具有連續(xù)輸出調(diào)節(jié)范圍的緊湊功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成功率轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域。本發(fā)明尤其可以應(yīng)用于發(fā)光二極管(LED)光源的驅(qū)動電路。更具體地，本發(fā)明涉及緊湊和有效的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]要求功率轉(zhuǎn)換模塊的高集成水平的應(yīng)用，例如使用開關(guān)模式電源(SMPS)，可以借助諸如開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器(SCC)的功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器可以僅使用電容器和開關(guān)并與電感輸出濾波器組合來提供高效率的DC-DC電壓轉(zhuǎn)換。
[0003]尤其地，固態(tài)照明(SSL)工業(yè)對用于LED的小且緊湊的電源管理單元的需求正在增加。LED要求盡可能高效地以恒定電流的形式傳輸供應(yīng)功率。理想地，在尺寸上可與LED本身進(jìn)行比較的LED驅(qū)動器將表現(xiàn)出重大突破，其能夠?qū)崿F(xiàn)新的照明概念。這種解決方案將要求系統(tǒng)具有高水平的可靠性和效率，從而滿足壽命、尺寸和散熱的要求。
[0004]LED驅(qū)動器可以基于SMPS。SMPS可以包括SCC，其允許高集成水平并實現(xiàn)較大的功率轉(zhuǎn)換比率，但是具有提供多個離散的轉(zhuǎn)換比率的缺陷，這使得SCC不適合于要求輸出功率的細(xì)調(diào)的應(yīng)用。
[0005]SMPS還可以包括傳統(tǒng)的電感轉(zhuǎn)換器，其包括多個電感器和開關(guān)。電感轉(zhuǎn)換器允許輸出功率的細(xì)調(diào)，并且可以有效地提供任意的轉(zhuǎn)換比率，但是電感轉(zhuǎn)換器的一個缺點(diǎn)是它們不能容易地集成到緊湊結(jié)構(gòu)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個目標(biāo)是通過提出一種允許實現(xiàn)高效的、小體積的混合功率轉(zhuǎn)換器、尤其是適用于LED的集成驅(qū)動器中的解決方案來克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明還允許實現(xiàn)能夠容易集成在緊湊封裝中的LED的電源管理單元。本發(fā)明可以進(jìn)一步允許將LED及其相關(guān)聯(lián)的電源管理單元集成在同一子基板中。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提出顯著減少SMPS的濾波器需求，從而在針對寬泛且連續(xù)的輸出調(diào)節(jié)范圍保持高的轉(zhuǎn)換效率的同時，能夠使用少得多的大體積的電感器。
[0008]為了該目的，本發(fā)明提出了使用脈寬調(diào)制信號向負(fù)載供電的新型的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其包括電感式輸出濾波器，所述電感式輸出濾波器的至少一個輸出被配置為連接至所述負(fù)載，所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括:
[0009].功率轉(zhuǎn)換模塊，其由DC輸入電壓供電并被配置用于提供多個輸出信號，所述多個輸出信號的電平幅度為輸入電壓電平的分?jǐn)?shù)，每個輸出信號均浮置，其具有以從經(jīng)確定的最低分?jǐn)?shù)的電平幅度到經(jīng)確定的最高分?jǐn)?shù)的電平幅度的范圍內(nèi)的多個階梯進(jìn)行劃分的偏置分量;
[0010]?選擇模塊，適于選擇所述多個輸出信號中的一個輸出信號，所選擇的輸出信號連接至所述輸出濾波器。
[0011]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，選擇模塊可以包括多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器接收所述多個輸出信號作為多個輸入，并且配置用于從所述多個輸入輸出所選擇的一個輸出信號。
[0012]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，選擇模塊包括所選擇的輸出信號到輸出濾波器的布線。
[0013]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，功率轉(zhuǎn)換設(shè)備可以還包括控制器，其被配置用于根據(jù)由表示感測的電源電壓的輸入信號、所述功率轉(zhuǎn)換模塊的感測輸出電壓和表示感測的負(fù)載電壓、負(fù)載電流或負(fù)載功率的信號組成的組中的至少一個分量，來控制所述功率轉(zhuǎn)換模塊的輸出信號的占空比和/或頻率。
[0014]在本發(fā)明的一個示例實施例中，功率轉(zhuǎn)換模塊可以包括開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器(SCC)，所述開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器包括被所述控制器控制的多個開關(guān)。
[0015]在本發(fā)明的一個示例實施例中，功率轉(zhuǎn)換模塊可以基于迪克森梯型拓?fù)洹?br>[0016]在本發(fā)明的一個不例實施例中，多個輸出信號可以由所述功率轉(zhuǎn)換模塊的對應(yīng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處的電壓形成。
[0017]本發(fā)明的另一方面是用于發(fā)光二極管的驅(qū)動器，其包括所描述的實施例中的任意實施例中的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。
[0018]本發(fā)明的另一方面是LED封裝，其包括至少一個LED以及相關(guān)聯(lián)的根據(jù)所描述的實施例中的任意實施例中的驅(qū)動器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的示例實施例，這種LED封裝可以集成為芯片上電源系統(tǒng)(PSoC)或封裝內(nèi)電源系統(tǒng)(PSiP)。
[0020]本發(fā)明的另一方面是一種用于通過電感式輸出濾波器為負(fù)載提供脈寬調(diào)制(PWM)信號的方法，所述電感式輸出濾波器的至少一個輸出被配置為連接至所述負(fù)載，所述方法至少包括以下步驟:將DC輸入電壓提供的功率轉(zhuǎn)換為多個輸出信號，所述多個輸出信號的幅度電平為輸入電壓電平的分?jǐn)?shù)，每個輸出信號均浮置，其具有以從經(jīng)確定的最低分?jǐn)?shù)的電平幅度到經(jīng)確定的最高分?jǐn)?shù)的電平幅度的范圍內(nèi)的多個階梯進(jìn)行劃分的偏置分量；以及通過連接至輸出濾波器的多路復(fù)用器選擇從所述多個輸出信號中所選擇的一個輸出信號。
[0021]本發(fā)明在其實施例中的另一優(yōu)勢是其允許減少電磁發(fā)射，由此改善電磁干擾(EMI)。
[0022]本發(fā)明的又一優(yōu)勢是功率轉(zhuǎn)換設(shè)備所包括的開關(guān)中的電壓應(yīng)力可以顯著減少，從而顯著地改善功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的壽命以及實現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)換。更進(jìn)一步地，減少電壓應(yīng)力允許使用更小的開關(guān)，這導(dǎo)致更廉價的集成工藝，以及允許符合超大規(guī)模集成(VLSI)的要求，這導(dǎo)致了可能更快的開關(guān)速度。
[0023]本發(fā)明在其一些實施例中的又一優(yōu)勢是:與具有類似性能的現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換設(shè)備相比較，功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中所使用的電容器的數(shù)量可以大幅減少。
【附圖說明】
[0024]本發(fā)明的這些和其他特性和優(yōu)勢將根據(jù)以下僅通過說明和非限制性實例給出的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述以及附圖而變得更加清楚，其中:
[0025]圖1示出了本發(fā)明的示例性實施例中的連接至電壓源和負(fù)載的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的框圖；
[0026]圖2是示出本發(fā)明的示例性實施例中的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的傳動系的電氣圖；
[0027]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的不同內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處的電壓的時序圖；
[0028]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的當(dāng)控制PWM信號的占空比被掃描時功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的不同內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處的平均電壓的曲線；
[0029]圖5是示出針對額定負(fù)載電壓的不同值的輸出濾波器的電感值對輸出電壓波紋變化的依賴性的曲線；
[0030]圖6是示出本發(fā)明的示例性實例中的用于控制功率轉(zhuǎn)換模塊的占空比和/或頻率的模擬控制的示例性實施方式的示圖；
[0031]圖7是示出本發(fā)明的示例性實施例中的用于控制多路復(fù)用器通道的分區(qū)控制的示例性實施方式的示圖。
【具體實施方式】
[0032]在以下詳細(xì)描述中，為了解釋而不是限制的目的，闡述公開具體細(xì)節(jié)的代表性實施例以提供對本教導(dǎo)的透徹理解。然而，對于受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，根據(jù)本公開內(nèi)容的脫離這里公開的具體細(xì)節(jié)的其他實施例仍然落在所附權(quán)利要求的范圍之中。此外，可以省略公知裝置和方法的描述，從而不模糊代表性實施例的描述。這些方法和裝置明顯在本公開的范圍內(nèi)。
[0033]圖1示出了本發(fā)明的示例性實施例中的連接至電壓源和負(fù)載的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的框圖。
[0034]圖1示出了功率轉(zhuǎn)換設(shè)備10，其具有向負(fù)載11傳輸諸如調(diào)節(jié)DC電壓的輸出信號的至少一個輸出。功率轉(zhuǎn)換設(shè)備10具有連接至電源13的至少一