具有主動輸出電壓放電的升降壓轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電功率轉換器，并且特別地，涉及升降壓(buck-boost)轉換器。
【背景技術】
[0002]包括升降壓轉換器的DC/DC轉換器可以被用作針對具有具體電流和/或電壓需要的負載(諸如發光二極管(LED)鏈)的驅動器。LED鏈的光強度由流過它的電流量所控制。一般地，閉環電流發生器可以被用來保持電流恒定。對于具有高電流負載的照明而言，可以使用開關模式的控制器。在要求高效率和高靈活性的應用中，諸如在一些自動照明應用中，可以使用同步升降壓DC/DC轉換器拓撲結構。
[0003]在自動照明中的一些應用或者其它應用牽涉到由若干LED構成的單個LED鏈。該數量可以取決于具體應用而變化。LED中的一個或者多個有時可以被繞開，從而暫時地減小該LED鏈的長度。DC/DC轉換器可以控制流過LED鏈的電流，因為鏈中不同數量的LED被使用，而輸出電壓由組成該鏈的LED的數量和前向電壓所設定。
【發明內容】
[0004]一般地，本公開內容的各種示例針對具有主動輸出電壓放電的電流模式受控的同步升降壓DC/DC轉換器。本公開內容的各種示例可以主動地將輸出電壓放電并且使輸出處的電壓階躍加速，從而使得輸出處的電壓階躍相對獨立于負載。本公開內容的各種示例也可以增強達到合期望的電壓值的能力，從而除了其它優點之外，降低或者實際上消除了電流過沖(overshoot)的風險。
[0005]—個不例針對操作包括電感、輸出電容器和輸出的升降壓轉換器的方法。該方法包括接收升降壓轉換器中所更改的輸出電壓需要的指示。該方法進一步包括使升降壓轉換器中的控制循環無效。該方法進一步包括應用從輸出電容器通過電感到達地的電壓的主動放電，從而將升降壓轉換器的輸出處的電壓從第一輸出電壓更改為相對應于所更改的輸出電壓需要的第二輸出電壓。該方法進一步包括使得控制循環重新有效。
[0006]另一個示例針對包括電感、輸出電容器、輸出和控制器的升降壓轉換器。控制器被配置用于接收升降壓轉換器中所更改的輸出電壓需要的指示。控制器被進一步配置用于使升降壓轉換器中的控制循環無效。控制器被進一步配置用于應用從輸出電容器通過電感到達地的電壓的主動放電，從而將升降壓轉換器的輸出處的電壓從第一輸出電壓更改為相對應于所更改的輸出電壓需要的第二輸出電壓。控制器被進一步配置用于使得控制循環重新有效。
[0007]另一個示例針對被配置用于控制升降壓轉換器的集成電路，升降壓轉換器包括電感、輸出電容器和輸出。集成電路被配置用于接收升降壓轉換器中所更改的輸出電壓需要的指示。集成電路被進一步配置用于使升降壓轉換器中的控制循環無效。集成電路被進一步配置用于應用從輸出電容器通過電感到達地的電壓的主動放電，從而將升降壓轉換器的輸出處的電壓從第一輸出電壓更改為相對應于所更改的輸出電壓需要的第二輸出電壓。集成電路被進一步配置用于使得控制循環重新有效。
[0008]在附圖和下文的描述中闡述了本發明的一個或者多個示例的細節。本發明的其它特征、目標和優點將根據描述和附圖、以及根據權利要求而明顯。
【附圖說明】
[0009]圖1是圖示出按照本公開內容的一個示例的升降壓轉換器和LED鏈裝配的方框圖。
[0010]圖2是圖示出按照本公開內容的一個示例的升降壓轉換器的輸出部分和LED鏈的方框圖。
[0011]圖3是圖示出按照本公開內容的一個示例的具有主動輸出電壓放電的升降壓轉換器的輸出電壓比較器部分的方框圖。
[0012]圖4是圖示出按照本公開內容的一個示例的具有主動輸出電壓放電的升降壓轉換器的主動放電配置的方框圖。
[0013]圖5是圖示出按照本公開內容的一個示例的具有主動輸出電壓放電的升降壓轉換器的電流恢復配置的方框圖。
[0014]圖6是圖示出按照本公開內容的一個示例的針對具有主動輸出電壓放電的升降壓轉換器的主動放電監測電路的方框圖。
[0015]圖7是圖示出按照本公開內容的一個示例的針對具有主動輸出電壓放電的升降壓轉換器的電流恢復監測電路的方框圖。
[0016]圖8是圖示出按照本公開內容的一個示例的具有電流恢復模式的主動輸出電壓放電的方法的流程圖。
[0017]圖9是圖示出按照本公開內容的另一個示例的不具有電流恢復模式的主動輸出電壓放電的方法的流程圖。
[0018]圖10是圖示出按照本公開內容的一個示例的主動輸出電壓放電的方法的信號圖。
[0019]圖11是圖示出按照本公開內容的一個示例的主動輸出電壓放電的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1是圖示出按照本公開內容的一個示例的升降壓轉換器100和LED鏈裝配140的方框圖。LED鏈裝配140包括LED鏈148和多通道開關鏈142。升降壓轉換器100包括電壓輸入120，和耦合到LED鏈裝配140的電壓輸出134。升降壓轉換器100也包括電感110、和以這種關于跨電感110應用不同電路連接的方式耦合到電感110的開關122、124、126和128。升降壓轉換器100進一步包括輸出電容器130和耦合到電壓輸出134的輸出電阻器132。在這個說明性示例中，升降壓轉換器100進一步包括主動放電控制元件160，其經由反饋電壓線152耦合到電壓輸出134。主動放電控制元件160可以實現將主動放電或者快速放電應用到電壓輸出134，并且將按照各種說明性示例在下文中進一步描述。
[0021]如上文所記錄的，升降壓轉換器的一些應用(諸如在一些自動照明應用或者其它應用中)具有由若干LED構成的LED鏈。LED的數量可以取決于具體應用而變化。LED中的一個或者多個可以被繞開，從而縮短LED鏈并且暫時地減少LED鏈的長度。諸如升降壓轉換器那樣的DC/DC轉換器可以控制流過LED鏈的電流，而輸出電壓由組成該鏈的LED的數量和前向電壓所設定。當這些LED中的一個或者多個被繞過并且從而鏈長度被減小時，DC/DC轉換器的輸出儲槽電容器可以通過剩余的LED放電。這個放電的電流僅由LED其自身的串聯電阻所限制，以使得當DC/DC轉換器的輸出儲槽電容器放電通過減少的LED部分時，電流可能是較大的，并且可能會超過LED被設計為可經受的最大電流。由控制器所需的、對這種電流過沖作出反應的時間由閉環帶寬限制，以使得控制器可能不足夠快地作出反應來阻止足夠顯著來損壞或者毀壞該LED的電流過沖。
[0022]對于這種電流過沖(以及其超過LED可以經受的最大電流的潛在性)的一個解決方案是停止對負載的能量傳輸，并且在繞開LED中的一個或者多個之前使LED鏈對輸出電容器進行電流放電以到達最終電壓值。然而，由這個放電過程完成所花費的時間典型地是不受控的，因為它僅僅取決于電容器值和LED鏈的串聯電阻的總和。由于升降壓轉換器中的輸出電容器的電容一般是相對高的，所以為了保證低輸出電流脈動(ripple)，由這個放電過程所花費的時間可能結果是足夠長以導致在該放電期間LED鏈的光的明顯變暗。而且，取決于在鏈中的LED數量和將被繞開的LED數量，可能不能確保電路達到最終目標的電壓，并且因此一旦LED的一部分被繞開，可能不能消除潛在毀壞性的電流過沖，其可能會損壞或者毀壞在縮短的LED鏈中的剩余LED。
[0023]本公開內容的各種示例針對具有快速、主動輸出電壓放電的電流模式受控的同步升降壓轉換器，其可以解決上文討論的挑戰。在本公開內容的各種示例中，諸如在圖1的示例中，同步升降壓轉換器100可以將流過其電感110的電流的方向進行反轉，以使得電流通過電感110和輸出電阻器117從其輸出電容器130流動到地118。通過使用經由電感110的反轉電流，升降壓轉換器100在繞過LED鏈148中的LED中的一個或者多個之前，主動地將輸出電容器130放電，直到在輸出134處達到合期望的、新的電壓值。在輸出134處所達到的合期望的新電壓值或者第二輸出電壓相對應于僅具有LED鏈148中的LED子集的縮短的LED鏈的所更改的輸出電壓需要。因此，可以使具有主動輸出電壓放電的升降壓轉換器100與僅允許輸出電壓在繞開負載的一部分之前被動地放電的其它類型的電路形成對照。
[0024]本公開內容的同步升降壓轉換器也可以實施狀態機，其能夠執行由微控制器觸發的輸出電容器130的快速、主動的放電。微控制器可以在將輸出切換到具有更改的輸出電壓需要的所更改的負載之前(諸如通過繞過LED鏈140中的LED的一個或者多個)，控制各種開關來改變升降壓轉換器的配置(如在下文進一步描述的)。本公開內容的主動放電過程可以使用電流模式受控的同步升降壓轉換器的特征與監測輸出134處的輸出電壓相組合，從而監測何時電壓階躍被斷定從第一輸出電壓到達相對應于所更改的負載(諸如縮短的LED鏈)的所更改的輸出電壓需要的第二輸出電壓。在一些示例中，微控制器可以監測輸出134處的輸出電壓，其指示何時電壓階躍通過常駐的模擬數字轉換器(ADC)被斷定，從而增強實時通信。在一些示例中，微控制器可以通過將具有電阻分壓器和比較器的電路包括在升降壓轉換器100的控制器中(諸如在圖3中所描繪的示例)的靈活的方式來監測輸出電壓，其指示何時電壓階躍被斷定。用于監測和控制升降壓轉換器100的操作的電路的附加示例在下文中參考圖6和7來進一步描述。升降壓轉換器100可以包括諸如微控制器、模擬數字轉換器、具有電阻分壓器