具有主动输出电压放电的升降压转换器的制造方法
具有主动输出电压放电的升降压转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电功率转换器，并且特别地，涉及升降压(buck-boost)转换器。
【背景技术】
[0002]包括升降压转换器的DC/DC转换器可以被用作针对具有具体电流和/或电压需要的负载(诸如发光二极管(LED)链)的驱动器。LED链的光强度由流过它的电流量所控制。一般地，闭环电流发生器可以被用来保持电流恒定。对于具有高电流负载的照明而言，可以使用开关模式的控制器。在要求高效率和高灵活性的应用中，诸如在一些自动照明应用中，可以使用同步升降压DC/DC转换器拓扑结构。
[0003]在自动照明中的一些应用或者其它应用牵涉到由若干LED构成的单个LED链。该数量可以取决于具体应用而变化。LED中的一个或者多个有时可以被绕开，从而暂时地减小该LED链的长度。DC/DC转换器可以控制流过LED链的电流，因为链中不同数量的LED被使用，而输出电压由组成该链的LED的数量和前向电压所设定。
【发明内容】
[0004]一般地，本公开内容的各种示例针对具有主动输出电压放电的电流模式受控的同步升降压DC/DC转换器。本公开内容的各种示例可以主动地将输出电压放电并且使输出处的电压阶跃加速，从而使得输出处的电压阶跃相对独立于负载。本公开内容的各种示例也可以增强达到合期望的电压值的能力，从而除了其它优点之外，降低或者实际上消除了电流过冲(overshoot)的风险。
[0005]—个不例针对操作包括电感、输出电容器和输出的升降压转换器的方法。该方法包括接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。该方法进一步包括使升降压转换器中的控制循环无效。该方法进一步包括应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。该方法进一步包括使得控制循环重新有效。
[0006]另一个示例针对包括电感、输出电容器、输出和控制器的升降压转换器。控制器被配置用于接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。控制器被进一步配置用于使升降压转换器中的控制循环无效。控制器被进一步配置用于应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。控制器被进一步配置用于使得控制循环重新有效。
[0007]另一个示例针对被配置用于控制升降压转换器的集成电路，升降压转换器包括电感、输出电容器和输出。集成电路被配置用于接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。集成电路被进一步配置用于使升降压转换器中的控制循环无效。集成电路被进一步配置用于应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。集成电路被进一步配置用于使得控制循环重新有效。
[0008]在附图和下文的描述中阐述了本发明的一个或者多个示例的细节。本发明的其它特征、目标和优点将根据描述和附图、以及根据权利要求而明显。
【附图说明】
[0009]图1是图示出按照本公开内容的一个示例的升降压转换器和LED链装配的方框图。
[0010]图2是图示出按照本公开内容的一个示例的升降压转换器的输出部分和LED链的方框图。
[0011]图3是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的输出电压比较器部分的方框图。
[0012]图4是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电配置的方框图。
[0013]图5是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复配置的方框图。
[0014]图6是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电监测电路的方框图。
[0015]图7是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复监测电路的方框图。
[0016]图8是图示出按照本公开内容的一个示例的具有电流恢复模式的主动输出电压放电的方法的流程图。
[0017]图9是图示出按照本公开内容的另一个示例的不具有电流恢复模式的主动输出电压放电的方法的流程图。
[0018]图10是图示出按照本公开内容的一个示例的主动输出电压放电的方法的信号图。
[0019]图11是图示出按照本公开内容的一个示例的主动输出电压放电的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]图1是图示出按照本公开内容的一个示例的升降压转换器100和LED链装配140的方框图。LED链装配140包括LED链148和多通道开关链142。升降压转换器100包括电压输入120，和耦合到LED链装配140的电压输出134。升降压转换器100也包括电感110、和以这种关于跨电感110应用不同电路连接的方式耦合到电感110的开关122、124、126和128。升降压转换器100进一步包括输出电容器130和耦合到电压输出134的输出电阻器132。在这个说明性示例中，升降压转换器100进一步包括主动放电控制元件160，其经由反馈电压线152耦合到电压输出134。主动放电控制元件160可以实现将主动放电或者快速放电应用到电压输出134，并且将按照各种说明性示例在下文中进一步描述。
[0021]如上文所记录的，升降压转换器的一些应用(诸如在一些自动照明应用或者其它应用中)具有由若干LED构成的LED链。LED的数量可以取决于具体应用而变化。LED中的一个或者多个可以被绕开，从而缩短LED链并且暂时地减少LED链的长度。诸如升降压转换器那样的DC/DC转换器可以控制流过LED链的电流，而输出电压由组成该链的LED的数量和前向电压所设定。当这些LED中的一个或者多个被绕过并且从而链长度被减小时，DC/DC转换器的输出储槽电容器可以通过剩余的LED放电。这个放电的电流仅由LED其自身的串联电阻所限制，以使得当DC/DC转换器的输出储槽电容器放电通过减少的LED部分时，电流可能是较大的，并且可能会超过LED被设计为可经受的最大电流。由控制器所需的、对这种电流过冲作出反应的时间由闭环带宽限制，以使得控制器可能不足够快地作出反应来阻止足够显著来损坏或者毁坏该LED的电流过冲。
[0022]对于这种电流过冲(以及其超过LED可以经受的最大电流的潜在性)的一个解决方案是停止对负载的能量传输，并且在绕开LED中的一个或者多个之前使LED链对输出电容器进行电流放电以到达最终电压值。然而，由这个放电过程完成所花费的时间典型地是不受控的，因为它仅仅取决于电容器值和LED链的串联电阻的总和。由于升降压转换器中的输出电容器的电容一般是相对高的，所以为了保证低输出电流脉动(ripple)，由这个放电过程所花费的时间可能结果是足够长以导致在该放电期间LED链的光的明显变暗。而且，取决于在链中的LED数量和将被绕开的LED数量，可能不能确保电路达到最终目标的电压，并且因此一旦LED的一部分被绕开，可能不能消除潜在毁坏性的电流过冲，其可能会损坏或者毁坏在缩短的LED链中的剩余LED。
[0023]本公开内容的各种示例针对具有快速、主动输出电压放电的电流模式受控的同步升降压转换器，其可以解决上文讨论的挑战。在本公开内容的各种示例中，诸如在图1的示例中，同步升降压转换器100可以将流过其电感110的电流的方向进行反转，以使得电流通过电感110和输出电阻器117从其输出电容器130流动到地118。通过使用经由电感110的反转电流，升降压转换器100在绕过LED链148中的LED中的一个或者多个之前，主动地将输出电容器130放电，直到在输出134处达到合期望的、新的电压值。在输出134处所达到的合期望的新电压值或者第二输出电压相对应于仅具有LED链148中的LED子集的缩短的LED链的所更改的输出电压需要。因此，可以使具有主动输出电压放电的升降压转换器100与仅允许输出电压在绕开负载的一部分之前被动地放电的其它类型的电路形成对照。
[0024]本公开内容的同步升降压转换器也可以实施状态机，其能够执行由微控制器触发的输出电容器130的快速、主动的放电。微控制器可以在将输出切换到具有更改的输出电压需要的所更改的负载之前(诸如通过绕过LED链140中的LED的一个或者多个)，控制各种开关来改变升降压转换器的配置(如在下文进一步描述的)。本公开内容的主动放电过程可以使用电流模式受控的同步升降压转换器的特征与监测输出134处的输出电压相组合，从而监测何时电压阶跃被断定从第一输出电压到达相对应于所更改的负载(诸如缩短的LED链)的所更改的输出电压需要的第二输出电压。在一些示例中，微控制器可以监测输出134处的输出电压，其指示何时电压阶跃通过常驻的模拟数字转换器(ADC)被断定，从而增强实时通信。在一些示例中，微控制器可以通过将具有电阻分压器和比较器的电路包括在升降压转换器100的控制器中(诸如在图3中所描绘的示例)的灵活的方式来监测输出电压，其指示何时电压阶跃被断定。用于监测和控制升降压转换器100的操作的电路的附加示例在下文中参考图6和7来进一步描述。升降压转换器100可以包括诸如微控制器、模拟数字转换器、具有电阻分压器 和比较器的电路那样的组件，和/或在图1描绘的示例中的主动放电控制元件160中的其它控制组件。
[0025]按照本公开内容的升降压转换器100可以解决上文记录的缺点中的一些或者全部，除了其它潜在示例之外，诸如对于电流过冲的潜在性、对于超过LED可以经受的最大电流的潜在性、对于LED链变暗的潜在性、和LED的潜在毁坏。例如，替代于将输出电容器电压放电通过完整的LED链或者LED链中减少数量的LED，升降压转换器100可以替代地应用从电压输出134通过升降压转换器100的电感110到达地的输出电压的主动放电或者快速放电。这种电压的主动放电可能显著地快于通过完整的或者缩短的LED链的电压的被动放电。升降压转换器100可以接收所更改的输出电压需要的指示，诸如针对减少的数量的LED，并且作为响应，使得电流控制循环或者电压控制循环无效，并且应用主动放电。升降压转换器100可以通过打开和闭合开关122、124、126和128来控制通过电感110的电流的流动，如在下文参考图4和5进一步描述的。一旦完成了主动放电，升降压转换器100可以在输出电容器130处于第二输出电压时重新开始通过电感110到达输出134的前向电流，并且使电流控制循环或者电压控制循环重新有效，从而在输出电容器130处于第二输出电压时在输出134处应用所选择的输出电流。升降压转换器100的这些功能的方面在下文进一步描述。
[0026]作为可适用负载的LED链的示例作为可被变化的电流强烈影响的、具有可变电压需要的负载的应用的说明性示例而被详细地提出。按照本公开内容的升降压转换器100也可以用在牵涉到向具有可变电压需要的负载供应电压的任何其它应用中。在这些示例中，替代于将输出电容器电压放电通过在较高的所需电压的负载或者通过在较低的所需电压的负载，升降压转换器100可以替代地应用通过电感110到达地的快速、主动放电，并且随后在输出电容器130处于第二输出电压时应用并保持在输出134处所选择的输出电流。
[0027]图2是图示出按照本公开内容的示例的升降压转换器的输出部分150和LED链148的方框图。升降压转换器输出部分150包括在输出电容器130和地119之间的电阻器154和156。电阻器154和156被放置在耦合到主动放电控制元件160的反馈电压线152的任何一侧。输出电容器130通过输出电阻器132耦合到输出134。输出134耦合到LED链148和多通道开关链142，其包括针对LED链148中的每个LED的相对应的开关。因此，多通道开关链142控制在给定时间使LED链148中的哪些LED有效。
[0028]图3是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的输出电压比较器部分170的方框图。在一些示例中，在图3的示例中的输出电压比较器部分170可以被包括在图1和2中所示出的主动放电控制元件160的实施方案中。因此，输出电压比较器部分170可以经由反馈电压线152耦合到升降压转换器100的输出134。输出电压比较器部分170包括两个親合到比较器166的输入的模式开关链162、164。在下文进一步描述模式开关链162、164。
[0029]输出电压比较器部分170也包括親合到模式开关链162的输出和比较器166的相对应输入的模式开关电容器165。比较器166的输出167親合到锁存器172的复位输入，而微控制器触发器168耦合到锁存器172的设定输入。锁存器172的输出174是放电使能信号线，其控制升降压转换器100应用输出电压经由反转电流通过电感到达地的主动放电。在一个示例中，输出电压比较器部分170因此可以控制升降压转换器100何时开始和结束输出电压的快速、主动放电，如在下文中进一步描述的。
[0030]模式开关链162、164可以包括电阻分压器，并且每一个包括具有相对应的开关链的电阻器链，使得在每个链中的每个电阻器能够被独立地包括在其电流路径中或者绕开其电流路径。模式开关链162、164也可以被称为电阻分压器链。每个电阻器可以定义代表LED链148中的LED中的一个的前向电压的电压降(以由电阻分压器154-156所衡量的版本)。模式开关链162、164中的一个，例如模式开关链162可以在电压阶跃之前被设定为被包括在如图1和2中的LED链148中的当前数量的LED。换言之，模式开关联162可以包括等于LED链148中的LED数量的若干电阻器，并且模式开关链162中的开关可以全部被设定为切断，以使得模式开关链162被设定为将其电阻器的所有都包括在其电流路径中。
[0031]当前数量的LED可以是在LED链148中的LED的全部，如在上文所讨论的示例中。模式开关链164可以被设定为在其电流路径中包括其电阻器的子集，其中所包括的电阻器的子集等于被包括在具有降低的输出电压需要的新的、缩短的LED链中的LED链148中的LED的数量。模式开关链162因此可以被设定为具有与LED链148的初始负载配置中的LED链148的电压降成比例的电压降，而模式开关链164因此被设定为具有与LED链148的合期望的最终配置或者在应用电压阶跃之后具有其新的、更改的输出电压需要的其它所更改的负载配置中的LED链148的电压降成比例的电压降。在其它示例中，所更改的负载配置可以是具有电压需要的任何负载配置，该电压需要低于具有初始负载配置的电压需要。
[0032]模式开关电容器165可以对模式开关链162的输出电压米样并且保持模式开关链162的输出电压。模式开关链162、164每个可以被复位或者重新编程，以对应于LED链148中的任何当前和新的数量的LED，或者对应于在其它示例中具有更改的电压需要的负载的任何其它类型的电流和新元件。
[0033]当锁存器172应用来自其输出的放电使能信号(例如，锁存器172的输出变大)时，它控制升降压转换器100开启来自输出电容器130的、通过电感110到达地的反转路径中的电流路径(参考图1和2的示例)，从而将通过电感110的电流反转，并且应用来自输出134的输出电压的主动放电。输出电压的主动放电在下文中参考图4进一步描述。可以在一些示例中使用的后续电流恢复步骤在下文中参考图5进行描述。
[0034]因此，两个模式开关链162、164每个具有等于LED链148中的LED的最大数量的若干电阻器，诸如在图2中描绘的示例。在这个示例中，两个模式开关链162、164通过多组并联的可配置开关来分别代表在链中的LED的所选择部分被绕开的之前和之后LED链中初始和最终数量的LED，从而更改输出电压需要。在第一模式开关链162处的、在电压降低之前的电压可以被模式开关电容器165采样，并且用作针对第二模式开关链164的参考，第二模式开关链164以缩短的LED链的新的LED数量以及相对应的更改的输出电压需要来编程。在其它示例中，升降压转换器100可以使用合适的时序仅采用单个模式开关链(或者电阻分压器链)，诸如通过首先对具有初始负载配置(例如，在负载中的LED的初始数量)的模式开关链中的电压进行采样，并且随后使用更改的负载配置(例如，在负载中的新LED数量)对模式开关链进行编程。
[0035]当LED链中的LED中的一个将被绕开时，升降压转换器100的微控制器可以向DC/DC转换器控制器发送触发器命令，从而进入快速放电(或者主动放电)操作状态。这个快速放电操作状态可以使用与当升降压转换器100处于降压模式的同步再循环时相同的开关配置。微控制器可以使用这个快速放电操作状态来应用跨电感110的负电压降，以便很快地减少供应给输出134的电流并且将其反转，从而快速地将输出电容器130放电，而不用应用通过LED链148的电压放电。这个快速放电操作状态的示例在图4中描绘出。
[0036]图4是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电配置的方框图。图5是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复配置的方框图。图4和5两者示出包括输入120、电感110、地118、输出134、输出电容器130和开关122、124、126和128的升降压转换器100的一部分。在图4中示出的主动放电配置中，开关124和126是闭合的而开关122和128是断开的，从而将电感110与输入120隔绝，并且构建在输出134和地118之间的、流过电感110的电流路径。电流的流动路径177被描绘成通过电感110从输出电容器130到达地118的反转电流流动的抽象代表。
[0037]在这个示例中，一旦达到了电感110中的电流限制(例如，如采用电感电流感测电阻器所确定)，电流限制比较器(或者“CurrLim_Comp”)可以将命令针对升降压转换器100的驱动器的锁存器进行复位，并且将升降压转换器100置于电流恢复配置，如在下文中参考图6进一步描述的。在这个电流恢复配置中，开关122、124、126和128全部被从它们在图5中示出的主动放电配置的状态逆转。开关122和128是闭合的，而开关124和126是断开的，从而将电感110与输出134隔绝，并且建立通过电感110从输入120到达地118的电流路径。图6将电流的流动路径179示作通过电感110在输入120和地118之间的电流流动的抽象代表。
[0038]在图5中示出的电流恢复配置可以与在升压模式中用于为电感110通电的配置相同。这个电流恢复配置将等于输入120处的输入电压Vin的正电压降应用到电感11 0。以这种方式，电感110可以安全地离开电流限制条件。升降压转换器100可以根据需要继续在主动放电和电流恢复的两种条件之间进行切换，直到基于来自时钟和电流限制信号的命令(诸如在图6中所描述的示例)，达到了输出134处的目标电压为止。
[0039]图6是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电监测电路180的方框图。主动放电监测电路180包括电流限制比较器182，其可以充当如上文中参考图4和5讨论的电流限制比较器，并且可以参考电流限制参考，比较通过电感110的电流。电流限制比较器182的输出184耦合到锁存器188的复位输入，锁存器188使其设定输入耦合到时钟信号线186，并且其输出190耦合到针对升降压转换器100的驱动器逻辑。耦合到输出190的驱动器逻辑可以控制开关122、124、126和128，以使得主动放电监测电路180能够在主动放电配置、电流恢复配置和正常操作模式之间控制开关122、124、126和128的配置。
[0040]因此，主动放电监测电路180可以在主动放电和电流恢复和/或正常操作配置的条件下控制升降压转换器100的操作。图6的比较器182可以因此在锁存器188将升降压转换器100设定为主动放电配置之后应用在输出184处的输出信号来复位锁存器188，从而将升降压转换器100在图4和5中示出的开关配置和电流流动路径之间进行切换。在这个示例中，如图6中的时钟信号输入186可以触发锁存器188的设定输入，并且应用图4中示出的主动放电配置，并且来自比较器182的高输出可以触发锁存器188的复位输入，并且应用图5中示出的电流恢复配置或者在不同示例中的正常操作配置。电流限制比较器182可以具有升降压转换器100的正常升压操作中为升压功能而限制电流的重叠功能。
[0041]升降压转换器100可以在电流恢复状态中执行与当其担任具有最大占空比的升压转换器时所作出的相同的操作。电流恢复操作可以将通过电感110的反转电流流动逆转，并且从负电流恢复到正电流。
[0042]图7是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复监测电路200。图7的电流恢复监测电路200可以在电流恢复状态期间监测升降压转换器100中的电流恢复，并且一旦在电感中的电流已经恢复为正，使得升降压转换器100离开电流恢复状态，并且返回到正常操作。电流恢复监测电路200也可以包括电流中的小偏移量，从而计及感测所给定的电流和使得升降压转换器100中的操作状态的过渡之间的延迟。
[0043]图7的电流恢复监测电路200包括零电流比较器202 (或者“ZeroCurr_Comp”)，其比较通过电感电流感测电阻器117的电流，电感电流感测电阻器117作为针对通过电感110的电流的代理，与零电流参考相比较。零电流比较器202的输出204耦合到零电流比较器锁存器208的复位输入，零电流比较器锁存器208使其设定输入耦合到放电使能信号线174，如上文所讨论的。输出210耦合到针对升降压转换器100的负电流控制线。以这种方式，一旦电感电流已经返回为正，电流恢复监测电路200可以将升降压转换器100返回到正常操作。
[0044]因此，升降压转换器100可以继续在主动放电和电流恢复配置之间进行交替，如由图6的主动放电监测电路180中针对锁存器188的时钟和电流限制信号输入所控制的，直到升降压转换器100达到输出134处的目标电压。在主动放电状态中，一旦达到了电流限制，升降压转换器100在如图4和5中所示出的开关122-128的两个配置之间来回交替，如由图6的主动放电监测电路180所控制的。目标电压可以包括相对应于所更改输出电压需要的第二输出电压(例如，指示LED中的一些被绕开的缩短的LED链的输出电压需要)，以使得输出电压合适于驱动新的、较少数量的LED。完成这个操作所花费的时间可以与限制电流Ium成比例。限制电流I⑶可以远远大于负载电流，使得输出电容器的放电相对快(例如，比通过负载放电更快)，并且确保过程完成，不论电压跳变和负载，因为输出电容器的主动放电使用可以被认为是在其平均值中“恒定”的电流，如在下文中参考图10进一步描述的。在输出达到目标电压之后，锁存器188可以进入电流恢复状态，并且电流恢复监测电路200也可以与微控制器通信，使得微控制器打开晶体管，其将负载切换到具有更改的电压需要的新负载，诸如通过绕开LED链中的一个或者多个LED来将负载更改到缩短的LED链。
[0045]图8是图示出按照图示如上文描述的具有电流恢复阶段的主动放电的过程的本公开内容的一个示例的具有电流恢复模式的主动输出电压放电的方法240的流程图。图8示出状态机的各种状态，包括正常操作模式222、主动放电模式226和电流恢复模式244。主动放电模式226将升降压转换器的输出处电压从第一输出电压更改到对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。主动放电模式226对应于升降压转换器100在如图4和5中所示出的开关122-128的两种配置之间来回交替，如由图6的主动放电监测电路180所控制的。在主动放电模式226之后，升降压转换器可以进入电流恢复模式244。
[0046]升降压转换器可以通过触发放电使能信号242，从主动放电模式226进行到电流恢复模式244。放电使能信号242也可以对应于锁存器172的放电使能信号输出线174，其控制升降压转换器100以应用输出电压的主动放电，如在上文图3的示例中所讨论的。根据电流恢复模式244，升降压转换器100可以触发负电流信号248来重新开始使前向电流通过电感到达输出，其可以相对应于来自图7的示例中的零电流比较器202的、从高到低过渡的信号。一旦在主动放电模式226和电流恢复模式244的过程之后电流已经完全恢复，升降压转换器100可以使电流控制循环或者电压控制循环重新有效，从而在输出处应用所选择的输出电流，并且升降压转换器的输出电容器处于第二输出电压或者处于具有新负载的输出处的目标电压。在这个示例中，升降压转换器100可以因此将输出处所选择的输出电流保持在第二输出电压。
[0047]图9是图示出在采用如上文描述的连续传导(conduct1n)模式的一个示例中的主动输出电压放电的方法250的流程图。方法250是如上文参考图8所描述的方法240的子集，其可以被用在不使用如在图7的示例中的零电流比较器202的示例中，或者不使用电流恢复状态244的示例中。在方法250中，升降压转换器可以响应于微控制器触发器224，从正常操作状态222进入主动放电状态226，微控制器触发器224充当升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。在这个示例中，输出电容器130可以继续放电，直到电感110中的电流恢复正确值并且升降压转换器返回到正常操作状态222，而不使用如在图8的示例的方法240中的单独电流恢复状态244。
[0048]在升降压转换器具有最小/最大占空比操作保护的示例中，这些也可以被用在快速放电和电流恢复操作状态两者中，从而确保针对顶栅驱动器的自举(bootstrap)电容器的适合的更新时间。这些在图10描绘的示例仿真中进行图示。
[0049]图10是图示出按照本公开内容的一个示例的主动输出电压放电的方法的信号图260。信号图260示出各种示例中的来自升降压转换器的微处理器的触发器命令(如在图3中的微处理器触发器168)的输出262 ;确定主动放电状态的持续时间的输出电压检测器比较器锁存器172 (如在图3中)的输出264 ;和确定电流恢复状态的持续时间的零电流比较器锁存器208 (如在图7中)的输出266。信号图260也示出通过升降压转换器的电感(诸如图1中的升降压转换器100的电感110)的电感电流268、升降压转换器的输出电压270(诸如在图1、2、4和5的示例中的输出134处)和通过由升降压转换器所驱动的LED链(诸如在图1和2的示例中的LED链148)的电流272。输出电压270在主动放电过程发起(在第一时间实例280处示出)之前在初始电压处稳定。
[0050]如由信号图260所示出的，触发器命令输出262在第一时间实例280处变大，促使输出电压监测器比较器锁存器输出264变大。这驱动了电感电流268的稳定反转和输出电压270和LED链电流272中的稳定降低。一旦电感电流268在如图6中的主动放电监测电路180的电流限制比较器182的控制之下达到电流限制处的某个最大(负)值，如在第二时间实例282处示出的，该电感电流268停止降低。电感电流268随后在电流恢复配置和主动放电配置的交替控制之下在其最大负值附近振荡(如在图260的第二时间实例282和第三时间实例284之间所示出的)，从而继续驱动输出电压270和LED链电流272变得更低，而不会超过电流限制。如上文中参考图6所指示的，输出电容器的主动放电在如图260中所示的第二时间实例282和第三时间实例284之间使用可以被认为是在其平均值中“恒定”的电流，因为电流保持在相对窄的范围内，在一些示例中，其可以在电流限制附近或者处于电流限制处。
[0051]在如图260所示的第三时间实例284处，零电流比较器锁存器输出266变大而输出电压监测器比较器锁存器输出264变小，促使升降压转换器持续进入电流恢复模式，示出为电感电流268增大，直到其将负电流完全逆转。这也导致输出电压270和LED链电流272开始以慢得多的速度降低。电感电流268可以达到零，如在第四时 间实例286处示出的，其可以通过如在图7中示出的电流恢复监测电路200的零电流比较器202所检测。这可以相对应于输出电压270在新的、较低输出电压处稳定，其相对应于缩短的LED链或者升降压转换器的其它所修改的负载的更改的输出电压需要。零电流比较器锁存器输出266可以随后变小，将升降压转换器返回到正常操作模式，其中电流268再次在正电流中稳定(被示出到第四时间实例286的右边)。
[0052]升降压转换器也触发了向具有更改的电压要求的新的、修改的负载的切换(例如，缩短的LED链)，从而导致在第四时间实例286处的LED链电流272中的阶跃增长，因为新的、较低输出电压270被切换到具有较低总电阻的负载。新的输出电压(在图260中从第四时间实例286向前的输出电压270)相对应于更改的输出电压需要，以使得LED链电流272返回(在图260中从第四时间实例286向前)到与它处于它的初始输出电压和负载(在图260中，到第一时间实例280的左边)之下时大致相同的电流。最终LED链电流(在第四时间实例286处的272)可以与第一时间实例280处的初始LED链电流272大致相同，因为它在针对负载(例如，针对LED链中的LED，以其完整或者缩短的形式)的目标电压或者正常操作电压的标称或者可接受范围内。在第四时间实例286之后，升降压转换器的电流控制循环将输出电流保持在所选择的电流。
[0053]新的输出电压可以据称相对应于若干方式中的任一种的更改的输出电压需要，诸如因为相比于接近第一输出电压，第二输出电压更接近更改的输出电压需要的电压。在更多特定的示例中，第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压在针对特定电路实施方案的参数的所更改的输出电压需要的标称范围之内。例如，第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压可以在所更改的输出电压需要的电压加或者减一伏特之内。在另一个示例中，第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减0.3伏特的范围之内。在另一个示例中，在第一输出电压和所更改的输出电压需要的电压之间的差可以参称为电压差量(delta)，并且第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减三分之一的电压差量的范围之内。
[0054]图11是图示出按照本公开内容的一个示例的主动操作具有输出电压放电的升降压转换器的方法300的流程图，其中升降压转换器包括电感、输出电容器和输出。方法300包括接收升降压转换器中的所更改的输出电压需要的指示(302)。方法300进一步包括使得升降压转换器中的控制循环无效(304)。方法300进一步包括应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压(306)。方法300进一步包括使得控制循环重新有效(308)。
[0055]上文描述的电路、设备和方法中的任何一个可以通过集成电路、芯片组、和/或其它设备和/或作为例如由计算设备执行的软件的各种类型中的任何一种整体地或者部分地体现或者执行。这可以包括由以下执行、由以下处理、或者由以下体现的过程:一个或者多个微控制器、中央处理单元(CPU)、处理核、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑设备(PLD)、由一个或者多个底层计算设备所执行的虚拟设备或者硬件和/或软件的任何其它配置。
[0056]已经描述了本发明的各种示例。这些和其它示例在下文权利要求的范围之内。
【主权项】
1.一种操作升降压转换器的方法，所述升降压转换器包括电感、输出电容器和输出，所述方法包括: 接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示； 使升降压转换器中的控制循环无效； 应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压；并且 使控制循环重新有效。2.如权利要求1的方法，进一步包括: 在应用电压的主动放电期间，参考所更改的输出电压需要来监测输出处的电压；并且 响应于相对应于所更改的输出电压需要的输出处的电压，在使控制循环重新有效之前，将所述电感中的负电流逆转。3.如权利要求1的方法，其中所述控制循环是电流控制循环。4.如权利要求1的方法，其中所述控制循环是电压控制循环。5.如权利要求1的方法，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为相比于接近所述第一输出电压，所述第二输出电压更接近所更改的输出电压需要的电压。6.如权利要求1的方法，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为所述第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减一伏特的范围之内。7.如权利要求1的方法，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为所述第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减0.3伏特的范围之内。8.如权利要求1的方法，其中在所述第一输出电压和所更改的输出电压需要的电压之间的差是电压差量，并且其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为所述第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减三分之一的电压差量的范围之内。9.如权利要求1的方法，进一步包括防止电流在主动放电期间超过电流限制。10.如权利要求1的方法，进一步包括响应于处于所述第二输出电压的输出电容器，从初始负载配置切换到更改的负载配置。11.如权利要求10的方法，其中所述初始负载配置包括具有初始数量的发光二极管(LED)的负载，并且所更改的负载配置包括具有所更改数量的LED的负载。12.如权利要求11的方法，进一步包括: 将第一电阻分压器链设定为具有等于所述初始负载配置中的LED的初始数量的若干电阻器； 将第二电阻分压器链设定为具有等于所述所更改的负载配置中的LED的所更改数量的若干电阻器；并且 与在所述第一电阻分压器链处所采样的电压相比较，参考在所述第二电阻分压器链处的电压确定所更改的输出电压需要。13.如权利要求1的方法，进一步包括响应于来自零电流比较器锁存器的输出，从初始负载配置切换到所更改的负载配置。14.一种升降压转换器，包括: 电感； 输出电容器； 输出；和 控制器，其中所述控制器被配置用于: 接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示； 使升降压转换器中的控制循环无效； 应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压；并且使控制循环重新有效。15.如权利要求14的升降压转换器，其中所述控制器被进一步配置用于: 在应用电压的主动放电期间，参考所更改的输出电压需要来监测输出处的电压；并且 响应于相对应于所更改的输出电压需要的输出处的电压，在使控制循环重新有效之前，将所述电感中的负电流逆转。16.如权利要求14的升降压转换器，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为相比于接近所述第一输出电压，所述第二输出电压更接近所更改的输出电压需要的电压。17.如权利要求14的升降压转换器，其中所述控制器被进一步配置用于:响应于处于所述第二输出电压的输出电容器，从初始负载配置切换到所更改的负载配置。18.如权利要求14的升降压转换器，其中所述控制器被进一步配置用于: 将第一电阻分压器链设定为具有等于所述初始负载配置中的LED的初始数量的若干电阻器； 将第二电阻分压器链设定为具有等于所述所更改的负载配置中的LED的所更改数量的若干电阻器；并且 与在所述第一电阻分压器链处的所采样的电压相比较，参考在所述第二电阻分压器链处的电压确定所更改的输出电压需要。19.一种被配置用于控制升降压转换器的集成电路，所述升降压转换器包括电感、输出电容器和输出，其中所述集成电路被配置用于: 接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示； 使升降压转换器中的控制循环无效； 应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压；并且 使控制循环重新有效。20.如权利要求19的集成电路，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为相比于接近所述第一输出电压，所述第二输出电压更接近所更改的输出电压需要的电压。
【专利摘要】公开了用于针对升降压转换器应用主动输出电压放电的方法、设备和集成电路。一个示例针对操作包括电感、输出电容器和输出的升降压转换器的方法。该方法包括接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。该方法进一步包括使升降压转换器中的控制循环无效。该方法进一步包括应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。该方法进一步包括使控制循环重新有效。
【IPC分类】H02M3/06
【公开号】CN104901531
【申请号】CN201510099390
【发明人】G.卡波迪瓦卡, M.加尔瓦诺, P.米拉内西, R.彭佐
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】DE102015103293A1, US9203311, US20150256071
【技术领域】
[0001]本发明涉及电功率转换器，并且特别地，涉及升降压(buck-boost)转换器。
【背景技术】
[0002]包括升降压转换器的DC/DC转换器可以被用作针对具有具体电流和/或电压需要的负载(诸如发光二极管(LED)链)的驱动器。LED链的光强度由流过它的电流量所控制。一般地，闭环电流发生器可以被用来保持电流恒定。对于具有高电流负载的照明而言，可以使用开关模式的控制器。在要求高效率和高灵活性的应用中，诸如在一些自动照明应用中，可以使用同步升降压DC/DC转换器拓扑结构。
[0003]在自动照明中的一些应用或者其它应用牵涉到由若干LED构成的单个LED链。该数量可以取决于具体应用而变化。LED中的一个或者多个有时可以被绕开，从而暂时地减小该LED链的长度。DC/DC转换器可以控制流过LED链的电流，因为链中不同数量的LED被使用，而输出电压由组成该链的LED的数量和前向电压所设定。
【发明内容】
[0004]一般地，本公开内容的各种示例针对具有主动输出电压放电的电流模式受控的同步升降压DC/DC转换器。本公开内容的各种示例可以主动地将输出电压放电并且使输出处的电压阶跃加速，从而使得输出处的电压阶跃相对独立于负载。本公开内容的各种示例也可以增强达到合期望的电压值的能力，从而除了其它优点之外，降低或者实际上消除了电流过冲(overshoot)的风险。
[0005]—个不例针对操作包括电感、输出电容器和输出的升降压转换器的方法。该方法包括接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。该方法进一步包括使升降压转换器中的控制循环无效。该方法进一步包括应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。该方法进一步包括使得控制循环重新有效。
[0006]另一个示例针对包括电感、输出电容器、输出和控制器的升降压转换器。控制器被配置用于接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。控制器被进一步配置用于使升降压转换器中的控制循环无效。控制器被进一步配置用于应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。控制器被进一步配置用于使得控制循环重新有效。
[0007]另一个示例针对被配置用于控制升降压转换器的集成电路，升降压转换器包括电感、输出电容器和输出。集成电路被配置用于接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。集成电路被进一步配置用于使升降压转换器中的控制循环无效。集成电路被进一步配置用于应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。集成电路被进一步配置用于使得控制循环重新有效。
[0008]在附图和下文的描述中阐述了本发明的一个或者多个示例的细节。本发明的其它特征、目标和优点将根据描述和附图、以及根据权利要求而明显。
【附图说明】
[0009]图1是图示出按照本公开内容的一个示例的升降压转换器和LED链装配的方框图。
[0010]图2是图示出按照本公开内容的一个示例的升降压转换器的输出部分和LED链的方框图。
[0011]图3是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的输出电压比较器部分的方框图。
[0012]图4是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电配置的方框图。
[0013]图5是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复配置的方框图。
[0014]图6是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电监测电路的方框图。
[0015]图7是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复监测电路的方框图。
[0016]图8是图示出按照本公开内容的一个示例的具有电流恢复模式的主动输出电压放电的方法的流程图。
[0017]图9是图示出按照本公开内容的另一个示例的不具有电流恢复模式的主动输出电压放电的方法的流程图。
[0018]图10是图示出按照本公开内容的一个示例的主动输出电压放电的方法的信号图。
[0019]图11是图示出按照本公开内容的一个示例的主动输出电压放电的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]图1是图示出按照本公开内容的一个示例的升降压转换器100和LED链装配140的方框图。LED链装配140包括LED链148和多通道开关链142。升降压转换器100包括电压输入120，和耦合到LED链装配140的电压输出134。升降压转换器100也包括电感110、和以这种关于跨电感110应用不同电路连接的方式耦合到电感110的开关122、124、126和128。升降压转换器100进一步包括输出电容器130和耦合到电压输出134的输出电阻器132。在这个说明性示例中，升降压转换器100进一步包括主动放电控制元件160，其经由反馈电压线152耦合到电压输出134。主动放电控制元件160可以实现将主动放电或者快速放电应用到电压输出134，并且将按照各种说明性示例在下文中进一步描述。
[0021]如上文所记录的，升降压转换器的一些应用(诸如在一些自动照明应用或者其它应用中)具有由若干LED构成的LED链。LED的数量可以取决于具体应用而变化。LED中的一个或者多个可以被绕开，从而缩短LED链并且暂时地减少LED链的长度。诸如升降压转换器那样的DC/DC转换器可以控制流过LED链的电流，而输出电压由组成该链的LED的数量和前向电压所设定。当这些LED中的一个或者多个被绕过并且从而链长度被减小时，DC/DC转换器的输出储槽电容器可以通过剩余的LED放电。这个放电的电流仅由LED其自身的串联电阻所限制，以使得当DC/DC转换器的输出储槽电容器放电通过减少的LED部分时，电流可能是较大的，并且可能会超过LED被设计为可经受的最大电流。由控制器所需的、对这种电流过冲作出反应的时间由闭环带宽限制，以使得控制器可能不足够快地作出反应来阻止足够显著来损坏或者毁坏该LED的电流过冲。
[0022]对于这种电流过冲(以及其超过LED可以经受的最大电流的潜在性)的一个解决方案是停止对负载的能量传输，并且在绕开LED中的一个或者多个之前使LED链对输出电容器进行电流放电以到达最终电压值。然而，由这个放电过程完成所花费的时间典型地是不受控的，因为它仅仅取决于电容器值和LED链的串联电阻的总和。由于升降压转换器中的输出电容器的电容一般是相对高的，所以为了保证低输出电流脉动(ripple)，由这个放电过程所花费的时间可能结果是足够长以导致在该放电期间LED链的光的明显变暗。而且，取决于在链中的LED数量和将被绕开的LED数量，可能不能确保电路达到最终目标的电压，并且因此一旦LED的一部分被绕开，可能不能消除潜在毁坏性的电流过冲，其可能会损坏或者毁坏在缩短的LED链中的剩余LED。
[0023]本公开内容的各种示例针对具有快速、主动输出电压放电的电流模式受控的同步升降压转换器，其可以解决上文讨论的挑战。在本公开内容的各种示例中，诸如在图1的示例中，同步升降压转换器100可以将流过其电感110的电流的方向进行反转，以使得电流通过电感110和输出电阻器117从其输出电容器130流动到地118。通过使用经由电感110的反转电流，升降压转换器100在绕过LED链148中的LED中的一个或者多个之前，主动地将输出电容器130放电，直到在输出134处达到合期望的、新的电压值。在输出134处所达到的合期望的新电压值或者第二输出电压相对应于仅具有LED链148中的LED子集的缩短的LED链的所更改的输出电压需要。因此，可以使具有主动输出电压放电的升降压转换器100与仅允许输出电压在绕开负载的一部分之前被动地放电的其它类型的电路形成对照。
[0024]本公开内容的同步升降压转换器也可以实施状态机，其能够执行由微控制器触发的输出电容器130的快速、主动的放电。微控制器可以在将输出切换到具有更改的输出电压需要的所更改的负载之前(诸如通过绕过LED链140中的LED的一个或者多个)，控制各种开关来改变升降压转换器的配置(如在下文进一步描述的)。本公开内容的主动放电过程可以使用电流模式受控的同步升降压转换器的特征与监测输出134处的输出电压相组合，从而监测何时电压阶跃被断定从第一输出电压到达相对应于所更改的负载(诸如缩短的LED链)的所更改的输出电压需要的第二输出电压。在一些示例中，微控制器可以监测输出134处的输出电压，其指示何时电压阶跃通过常驻的模拟数字转换器(ADC)被断定，从而增强实时通信。在一些示例中，微控制器可以通过将具有电阻分压器和比较器的电路包括在升降压转换器100的控制器中(诸如在图3中所描绘的示例)的灵活的方式来监测输出电压，其指示何时电压阶跃被断定。用于监测和控制升降压转换器100的操作的电路的附加示例在下文中参考图6和7来进一步描述。升降压转换器100可以包括诸如微控制器、模拟数字转换器、具有电阻分压器 和比较器的电路那样的组件，和/或在图1描绘的示例中的主动放电控制元件160中的其它控制组件。
[0025]按照本公开内容的升降压转换器100可以解决上文记录的缺点中的一些或者全部，除了其它潜在示例之外，诸如对于电流过冲的潜在性、对于超过LED可以经受的最大电流的潜在性、对于LED链变暗的潜在性、和LED的潜在毁坏。例如，替代于将输出电容器电压放电通过完整的LED链或者LED链中减少数量的LED，升降压转换器100可以替代地应用从电压输出134通过升降压转换器100的电感110到达地的输出电压的主动放电或者快速放电。这种电压的主动放电可能显著地快于通过完整的或者缩短的LED链的电压的被动放电。升降压转换器100可以接收所更改的输出电压需要的指示，诸如针对减少的数量的LED，并且作为响应，使得电流控制循环或者电压控制循环无效，并且应用主动放电。升降压转换器100可以通过打开和闭合开关122、124、126和128来控制通过电感110的电流的流动，如在下文参考图4和5进一步描述的。一旦完成了主动放电，升降压转换器100可以在输出电容器130处于第二输出电压时重新开始通过电感110到达输出134的前向电流，并且使电流控制循环或者电压控制循环重新有效，从而在输出电容器130处于第二输出电压时在输出134处应用所选择的输出电流。升降压转换器100的这些功能的方面在下文进一步描述。
[0026]作为可适用负载的LED链的示例作为可被变化的电流强烈影响的、具有可变电压需要的负载的应用的说明性示例而被详细地提出。按照本公开内容的升降压转换器100也可以用在牵涉到向具有可变电压需要的负载供应电压的任何其它应用中。在这些示例中，替代于将输出电容器电压放电通过在较高的所需电压的负载或者通过在较低的所需电压的负载，升降压转换器100可以替代地应用通过电感110到达地的快速、主动放电，并且随后在输出电容器130处于第二输出电压时应用并保持在输出134处所选择的输出电流。
[0027]图2是图示出按照本公开内容的示例的升降压转换器的输出部分150和LED链148的方框图。升降压转换器输出部分150包括在输出电容器130和地119之间的电阻器154和156。电阻器154和156被放置在耦合到主动放电控制元件160的反馈电压线152的任何一侧。输出电容器130通过输出电阻器132耦合到输出134。输出134耦合到LED链148和多通道开关链142，其包括针对LED链148中的每个LED的相对应的开关。因此，多通道开关链142控制在给定时间使LED链148中的哪些LED有效。
[0028]图3是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的输出电压比较器部分170的方框图。在一些示例中，在图3的示例中的输出电压比较器部分170可以被包括在图1和2中所示出的主动放电控制元件160的实施方案中。因此，输出电压比较器部分170可以经由反馈电压线152耦合到升降压转换器100的输出134。输出电压比较器部分170包括两个親合到比较器166的输入的模式开关链162、164。在下文进一步描述模式开关链162、164。
[0029]输出电压比较器部分170也包括親合到模式开关链162的输出和比较器166的相对应输入的模式开关电容器165。比较器166的输出167親合到锁存器172的复位输入，而微控制器触发器168耦合到锁存器172的设定输入。锁存器172的输出174是放电使能信号线，其控制升降压转换器100应用输出电压经由反转电流通过电感到达地的主动放电。在一个示例中，输出电压比较器部分170因此可以控制升降压转换器100何时开始和结束输出电压的快速、主动放电，如在下文中进一步描述的。
[0030]模式开关链162、164可以包括电阻分压器，并且每一个包括具有相对应的开关链的电阻器链，使得在每个链中的每个电阻器能够被独立地包括在其电流路径中或者绕开其电流路径。模式开关链162、164也可以被称为电阻分压器链。每个电阻器可以定义代表LED链148中的LED中的一个的前向电压的电压降(以由电阻分压器154-156所衡量的版本)。模式开关链162、164中的一个，例如模式开关链162可以在电压阶跃之前被设定为被包括在如图1和2中的LED链148中的当前数量的LED。换言之，模式开关联162可以包括等于LED链148中的LED数量的若干电阻器，并且模式开关链162中的开关可以全部被设定为切断，以使得模式开关链162被设定为将其电阻器的所有都包括在其电流路径中。
[0031]当前数量的LED可以是在LED链148中的LED的全部，如在上文所讨论的示例中。模式开关链164可以被设定为在其电流路径中包括其电阻器的子集，其中所包括的电阻器的子集等于被包括在具有降低的输出电压需要的新的、缩短的LED链中的LED链148中的LED的数量。模式开关链162因此可以被设定为具有与LED链148的初始负载配置中的LED链148的电压降成比例的电压降，而模式开关链164因此被设定为具有与LED链148的合期望的最终配置或者在应用电压阶跃之后具有其新的、更改的输出电压需要的其它所更改的负载配置中的LED链148的电压降成比例的电压降。在其它示例中，所更改的负载配置可以是具有电压需要的任何负载配置，该电压需要低于具有初始负载配置的电压需要。
[0032]模式开关电容器165可以对模式开关链162的输出电压米样并且保持模式开关链162的输出电压。模式开关链162、164每个可以被复位或者重新编程，以对应于LED链148中的任何当前和新的数量的LED，或者对应于在其它示例中具有更改的电压需要的负载的任何其它类型的电流和新元件。
[0033]当锁存器172应用来自其输出的放电使能信号(例如，锁存器172的输出变大)时，它控制升降压转换器100开启来自输出电容器130的、通过电感110到达地的反转路径中的电流路径(参考图1和2的示例)，从而将通过电感110的电流反转，并且应用来自输出134的输出电压的主动放电。输出电压的主动放电在下文中参考图4进一步描述。可以在一些示例中使用的后续电流恢复步骤在下文中参考图5进行描述。
[0034]因此，两个模式开关链162、164每个具有等于LED链148中的LED的最大数量的若干电阻器，诸如在图2中描绘的示例。在这个示例中，两个模式开关链162、164通过多组并联的可配置开关来分别代表在链中的LED的所选择部分被绕开的之前和之后LED链中初始和最终数量的LED，从而更改输出电压需要。在第一模式开关链162处的、在电压降低之前的电压可以被模式开关电容器165采样，并且用作针对第二模式开关链164的参考，第二模式开关链164以缩短的LED链的新的LED数量以及相对应的更改的输出电压需要来编程。在其它示例中，升降压转换器100可以使用合适的时序仅采用单个模式开关链(或者电阻分压器链)，诸如通过首先对具有初始负载配置(例如，在负载中的LED的初始数量)的模式开关链中的电压进行采样，并且随后使用更改的负载配置(例如，在负载中的新LED数量)对模式开关链进行编程。
[0035]当LED链中的LED中的一个将被绕开时，升降压转换器100的微控制器可以向DC/DC转换器控制器发送触发器命令，从而进入快速放电(或者主动放电)操作状态。这个快速放电操作状态可以使用与当升降压转换器100处于降压模式的同步再循环时相同的开关配置。微控制器可以使用这个快速放电操作状态来应用跨电感110的负电压降，以便很快地减少供应给输出134的电流并且将其反转，从而快速地将输出电容器130放电，而不用应用通过LED链148的电压放电。这个快速放电操作状态的示例在图4中描绘出。
[0036]图4是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电配置的方框图。图5是图示出按照本公开内容的一个示例的具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复配置的方框图。图4和5两者示出包括输入120、电感110、地118、输出134、输出电容器130和开关122、124、126和128的升降压转换器100的一部分。在图4中示出的主动放电配置中，开关124和126是闭合的而开关122和128是断开的，从而将电感110与输入120隔绝，并且构建在输出134和地118之间的、流过电感110的电流路径。电流的流动路径177被描绘成通过电感110从输出电容器130到达地118的反转电流流动的抽象代表。
[0037]在这个示例中，一旦达到了电感110中的电流限制(例如，如采用电感电流感测电阻器所确定)，电流限制比较器(或者“CurrLim_Comp”)可以将命令针对升降压转换器100的驱动器的锁存器进行复位，并且将升降压转换器100置于电流恢复配置，如在下文中参考图6进一步描述的。在这个电流恢复配置中，开关122、124、126和128全部被从它们在图5中示出的主动放电配置的状态逆转。开关122和128是闭合的，而开关124和126是断开的，从而将电感110与输出134隔绝，并且建立通过电感110从输入120到达地118的电流路径。图6将电流的流动路径179示作通过电感110在输入120和地118之间的电流流动的抽象代表。
[0038]在图5中示出的电流恢复配置可以与在升压模式中用于为电感110通电的配置相同。这个电流恢复配置将等于输入120处的输入电压Vin的正电压降应用到电感11 0。以这种方式，电感110可以安全地离开电流限制条件。升降压转换器100可以根据需要继续在主动放电和电流恢复的两种条件之间进行切换，直到基于来自时钟和电流限制信号的命令(诸如在图6中所描述的示例)，达到了输出134处的目标电压为止。
[0039]图6是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的主动放电监测电路180的方框图。主动放电监测电路180包括电流限制比较器182，其可以充当如上文中参考图4和5讨论的电流限制比较器，并且可以参考电流限制参考，比较通过电感110的电流。电流限制比较器182的输出184耦合到锁存器188的复位输入，锁存器188使其设定输入耦合到时钟信号线186，并且其输出190耦合到针对升降压转换器100的驱动器逻辑。耦合到输出190的驱动器逻辑可以控制开关122、124、126和128，以使得主动放电监测电路180能够在主动放电配置、电流恢复配置和正常操作模式之间控制开关122、124、126和128的配置。
[0040]因此，主动放电监测电路180可以在主动放电和电流恢复和/或正常操作配置的条件下控制升降压转换器100的操作。图6的比较器182可以因此在锁存器188将升降压转换器100设定为主动放电配置之后应用在输出184处的输出信号来复位锁存器188，从而将升降压转换器100在图4和5中示出的开关配置和电流流动路径之间进行切换。在这个示例中，如图6中的时钟信号输入186可以触发锁存器188的设定输入，并且应用图4中示出的主动放电配置，并且来自比较器182的高输出可以触发锁存器188的复位输入，并且应用图5中示出的电流恢复配置或者在不同示例中的正常操作配置。电流限制比较器182可以具有升降压转换器100的正常升压操作中为升压功能而限制电流的重叠功能。
[0041]升降压转换器100可以在电流恢复状态中执行与当其担任具有最大占空比的升压转换器时所作出的相同的操作。电流恢复操作可以将通过电感110的反转电流流动逆转，并且从负电流恢复到正电流。
[0042]图7是图示出按照本公开内容的一个示例的针对具有主动输出电压放电的升降压转换器的电流恢复监测电路200。图7的电流恢复监测电路200可以在电流恢复状态期间监测升降压转换器100中的电流恢复，并且一旦在电感中的电流已经恢复为正，使得升降压转换器100离开电流恢复状态，并且返回到正常操作。电流恢复监测电路200也可以包括电流中的小偏移量，从而计及感测所给定的电流和使得升降压转换器100中的操作状态的过渡之间的延迟。
[0043]图7的电流恢复监测电路200包括零电流比较器202 (或者“ZeroCurr_Comp”)，其比较通过电感电流感测电阻器117的电流，电感电流感测电阻器117作为针对通过电感110的电流的代理，与零电流参考相比较。零电流比较器202的输出204耦合到零电流比较器锁存器208的复位输入，零电流比较器锁存器208使其设定输入耦合到放电使能信号线174，如上文所讨论的。输出210耦合到针对升降压转换器100的负电流控制线。以这种方式，一旦电感电流已经返回为正，电流恢复监测电路200可以将升降压转换器100返回到正常操作。
[0044]因此，升降压转换器100可以继续在主动放电和电流恢复配置之间进行交替，如由图6的主动放电监测电路180中针对锁存器188的时钟和电流限制信号输入所控制的，直到升降压转换器100达到输出134处的目标电压。在主动放电状态中，一旦达到了电流限制，升降压转换器100在如图4和5中所示出的开关122-128的两个配置之间来回交替，如由图6的主动放电监测电路180所控制的。目标电压可以包括相对应于所更改输出电压需要的第二输出电压(例如，指示LED中的一些被绕开的缩短的LED链的输出电压需要)，以使得输出电压合适于驱动新的、较少数量的LED。完成这个操作所花费的时间可以与限制电流Ium成比例。限制电流I⑶可以远远大于负载电流，使得输出电容器的放电相对快(例如，比通过负载放电更快)，并且确保过程完成，不论电压跳变和负载，因为输出电容器的主动放电使用可以被认为是在其平均值中“恒定”的电流，如在下文中参考图10进一步描述的。在输出达到目标电压之后，锁存器188可以进入电流恢复状态，并且电流恢复监测电路200也可以与微控制器通信，使得微控制器打开晶体管，其将负载切换到具有更改的电压需要的新负载，诸如通过绕开LED链中的一个或者多个LED来将负载更改到缩短的LED链。
[0045]图8是图示出按照图示如上文描述的具有电流恢复阶段的主动放电的过程的本公开内容的一个示例的具有电流恢复模式的主动输出电压放电的方法240的流程图。图8示出状态机的各种状态，包括正常操作模式222、主动放电模式226和电流恢复模式244。主动放电模式226将升降压转换器的输出处电压从第一输出电压更改到对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。主动放电模式226对应于升降压转换器100在如图4和5中所示出的开关122-128的两种配置之间来回交替，如由图6的主动放电监测电路180所控制的。在主动放电模式226之后，升降压转换器可以进入电流恢复模式244。
[0046]升降压转换器可以通过触发放电使能信号242，从主动放电模式226进行到电流恢复模式244。放电使能信号242也可以对应于锁存器172的放电使能信号输出线174，其控制升降压转换器100以应用输出电压的主动放电，如在上文图3的示例中所讨论的。根据电流恢复模式244，升降压转换器100可以触发负电流信号248来重新开始使前向电流通过电感到达输出，其可以相对应于来自图7的示例中的零电流比较器202的、从高到低过渡的信号。一旦在主动放电模式226和电流恢复模式244的过程之后电流已经完全恢复，升降压转换器100可以使电流控制循环或者电压控制循环重新有效，从而在输出处应用所选择的输出电流，并且升降压转换器的输出电容器处于第二输出电压或者处于具有新负载的输出处的目标电压。在这个示例中，升降压转换器100可以因此将输出处所选择的输出电流保持在第二输出电压。
[0047]图9是图示出在采用如上文描述的连续传导(conduct1n)模式的一个示例中的主动输出电压放电的方法250的流程图。方法250是如上文参考图8所描述的方法240的子集，其可以被用在不使用如在图7的示例中的零电流比较器202的示例中，或者不使用电流恢复状态244的示例中。在方法250中，升降压转换器可以响应于微控制器触发器224，从正常操作状态222进入主动放电状态226，微控制器触发器224充当升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。在这个示例中，输出电容器130可以继续放电，直到电感110中的电流恢复正确值并且升降压转换器返回到正常操作状态222，而不使用如在图8的示例的方法240中的单独电流恢复状态244。
[0048]在升降压转换器具有最小/最大占空比操作保护的示例中，这些也可以被用在快速放电和电流恢复操作状态两者中，从而确保针对顶栅驱动器的自举(bootstrap)电容器的适合的更新时间。这些在图10描绘的示例仿真中进行图示。
[0049]图10是图示出按照本公开内容的一个示例的主动输出电压放电的方法的信号图260。信号图260示出各种示例中的来自升降压转换器的微处理器的触发器命令(如在图3中的微处理器触发器168)的输出262 ;确定主动放电状态的持续时间的输出电压检测器比较器锁存器172 (如在图3中)的输出264 ;和确定电流恢复状态的持续时间的零电流比较器锁存器208 (如在图7中)的输出266。信号图260也示出通过升降压转换器的电感(诸如图1中的升降压转换器100的电感110)的电感电流268、升降压转换器的输出电压270(诸如在图1、2、4和5的示例中的输出134处)和通过由升降压转换器所驱动的LED链(诸如在图1和2的示例中的LED链148)的电流272。输出电压270在主动放电过程发起(在第一时间实例280处示出)之前在初始电压处稳定。
[0050]如由信号图260所示出的，触发器命令输出262在第一时间实例280处变大，促使输出电压监测器比较器锁存器输出264变大。这驱动了电感电流268的稳定反转和输出电压270和LED链电流272中的稳定降低。一旦电感电流268在如图6中的主动放电监测电路180的电流限制比较器182的控制之下达到电流限制处的某个最大(负)值，如在第二时间实例282处示出的，该电感电流268停止降低。电感电流268随后在电流恢复配置和主动放电配置的交替控制之下在其最大负值附近振荡(如在图260的第二时间实例282和第三时间实例284之间所示出的)，从而继续驱动输出电压270和LED链电流272变得更低，而不会超过电流限制。如上文中参考图6所指示的，输出电容器的主动放电在如图260中所示的第二时间实例282和第三时间实例284之间使用可以被认为是在其平均值中“恒定”的电流，因为电流保持在相对窄的范围内，在一些示例中，其可以在电流限制附近或者处于电流限制处。
[0051]在如图260所示的第三时间实例284处，零电流比较器锁存器输出266变大而输出电压监测器比较器锁存器输出264变小，促使升降压转换器持续进入电流恢复模式，示出为电感电流268增大，直到其将负电流完全逆转。这也导致输出电压270和LED链电流272开始以慢得多的速度降低。电感电流268可以达到零，如在第四时 间实例286处示出的，其可以通过如在图7中示出的电流恢复监测电路200的零电流比较器202所检测。这可以相对应于输出电压270在新的、较低输出电压处稳定，其相对应于缩短的LED链或者升降压转换器的其它所修改的负载的更改的输出电压需要。零电流比较器锁存器输出266可以随后变小，将升降压转换器返回到正常操作模式，其中电流268再次在正电流中稳定(被示出到第四时间实例286的右边)。
[0052]升降压转换器也触发了向具有更改的电压要求的新的、修改的负载的切换(例如，缩短的LED链)，从而导致在第四时间实例286处的LED链电流272中的阶跃增长，因为新的、较低输出电压270被切换到具有较低总电阻的负载。新的输出电压(在图260中从第四时间实例286向前的输出电压270)相对应于更改的输出电压需要，以使得LED链电流272返回(在图260中从第四时间实例286向前)到与它处于它的初始输出电压和负载(在图260中，到第一时间实例280的左边)之下时大致相同的电流。最终LED链电流(在第四时间实例286处的272)可以与第一时间实例280处的初始LED链电流272大致相同，因为它在针对负载(例如，针对LED链中的LED，以其完整或者缩短的形式)的目标电压或者正常操作电压的标称或者可接受范围内。在第四时间实例286之后，升降压转换器的电流控制循环将输出电流保持在所选择的电流。
[0053]新的输出电压可以据称相对应于若干方式中的任一种的更改的输出电压需要，诸如因为相比于接近第一输出电压，第二输出电压更接近更改的输出电压需要的电压。在更多特定的示例中，第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压在针对特定电路实施方案的参数的所更改的输出电压需要的标称范围之内。例如，第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压可以在所更改的输出电压需要的电压加或者减一伏特之内。在另一个示例中，第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减0.3伏特的范围之内。在另一个示例中，在第一输出电压和所更改的输出电压需要的电压之间的差可以参称为电压差量(delta)，并且第二输出电压可以相对应于所更改的输出电压需要，因为第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减三分之一的电压差量的范围之内。
[0054]图11是图示出按照本公开内容的一个示例的主动操作具有输出电压放电的升降压转换器的方法300的流程图，其中升降压转换器包括电感、输出电容器和输出。方法300包括接收升降压转换器中的所更改的输出电压需要的指示(302)。方法300进一步包括使得升降压转换器中的控制循环无效(304)。方法300进一步包括应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压(306)。方法300进一步包括使得控制循环重新有效(308)。
[0055]上文描述的电路、设备和方法中的任何一个可以通过集成电路、芯片组、和/或其它设备和/或作为例如由计算设备执行的软件的各种类型中的任何一种整体地或者部分地体现或者执行。这可以包括由以下执行、由以下处理、或者由以下体现的过程:一个或者多个微控制器、中央处理单元(CPU)、处理核、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑设备(PLD)、由一个或者多个底层计算设备所执行的虚拟设备或者硬件和/或软件的任何其它配置。
[0056]已经描述了本发明的各种示例。这些和其它示例在下文权利要求的范围之内。
【主权项】
1.一种操作升降压转换器的方法，所述升降压转换器包括电感、输出电容器和输出，所述方法包括: 接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示； 使升降压转换器中的控制循环无效； 应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压；并且 使控制循环重新有效。2.如权利要求1的方法，进一步包括: 在应用电压的主动放电期间，参考所更改的输出电压需要来监测输出处的电压；并且 响应于相对应于所更改的输出电压需要的输出处的电压，在使控制循环重新有效之前，将所述电感中的负电流逆转。3.如权利要求1的方法，其中所述控制循环是电流控制循环。4.如权利要求1的方法，其中所述控制循环是电压控制循环。5.如权利要求1的方法，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为相比于接近所述第一输出电压，所述第二输出电压更接近所更改的输出电压需要的电压。6.如权利要求1的方法，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为所述第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减一伏特的范围之内。7.如权利要求1的方法，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为所述第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减0.3伏特的范围之内。8.如权利要求1的方法，其中在所述第一输出电压和所更改的输出电压需要的电压之间的差是电压差量，并且其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为所述第二输出电压在所更改的输出电压需要的电压的加或者减三分之一的电压差量的范围之内。9.如权利要求1的方法，进一步包括防止电流在主动放电期间超过电流限制。10.如权利要求1的方法，进一步包括响应于处于所述第二输出电压的输出电容器，从初始负载配置切换到更改的负载配置。11.如权利要求10的方法，其中所述初始负载配置包括具有初始数量的发光二极管(LED)的负载，并且所更改的负载配置包括具有所更改数量的LED的负载。12.如权利要求11的方法，进一步包括: 将第一电阻分压器链设定为具有等于所述初始负载配置中的LED的初始数量的若干电阻器； 将第二电阻分压器链设定为具有等于所述所更改的负载配置中的LED的所更改数量的若干电阻器；并且 与在所述第一电阻分压器链处所采样的电压相比较，参考在所述第二电阻分压器链处的电压确定所更改的输出电压需要。13.如权利要求1的方法，进一步包括响应于来自零电流比较器锁存器的输出，从初始负载配置切换到所更改的负载配置。14.一种升降压转换器，包括: 电感； 输出电容器； 输出；和 控制器，其中所述控制器被配置用于: 接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示； 使升降压转换器中的控制循环无效； 应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压；并且使控制循环重新有效。15.如权利要求14的升降压转换器，其中所述控制器被进一步配置用于: 在应用电压的主动放电期间，参考所更改的输出电压需要来监测输出处的电压；并且 响应于相对应于所更改的输出电压需要的输出处的电压，在使控制循环重新有效之前，将所述电感中的负电流逆转。16.如权利要求14的升降压转换器，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为相比于接近所述第一输出电压，所述第二输出电压更接近所更改的输出电压需要的电压。17.如权利要求14的升降压转换器，其中所述控制器被进一步配置用于:响应于处于所述第二输出电压的输出电容器，从初始负载配置切换到所更改的负载配置。18.如权利要求14的升降压转换器，其中所述控制器被进一步配置用于: 将第一电阻分压器链设定为具有等于所述初始负载配置中的LED的初始数量的若干电阻器； 将第二电阻分压器链设定为具有等于所述所更改的负载配置中的LED的所更改数量的若干电阻器；并且 与在所述第一电阻分压器链处的所采样的电压相比较，参考在所述第二电阻分压器链处的电压确定所更改的输出电压需要。19.一种被配置用于控制升降压转换器的集成电路，所述升降压转换器包括电感、输出电容器和输出，其中所述集成电路被配置用于: 接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示； 使升降压转换器中的控制循环无效； 应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压；并且 使控制循环重新有效。20.如权利要求19的集成电路，其中所述第二输出电压相对应于所更改的输出电压需要，因为相比于接近所述第一输出电压，所述第二输出电压更接近所更改的输出电压需要的电压。
【专利摘要】公开了用于针对升降压转换器应用主动输出电压放电的方法、设备和集成电路。一个示例针对操作包括电感、输出电容器和输出的升降压转换器的方法。该方法包括接收升降压转换器中所更改的输出电压需要的指示。该方法进一步包括使升降压转换器中的控制循环无效。该方法进一步包括应用从输出电容器通过电感到达地的电压的主动放电，从而将升降压转换器的输出处的电压从第一输出电压更改为相对应于所更改的输出电压需要的第二输出电压。该方法进一步包括使控制循环重新有效。
【IPC分类】H02M3/06
【公开号】CN104901531
【申请号】CN201510099390
【发明人】G.卡波迪瓦卡, M.加尔瓦诺, P.米拉内西, R.彭佐
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】DE102015103293A1, US9203311, US20150256071
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