元的数量变化以及这些LED单元的功率需求而随时间变化。此外，应当理解，这类设计要求线圈122的电感L是已知的并且/或者要求系统被校准(和重新校准)到这种电感。线圈的电感还可随时间并且响应于操作条件而变化。此外，这种常见的方法仅能提供部分解决方案，因为它们仍然要求线圈122的电感L与输入电压和负载紧密匹配以便提供期望的VLED。因此，目前通用的方法不允许驱动器系统适应降压转换器的变化电感/线圈值、在任何给定时间所需的VLED变化、或输入电压VIN变化。因此，需要用于控制大功率DCDCLED驱动器模块的平均电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电源调节模块，其特征在于，所述电源调节模块包括：/n第一比较器模块，所述第一比较器模块耦接至低电流传感器，并被配置为在电源驱动器模块向负载提供的输出电流达到目标最小电流时执行检测并在发生该检测时输出设置信号；/n其中，所述电源驱动器模块在两个或更多个操作周期内操作，该操作周期具有第一时段和在第一时段之后的第二时段；以及/n驱动器控制模块，所述驱动器控制模块耦接至所述第一比较器模块，并被配置为：在接收到所述设置信号时，指示低开关断开和高开关闭合；/n其中，所述第一时段随着所述低开关的断开和所述高开关的闭合而开始；/n在所述第一时段内，电源提供的电力被提供至所述负载并被存储在所述电源驱动器模块中。/n

【技术特征摘要】
20161021 US 62/410,937;20161214 US 15/378,5171.一种电源调节模块，其特征在于，所述电源调节模块包括：
第一比较器模块，所述第一比较器模块耦接至低电流传感器，并被配置为在电源驱动器模块向负载提供的输出电流达到目标最小电流时执行检测并在发生该检测时输出设置信号；
其中，所述电源驱动器模块在两个或更多个操作周期内操作，该操作周期具有第一时段和在第一时段之后的第二时段；以及
驱动器控制模块，所述驱动器控制模块耦接至所述第一比较器模块，并被配置为：在接收到所述设置信号时，指示低开关断开和高开关闭合；
其中，所述第一时段随着所述低开关的断开和所述高开关的闭合而开始；
在所述第一时段内，电源提供的电力被提供至所述负载并被存储在所述电源驱动器模块中。


2.根据权利要求1所述的电源调节模块，其中，通过调节用于下一个操作周期的目标最小电流将所述输出电流调节为在两个或更多个操作周期内的目标电流。


3.根据权利要求1所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
时间段比较模块，所述时间段比较模块耦接至所述第一比较器模块，并被配置为：
将针对当前操作周期的当前时长与针对前一个操作周期的在先时长进行比较以确定操作周期时长的变化；以及
根据确定的操作周期时长的变化，输出时间段信号。


4.根据权利要求3所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
频率调整模块，所述频率调整模块耦接至所述时间段比较模块，并被配置为：
接收所述时间段信号；
确定针对当前操作周期的所述电源驱动器模块的切换频率；
将所确定的切换频率与目标切换频率进行比较；以及
基于该比较的结果，输出电流调整信号。


5.根据权利要求4所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
第一求和模块，所述第一求和模块耦接至所述频率调整模块，并被配置为：
接收所述电流调整信号；
调整用于下一个操作周期的目标最小电流；以及
将用于下一个操作周期的目标最小电流输出至所述第一比较器模块。


6.根据权利要求5所述的电源调节模块，其中，所述第一求和模块通过从目标电流中减去所述电流调整信号来调整用于下一个操作周期的目标最小电流。


7.根据权利要求1所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
第二比较器模块，所述第二比较器模块耦接至高电流传感器，并被配置为在所述输出电流达到目标最大电流时执行检测并在发生该检测时输出重置信号；
其中，所述驱动器控制模块还被配置为：
在从所述第二比较器模块接收到所述重置信号时，指示所述低开关闭合和所述高开关断开；
其中，所述第二时段随着所述低开关的闭合和所述高开关的断开而开始；
在所述第二时段内，所述第一时段内存储在所述电源驱动器模块中的电力被提供至所述负载。


8.根据权利要求7所述的电源调节模块，其中，通过调节用于下一个操作周期的目标最大电流将所述输出电流调节为在两个或更多个操作周期内的目标电流。


9.根据权利要求7所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
时间段比较模块，所述时间段比较模块耦接至所述第一比较器模块，并被配置为：
将针对当前操作周期的第二时段的当前时长与针对前一个操作周期的第二时段的在先时长进行比较；以及
输出时间段信号。


10.根据权利要求9所述的电源调节模块，其中，所述电源调节模块包括：
频率调整模块，所述频率调整模块耦接至所述时间段比较模块，并被配置为：
接收所述时间段信号；
确定针对当前操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP·埃格蒙特，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US