[发明专利]数字切换转换器控制

说明书

技术领域

本发明涉及切换转换器的数字控制，具体地，涉及用于向例如基于发光二级管（LED）的照明装置提供具体所需电流的DC/CD转换器的闭环控制。

背景技术

诸如DC/CD转换器的切换转换器通常提供调节后输出电压。然而，在一些应用中，需要调节后输出电流。这尤其是电流驱动向其提供电能的负载的情况。一种重要类型的电流驱动负载是在照明装置领域中变得日益重要的发光二级管（LED）。

基于LED的现代照明装置通常包括几个单独LED的串联电路。因此，LED“共享”共用调节后负载电流（regulated output current），而跨LED的相应电压降可能由于温度变化以及老化而改变。此外，单个LED的正向电压可能由于因生产工艺导致的不可避免的容差而显著不同。

由于许多原因（最重要的是效率），提供调节后输出电流（负载电流）的切换转换器优于线性调节器。然而，负载电流控制需要负载电流反馈以及由此的负载电流检测电路。为此，通常使用精确的低欧姆检测电阻器。由于这种电阻器不能集成在集成电路（IC）中，所以其必须作为外部（即，未集成在IC中）器件来提供。此外，当平均负载电流与LED的可视亮度相关时，可能需要滤波电路来对电流检测信号（即，跨检测电阻器的电压降）滤波。有关包括用于操作适当切换转换器的控制电路的全集成LED驱动电路的一个实例是来自国家半导体的器件LM3421（见数据表LM3421、LM3421Q1、LM3421Q0、LM3423、LM3423Q1、LM3423Q0，“用于稳恒电流LED驱动器的N沟道控制器（N-Channel Controllers for Constant Current LED Drivers）”，国家半导体，2010年1月）。

发明内容

考虑提供调节后输出电流的现有切换转换器控制电路，仍存在改进需求，尤其是对于需要较少的不易集成在配置在一个单芯片封装壳内的一个或多个半导体芯片中的外部元件的集成控制电路。

利用权利要求1所述的控制电路至少能部分满足该需求。独立权利要求涵盖了本发明的几个示例性实施方式。

公开了一种用于控制切换转换器的操作以向负载提供调节后负载电流的控制电路。该切换转换器包括电感器和用于切换经由电感器提供的负载电流的高侧和低侧晶体管。该电路包括：数字调制器，其被配置为提供具有由数字占空比值确定的占空比的调制信号；电流检测电路，其耦接至晶体管中的至少一个，且被配置为定期对负载电流值采样；比较器，其耦接至电流检测电路，且被配置为将采样负载电流值与第一阈值相比较，并提供相应的比较器输出信号，第一阈值取决于所定义的期望输出电流，以及比较器输出信号指示采样电流值是否小于或大于期望输出电流；以及调节器，其被配置为接收比较器输出信号并计算所更新的数字占空比值。此外，公开了一种用于控制切换转换器的操作的相应方法。

附图说明

参照以下附图和描述能更好地理解本发明。附图中的元件不一定成比例，而是将重点放在示出本发明的原理上。此外，附图中，类似附图标记指示相应部分。附图中：

图1示出了用于驱动LED串联电路的常规电路，该电路包括降压转换器和适当控制电路；

图2示出了作为本发明的一种示例性实施方式的包括用于操作向LED提供电流的切换转换器的改进型数字控制电路的LED驱动电路；

图3是为说明电路功能而示出图2的电路中的一些信号的时序图；

图4是示出在图2的电路中使用的比较器的特性曲线的曲线图；

图5更详细地示出了在图2的电路中使用的控制器的一个实例；

图6以示例性时序图示出了图2的电路的减光（dimming）性能的原理；

图7示出了如图4的（b）所示的比较器作为状态机的一种示例性实施；

图8示出了如图2的实例所示的电流检测电路的一个实例。

具体实施方式

下文中，利用LED驱动器作为一个实例来讨论本发明。然而，应当注意，可以简单采用切换转换器控制电路来提供具有调节后负载电流的任意负载（除LED之外）。在本文所讨论的实例中，使用降压转换器。然而，可采用任何其他的切换转换器来替代，诸如升压转换器、降压-升压转换器、升压-降压（split-pi）转换器、转换器、SEPIC转换器、zeta转换器等。