專(zhuān)利名稱(chēng)：具有連續(xù)傳導(dǎo)模式(ccm)和不連續(xù)傳導(dǎo)模式(dcm)操作的可調(diào)恒流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，并且特別涉及提供支持不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM) 和連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)的可調(diào)恒流源的裝置和方法。
背景技術(shù)：
切換式系統(tǒng)在技術(shù)上是眾所周知的。圖1所示是一個(gè)示例切換式系統(tǒng)100。切換式系統(tǒng)100包括切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102、轉(zhuǎn)換器電流控制器104和負(fù)載106。功率101被饋入切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102。切換式系統(tǒng)100使用切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102來(lái)將交流(AC) 電壓(諸如線(xiàn)路/電源電壓)轉(zhuǎn)換成直流(DC)電壓或直流-直流，其中，輸入電流與輸入電壓是成比例的。轉(zhuǎn)換器電流控制器104控制切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的電流，切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載106。圖中示例性切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102可以是一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器也可以是一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器。切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102有兩種開(kāi)關(guān)級(jí)運(yùn)行模式不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)和連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)。在CCM中，切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的開(kāi)關(guān)在轉(zhuǎn)換器電流控制器104為非零時(shí)由轉(zhuǎn)換器電流控制器104打開(kāi)到“開(kāi)”，并且轉(zhuǎn)換器電流控制器104的能量轉(zhuǎn)移電感器的電流在開(kāi)關(guān)循環(huán)期間從不達(dá)到零。圖2A所示是具大小為3安培值的(電感器電流iL的)示例性目標(biāo)電流ita,get。圖2A還表明電感器電流k的周期是10微秒，并且其值總為非零。在 CCM中，電流擺幅小于DCM中的電流擺幅，使電感器電流k的I2R功率損耗較小，脈動(dòng)電流較低，結(jié)果得到較低的電感器磁芯損耗。較低電壓擺幅還降低電磁干擾(EMI)，從而可以使用較小的輸入濾波器。在電感器電流k不等于零時(shí)，切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的開(kāi)關(guān)被置于“關(guān)”，所以切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的二極管需要能夠非?？焖俚胤聪蚧謴?fù)，以盡可能降低損耗。在DCM中，在切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的電感器的電感器電流k等于零時(shí)，切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的開(kāi)關(guān)由轉(zhuǎn)換器電流控制器104打開(kāi)(例如，“開(kāi)”)。圖2B的示例是0.8 安培的目標(biāo)電流ita,get。圖2B還表明電感器電流k具有10微秒的周期，并且在每個(gè)周期的某一階段降為零。舉例說(shuō)明，為了使用切換式系統(tǒng)100來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)發(fā)光系統(tǒng)，很重要的一點(diǎn)是它必須具有在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可調(diào)的精確恒流輸出，比如在100比1(100 1)的范圍內(nèi)。這種精確可調(diào)的恒定輸出需要一個(gè)切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102，以在CCM模式與DCM模式間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，并且在CCM模式和DCM模式中都能提供可控的輸出。對(duì)于為電感器電流k設(shè)定的高目標(biāo)電流值，電流脈動(dòng)需要被控制在最小的范圍。這種低電流脈動(dòng)一般需要在 CCM模式下運(yùn)行切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102。除非切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的電感器大很多， 否則切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102將以DCM運(yùn)行，其電感器電流k的平均電流iavCTage較低。假設(shè)電感器以線(xiàn)性(非飽和)運(yùn)行，如果在CCM模式中的切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的控制方式中，電流大于目標(biāo)電流的時(shí)間與小于目標(biāo)電流ita_的時(shí)間相等，則平均電流iavCTage 等于目標(biāo)電流itmgrt。切換式轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102的CCM運(yùn)行一般不需要知道電感器值L (或成比例的電感器常數(shù)F*L乘積，其中，F(xiàn)可以是接通時(shí)間周期除以接通時(shí)間周期的計(jì)數(shù)值)， 也不需要知道輸入/輸出比率D，用以提供這種精確恒定平均電流輸出。然而，為轉(zhuǎn)換器功率級(jí)102提供在CCM與DCM之間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換也有難度。例如，在 DCM中需要知道電感器值L(或成比例的電感器F*L乘積)和輸入/輸出比率D，因?yàn)樗鼈儗?duì)電流校準(zhǔn)有直接影響。任何誤差將在有效電流數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)中導(dǎo)致微分非線(xiàn)性(DNL)誤差。因此，為了在CCM與DCM之間至少提供一個(gè)較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換，有必要檢測(cè)，觀(guān)察，并且/或者導(dǎo)出切換式轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的電感器值L (或成比例的電感器常數(shù)F*L乘積)和輸入/輸出比率D，特別是當(dāng)該切換式轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)以DCM模式運(yùn)行時(shí)。這種測(cè)量方法能夠控制切換式轉(zhuǎn)換器102的開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間或總運(yùn)行周期，從而向電感器電流k提供精確的可調(diào)恒定平均電流輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和運(yùn)行轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的方法。該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)可以在輸出電流的一個(gè)范圍內(nèi)以不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)運(yùn)行， 并且可以在輸出電流的另一范圍內(nèi)以連續(xù)模式(CCM)運(yùn)行。該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)包括至少一個(gè)具有電感器值的電感器和控制開(kāi)關(guān)。該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)提供平均電流。有電流控制器耦合到該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)。當(dāng)轉(zhuǎn)換器功率級(jí)以DCM運(yùn)行時(shí)，該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)提供平均電流，并且電流控制器被配置用于測(cè)量電感器的電感器值。此外，電流控制器還可以被配置用于測(cè)量轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。


參照附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)更好地理解本發(fā)明，以及本發(fā)明的許多目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。在多個(gè)圖中使用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)明相同或相似的元件。圖1描述了示例性的切換式系統(tǒng)。
圖2A描述了以連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)運(yùn)行的切換式轉(zhuǎn)換器102的電感器電流込和目標(biāo)電流itawt的電流波形示例，時(shí)間單位為10微秒。圖2B描述了以不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)運(yùn)行的切換式轉(zhuǎn)換器102的電感器電流、 和目標(biāo)電流itawt的電流波形示例，時(shí)間單位為10微秒。圖3描述了由驅(qū)動(dòng)LED的發(fā)光二極管(LED)電流控制器控制的切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)示例的細(xì)節(jié)。圖4描述了包括一個(gè)目標(biāo)電流發(fā)生器和一個(gè)LED電流控制器的LED發(fā)光控制器示例的細(xì)節(jié)。圖5描述了一個(gè)切換式降壓轉(zhuǎn)換器示例的電感器電流k的電流波形示例。該切換式降壓轉(zhuǎn)換器演示出第一項(xiàng)技術(shù)示例，該技術(shù)可在示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)以DCM 運(yùn)行時(shí)提供精確恒定平均電感器電流輸出，有助于使切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)在CCM與 DCM之間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。圖6描述了由驅(qū)動(dòng)LED的LED電流控制器控制的另一種切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)示例的細(xì)節(jié)。圖7描述了示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的控制信號(hào)CSp電感器電流k和感測(cè)電流的示例性電流波形。這些電流波形演示出當(dāng)示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)在開(kāi)關(guān)周期中使用雙脈沖或更多脈沖的不連續(xù)傳導(dǎo)(DCM)/連續(xù)傳導(dǎo)(CCM)混合模式時(shí)，第二和第三示例性技術(shù)各自可以提供精確恒定的平均電感器電流輸出，從而有助于切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)在CCM與DCM之間進(jìn)行平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。
具體實(shí)施例方式圖3描述了發(fā)光二極管(LED)發(fā)光系統(tǒng)300的細(xì)節(jié)，該發(fā)光二極管發(fā)光系統(tǒng)300 具有由驅(qū)動(dòng)LED 308的發(fā)光二極管(LED)電流控制器310控制的示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)301。LED發(fā)光系統(tǒng)300是表現(xiàn)本發(fā)明的演示性系統(tǒng)，本發(fā)明并不局限于LED發(fā)光系統(tǒng)，也不局限于使用降壓轉(zhuǎn)換器、LED電流控制器和LED。本發(fā)明可以用于其它適用的應(yīng)用， 也可使用其它轉(zhuǎn)換器/轉(zhuǎn)換器功率級(jí)(例如，升壓轉(zhuǎn)換器)或控制器。如圖3所示，切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)301包括一個(gè)控制開(kāi)關(guān)(例如，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET))302，該開(kāi)關(guān)具有與電感器304串聯(lián)耦合的源極和漏極。FET 302的源極耦合到輸入電壓Vin的正極。二極管306跨接輸入電壓Vin耦合，其中，二極管306的第一端耦合在 FET 302的漏極與電感器304之間，而二極管306的第二端耦合到輸入電壓Vin的負(fù)極。一串LED 308跨接輸出電壓V。ut而耦合(例如，從輸出電壓V。ut的正極耦合到輸出電壓V。ut的負(fù)極)。例如，該串LED 308可以包括20到100個(gè)串聯(lián)耦合在一起的LED。感測(cè)電阻器Rsmse的一端耦合到輸入電壓Vin的負(fù)極，而感測(cè)電阻器Rsmse的另一端耦合到二極管306的第二端。感測(cè)電阻器Rsense用于檢測(cè)流經(jīng)FET 302的感測(cè)電流isense。 如圖3所示，由于感測(cè)電流isense從FET 302的漏極的節(jié)點(diǎn)被提供到LED電流控制器310， 所以感測(cè)電阻器Rse■可以位于電流回路312中的任意位置。或者，如以虛線(xiàn)所示的，感測(cè)電阻器Rsense的一端耦合到二極管306的第二端，且感測(cè)電阻器的另一端耦合到輸出電壓V·的負(fù)極。如圖3所示，由于感測(cè)電流從電感器304的輸入端的節(jié)點(diǎn)被提供到 LED電流控制器310，所以感測(cè)電阻器Rsense可以位于電流回路314中的任意位置。LED電流控制器310輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)CStl，該開(kāi)關(guān)控制信號(hào)CStl被饋入FET 302的門(mén)極，并且作為開(kāi)關(guān)來(lái)控制FET 302的開(kāi)啟和關(guān)閉。例如，在全亮度的示例LED發(fā)光系統(tǒng)300的輸出電壓V。ut可以為400毫安或在400 毫安左右。當(dāng)輸出電壓V。ut為至少50到100毫安時(shí)，切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)301以CCM 運(yùn)行。當(dāng)輸出電壓V。ut下降到50到100毫安以下時(shí)，切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)301以DCM 運(yùn)行。在LED發(fā)光系統(tǒng)300中，負(fù)載電感器電流、總是可測(cè)量的，即，F(xiàn)ET 302的高邊開(kāi)關(guān)是可測(cè)量的?，F(xiàn)在參考圖3和圖4，目標(biāo)電流發(fā)生器412耦合到LED電流控制器310，將目標(biāo)電流itoget饋入LED電流控制器310。如圖4所示，目標(biāo)電流發(fā)生器412和LED電流控制器310 —起構(gòu)成LED發(fā)光控制器400。LED電流控制器310包括局部電源402，該局部電源402向LED電流控制器310的各種部件提供功率。LED電流控制器310還包括狀態(tài)機(jī)410，該狀態(tài)機(jī)410接收從目標(biāo)電流發(fā)生器412饋入的目標(biāo)電流itoget。狀態(tài)機(jī)410提供數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)是進(jìn)入數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器404的目標(biāo)電流itawt的反映或表示。DAC 404將表示的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)。該模擬信號(hào)和感測(cè)電流isense被饋入比較器 (C0MP)406用于比較，并且比較的結(jié)果被饋入狀態(tài)機(jī)410。LED電流控制器310還包括時(shí)鐘 (振蕩器)408，并且時(shí)鐘(0SC) 408耦合到狀態(tài)機(jī)410，并被狀態(tài)機(jī)410使用。本發(fā)明的涉及當(dāng)轉(zhuǎn)換器以DCM運(yùn)行時(shí)提供精確可調(diào)恒定平均電感器電流輸出的技術(shù)(例如，第一、 第二和第三技術(shù))，在狀態(tài)機(jī)410中實(shí)現(xiàn)。此外，LED控制器310可以在單個(gè)集成電路(IC) 或單個(gè)IC襯底上實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)電流發(fā)生器412可以是單個(gè)IC的一部分也可以獨(dú)立于IC?，F(xiàn)在參考圖3和圖5，當(dāng)LED電流控制器310的時(shí)鐘(振蕩器)408的時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)，F(xiàn)ET 302被打開(kāi)。參考電流i,ef被調(diào)至預(yù)先設(shè)置的在零到峰值電流ipeak之間的某個(gè)電流值。參考電流的設(shè)定值可以精確測(cè)量，但也允許負(fù)載電感器電流k坡升到峰值電
^lL ipeak。圖5描述了示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)301的電感器電流k的示例性電流波形500。該電流波形500演示當(dāng)示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器以DCM運(yùn)行時(shí)提供精確可調(diào)恒定平均電感器電流輸出的第一示例性技術(shù)。第一示例性技術(shù)使切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)在CCM與DCM之間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。如圖5所示，當(dāng)負(fù)載電感器電流k在時(shí)刻Ta達(dá)到參考電流 i,ef時(shí)，第一接通周期1\被確定。換句話(huà)說(shuō)，時(shí)間周期T1是從FET 302打開(kāi)到負(fù)載電感器 (電流Hl達(dá)到參考電流iref的時(shí)間。FET 302在n*TA時(shí)刻被關(guān)閉。因此，第二接通周期T2 被確定為從當(dāng)負(fù)載電感器(電流)I達(dá)到參考電流i,ef (例如，在時(shí)刻Ta)的FET 302接通時(shí)刻到負(fù)載電感器(電流達(dá)到峰值電流ipeak(例如，在時(shí)刻n*TA)的時(shí)刻。η是比率值， 并且優(yōu)先選為2(例如，2 1)。負(fù)載電感器電流k不斷降低，越過(guò)參考電流iMf，并且在時(shí)刻Tb下降到零。斷開(kāi)時(shí)間周期T3從負(fù)載電感器(電流達(dá)到峰值電流ipeak(例如，在時(shí)刻n*TA)時(shí)開(kāi)始，到負(fù)載電感器(電流達(dá)到零(例如，在時(shí)刻Tb)時(shí)結(jié)束。圖5中的電感器電流I的總周期被定義為時(shí)間周期TT。在該LED發(fā)光系統(tǒng)300的實(shí)施方案中，接通時(shí)間T。n(等于時(shí)間周期Ι\+Τ2)和斷開(kāi)時(shí)間T。ff (等于時(shí)間周期T3)都可以觀(guān)測(cè)或測(cè)量到，但僅有接通周期T。n和總周期TT可以被控制。因此，在實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光系統(tǒng)300中，通過(guò)控制接通周期1 或者控制總周期TT，以將精確恒定平均電流輸出用作電感器電流I。以下數(shù)學(xué)關(guān)系式可以測(cè)量并/或確定與電感器304的電感器值(電感)L相關(guān)的輸入/輸出比率D和比率Cl 峰值電流ipeak = T。n* (Vin-Vout) /L公式 A斷開(kāi)時(shí)間周期T。ff = ((Vin-Vout) /Vout) *T。n公式 BD = Vout/Vin = Ton/ (T。n+T。ff)公式 C參考電流iref = T1* (Vin-Vout) /L公式 D比率C1 = iref/Tl = (Vin-V。J/L公式 E在本發(fā)明中，電感器304的電感器值(電感)L的測(cè)量和確定不局限于測(cè)量和確定電感器304的實(shí)際電感(例如，測(cè)量為毫亨)，也可以測(cè)量或確定任何代表或反映電感值的量值。例如，這種代表或反映電感值的量值可以遵從與電感相關(guān)的上升的數(shù)學(xué)速率、可測(cè)量的電感值、電感的二進(jìn)制形式或者與電感直接正比、間接正比或反比的關(guān)系(例如，L;l/L
寸乂 O比率Cl表示一種關(guān)系，其中，當(dāng)FET 302打開(kāi)時(shí)電感器值L根據(jù)電流的上升的速率(例如，iref/!\)確定。轉(zhuǎn)換器301的輸入-輸出轉(zhuǎn)換率D根據(jù)電感器電流k的接通時(shí)間 (坡升時(shí)間)T。n( = I\+T2)和電感器電流k的斷開(kāi)時(shí)間(坡降時(shí)間)T。ff( = T3)來(lái)計(jì)算。由于上述值可以被確定，所以電感器電流I的平均恒定輸出電感器電流iATC可以確定如下iAVG = ipeak/2* ((T。n+T。ff) /TT)公式 F= (T。n* (Vin-Vout) /L) /2* ((Ton+ ((Vin-Vout) /Vout) *T。n)) /TT))= Τ。η2/2* (Vin-Vout) /L) * (1+ (Vin-Vout) /Vout)) /TT= Τ。η2/2* (Vin-Vout) /L) * (NJN0J * (1/ΤΤ)= T。n2/2*C1/D*(l/TT)接通時(shí)間1^可以被確定并且以如下方式分別控制T = <2*iAVG*D/C”TT 公式 G
1 on如公式G所示，利用已知或是測(cè)得的電感器電流k的輸入/輸出比率D、比率Cl 和總周期TT，可以控制FET 302的接通時(shí)間T。n，從而產(chǎn)生一個(gè)給定的可調(diào)平均恒流輸出電感器電流iATC用作供電感器電流I。圖6詳細(xì)描述了另一種發(fā)光二極管(LED)發(fā)光系統(tǒng)600，該系統(tǒng)有另一種示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601，且該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601在發(fā)光二極管(LED)電流控制器310的控制下驅(qū)動(dòng)LED308。圖6還示出耦合到目標(biāo)電流發(fā)生器412的LED電流控制器310，并且如前文討論圖4時(shí)所述的，目標(biāo)電流發(fā)生器412和LED電流控制器310構(gòu)成LED發(fā)光控制器400。LED發(fā)光系統(tǒng)600是演示本發(fā)明的另一種應(yīng)用領(lǐng)域的另一個(gè)示例系統(tǒng)，并且本發(fā)明并不局限于LED發(fā)光系統(tǒng)，也不局限于降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)、LED電流控制器和LED的應(yīng)用。 本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它合適的領(lǐng)域，也可以使用其它轉(zhuǎn)換器/轉(zhuǎn)換器功率級(jí)(例如，升壓轉(zhuǎn)換器)或控制器。如圖6所示，切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601包括串聯(lián)耦合在一起并且跨接在輸出電壓V。ut兩端的LED 308、電感器304、FET (控制開(kāi)關(guān))302和感測(cè)電阻器Rs_。如圖6所示，二極管306的一端耦合到輸入電壓Vin的正極，并且二極管306的另一端耦合到電感器 304與FET302之間的節(jié)點(diǎn)。所示輸出電流i。ut流過(guò)輸出電壓V。ut的正極。電感器電流i廠(chǎng)流經(jīng)電感器304，而感測(cè)電流isense流經(jīng)電阻器Rsense。此外，感測(cè)電阻器Rsense被用于檢測(cè)流經(jīng) FET 302的感測(cè)電流isense。LED電流控制器310輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)CStl，該開(kāi)關(guān)控制信號(hào)CStl被饋入FET 302的門(mén)極，并且作為開(kāi)關(guān)來(lái)控制FET 302的啟動(dòng)和關(guān)閉。切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601僅在當(dāng)FET 302打開(kāi)時(shí)允許測(cè)量或檢測(cè)電感器電流I當(dāng)FET 302關(guān)閉時(shí)不允許測(cè)量或檢測(cè)電感器電流I。因此，僅在當(dāng)FET302打開(kāi)時(shí)，切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601 需要感測(cè)電流ismse，并且可以用低邊開(kāi)關(guān)302對(duì)感測(cè)電流ismse進(jìn)行感測(cè)?，F(xiàn)在參考圖7。圖中顯示出用于表示示例切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601的控制信號(hào)CStl、電感器電流iL和感測(cè)電流isense的示例性電流波形700、702和704，用這些電流波形顯示出在開(kāi)關(guān)周期中使用雙脈沖或更多脈沖的不連續(xù)傳導(dǎo)(DCM)/連續(xù)傳導(dǎo)(CCM)混合模式運(yùn)行的示例性切換式降壓轉(zhuǎn)換器601各自提供精確可調(diào)恒定平均電感器電流輸出 iavg的第二和第三示例性技術(shù)。該技術(shù)使切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)在CCM與DCM之間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。2008 年 5 月 1 日提交的題為 “Switch-Mode Converter Operating in a Hybrid Discontinuous Conduction Mode (DCM)/Continuous Conduction Mod (CCM) That Uses Double or More Pulses in a Switching Period(在開(kāi)關(guān)周期中使用雙脈沖或更多脈沖的不連續(xù)傳導(dǎo)(DCM)/連續(xù)傳導(dǎo)(CCM)混合模式運(yùn)行的切換式轉(zhuǎn)換器)”(發(fā)明者John Melanson ；Cirrus Docket No. 1674-IPD)的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào) 12/113，536 (下文稱(chēng)為 536 專(zhuān)利申請(qǐng))在細(xì)節(jié)上討論了在開(kāi)關(guān)周期中使用雙脈沖或更多脈沖的這種混合DCM/CCM模式的切換式轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行，并且536專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卮艘貌⑹褂谩，F(xiàn)在參考圖7的波形700、702和704，該圖討論了用示例切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601提供精確的可調(diào)恒定平均電感器電流輸出iavg的第二示例性技術(shù)。控制信號(hào)在時(shí)間周期T1期間轉(zhuǎn)換到高值并且打開(kāi)FET 302。電感器電流k坡升且超過(guò)參考電流iref， 并且在周期T1的終點(diǎn)達(dá)到峰值電流ipeak。感測(cè)電流在時(shí)間周期T1期間坡升到峰值感測(cè)電流值。在時(shí)間周期T2期間，控制信號(hào)(^降到低值并且關(guān)閉FET 302。在該時(shí)間周期 T2期間，切換式降壓轉(zhuǎn)換器601不允許檢測(cè)電感器電流k的值，并且感測(cè)電流isense下降到零值?？刂菩盘?hào)(^在時(shí)間周期T3期間回到高值并且打開(kāi)FET 302。電感器電流k又坡升且超過(guò)參考電流iref，并且又達(dá)到峰值電流ipeak。在該時(shí)間周期T3期間，切換式降壓轉(zhuǎn)換器 601可以允許測(cè)量電感器電流k的值，并且感測(cè)電流isense坡升到峰值感測(cè)電流值?？刂菩盘?hào)(^在時(shí)間周期T4期間又回到低值并且關(guān)閉FET 302。電感器電流k在時(shí)間周期T4期間坡降到零。在該時(shí)間周期T4期間，切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601不允許測(cè)量電感器電流 iL的值，并且感測(cè)電流isense下降到零值。如果時(shí)間周期T3小于時(shí)間周期T1，則切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)601則已進(jìn)入在開(kāi)關(guān)周期中使用雙脈沖或更多脈沖的混合DCM/CCM模式。然而，如果時(shí)間周期T3近似等于時(shí)間周期T1,則需要調(diào)節(jié)時(shí)間周期T2(例如，減小)，使得時(shí)間周期T3小于時(shí)間周期1\。現(xiàn)在參考圖7，電感器電流k的正常單個(gè)脈沖的總電荷將涉及正常開(kāi)關(guān)時(shí)間周期， 該正常開(kāi)關(guān)時(shí)間周期僅包括時(shí)間周期T1和T4。單個(gè)脈沖的總電荷在時(shí)間周期T1期間將是總電荷Q1,并且在時(shí)間周期T4期間將是總電荷％。因此，正常單個(gè)脈沖的總電荷的這種關(guān)系可表達(dá)為以下數(shù)學(xué)關(guān)系式總電荷Gjsingle = Q^Q2 = (T^T4) *ipeak/2公式 H然而，在時(shí)間周期T4期間不可以觀(guān)測(cè)或測(cè)量電感器電流I。因此，VT1 = T2/T3公式 IT4 = IVT3*T2公式 J
如電流波形702所示，電感器電流k的開(kāi)關(guān)周期的雙脈沖或更多脈沖基本上為兩個(gè)單個(gè)脈沖(每個(gè)僅涉及時(shí)間周期T1和T4)的重疊。如電流波形702所示，重疊充滿(mǎn)區(qū)域 Al是三角形區(qū)域。重疊充滿(mǎn)區(qū)域Al的左邊長(zhǎng)是時(shí)間周期T1與T3的差的反映，而重疊充滿(mǎn)區(qū)域Al的右邊長(zhǎng)是時(shí)間周期T4與T2的差的反映。因此，電流波形702下的總電荷Qt計(jì)算如下總電荷Qt = 2*Qsingle_Al公式 K重疊充滿(mǎn)區(qū)域Al = ((T1-T3) /T1^Q1+ ((T4-T2) /T4) *Q2)如圖7所示，峰值電流ipMk被設(shè)定為等于1安培，并且在圖7的示例波形中，幾何和三角形區(qū)域被設(shè)定為彼此相等，使得T1 = T4且T3 = T2,則數(shù)學(xué)關(guān)系式可以被簡(jiǎn)化。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，能夠在輸出電流的一個(gè)范圍內(nèi)以不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)運(yùn)行，并且在輸出電流的另一范圍內(nèi)以連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)運(yùn)行，其中，所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)包括至少一個(gè)具有電感器值的電感器和控制開(kāi)關(guān)，并且所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)提供平均電流；以及電流控制器耦合到所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)；其中，當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)以DCM模式運(yùn)行時(shí)，所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)提供所述平均電流， 并且，所述電流控制器被配置用于測(cè)量所述電感器的所述電感器值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，所述電感器值在所述控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)由經(jīng)過(guò)所述電感器的電感器電流的上升速率確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，所述電流控制器被配置用于測(cè)量所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，所述輸入-輸出轉(zhuǎn)換率由從所述電感器電流的坡升時(shí)間和所述電感器電流的坡降時(shí)間確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，感測(cè)電流被在所述控制開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，并且，所述輸入-輸出轉(zhuǎn)換率由所述電感器電流下降到零之前，在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)將控制開(kāi)關(guān)至少再次打開(kāi)來(lái)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，在所述電感器電流下降到零之后將觸發(fā)至少一個(gè)附加脈沖，使得貫穿所述開(kāi)關(guān)周期的所述電感器電流的總電荷是貫穿所述電感器電流的正常開(kāi)關(guān)周期的正常單個(gè)脈沖的電荷的簡(jiǎn)單倍數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)是一種切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，所述切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的輸出耦合到發(fā)光二極管(LED)負(fù)載，并且驅(qū)動(dòng)所述發(fā)光二極管(LED)負(fù)載。
9.一種運(yùn)行轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的方法，包括在輸出電流的一個(gè)范圍內(nèi)以不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)運(yùn)行轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，并且在輸出電流的另一范圍內(nèi)以連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)運(yùn)行所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，其中，所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)包括至少一個(gè)具有電感器值的電感器和控制開(kāi)關(guān)； 通過(guò)所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，提供平均電流； 通過(guò)電流控制器，控制所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)中的電流；以及當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)以DCM運(yùn)行時(shí)，通過(guò)所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，提供所述平均電流，并且配置所述電流控制器以測(cè)量所述電感器的所述電感器值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括當(dāng)所述控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，通過(guò)經(jīng)過(guò)所述電感器的電感器電流的上升速率，確定所述電感器值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括配置所述電流控制器，以測(cè)量所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括根據(jù)所述電感器電流的坡升時(shí)間和所述電感器電流的坡降時(shí)間，確定所述輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述控制開(kāi)關(guān)檢測(cè)感測(cè)電流；以及在所述電感器電流下降到零之前在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)將所述控制開(kāi)關(guān)至少再次打開(kāi)來(lái)確定所述輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，確定所述輸入-輸出轉(zhuǎn)換率的過(guò)程還包括在所述電感器電流下降到零之后觸發(fā)至少一個(gè)附加脈沖，使得貫穿所述開(kāi)關(guān)周期的所述電感器電流的總電荷是貫穿所述電感器電流的正常開(kāi)關(guān)周期的正常單個(gè)脈沖的電荷的簡(jiǎn)單倍數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，運(yùn)行轉(zhuǎn)換器功率級(jí)還包括運(yùn)行切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將所述切換式降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的輸出耦合到發(fā)光二極管(LED)負(fù)載并且驅(qū)動(dòng)所述 LED負(fù)載。
17.一種用于控制轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的電感器電流的電流控制器，其中，所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)包括至少一個(gè)具有電感器值的電感器和控制開(kāi)關(guān)，并且能夠在輸出電流的一個(gè)范圍內(nèi)以不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)運(yùn)行，以及能夠在輸出電流的另一范圍內(nèi)以連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)運(yùn)行； 包括以可操作的方式耦合在一起的局部電源、狀態(tài)機(jī)、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器、比較器和時(shí)鐘， 其中，所述狀態(tài)機(jī)接收目標(biāo)電流，并且所述比較器將來(lái)自所述轉(zhuǎn)換器的感測(cè)電流與所述目標(biāo)電流進(jìn)行比較，并且所述比較被饋入所述狀態(tài)機(jī)以將控制信號(hào)分別提供給開(kāi)關(guān)；所述狀態(tài)機(jī)能夠從所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)接收并且測(cè)量所述電感器值，使得所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)能夠在所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)以DCM運(yùn)行時(shí)提供所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的平均電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電流控制器，其中，在所述控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，所述電感器值能夠通過(guò)經(jīng)過(guò)所述電感器的電感器值的上升速率來(lái)確定。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電流控制器，其中，所述狀態(tài)機(jī)能夠從所述轉(zhuǎn)換器功率級(jí)接收和測(cè)量輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電流控制器，其中，，通過(guò)所述電感器電流的坡升時(shí)間和所述電感器電流的坡降時(shí)間能夠測(cè)量所述輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電流控制器，其中，在所述控制開(kāi)關(guān)能夠檢測(cè)感測(cè)電流，并且其中，在所述電感器電流下降到零之前，在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)將所述控制開(kāi)關(guān)至少再打開(kāi)一次， 以確定所述輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電流控制器，其中，所述電感器電流下降到零之后會(huì)觸發(fā)至少一個(gè)附加脈沖，使得貫穿所述開(kāi)關(guān)周期的所述電感器電流的總電荷是貫穿所述電感器電流的正常開(kāi)關(guān)周期的正常單個(gè)脈沖的電荷的簡(jiǎn)單倍數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電流控制器，其中，所述電流控制器是發(fā)光二極管(LED)電流控制器。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電流控制器，其中，所述電流控制器以單個(gè)集成電路實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本文公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)以及運(yùn)行一種轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的方法。該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括一個(gè)轉(zhuǎn)換器功率級(jí)，該功率級(jí)可以在輸出電流的一個(gè)范圍內(nèi)以不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)運(yùn)行，也可在輸出電流的另一范圍內(nèi)以連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)運(yùn)行。該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)包括至少一個(gè)具有電感器值的電感器和控制開(kāi)關(guān)。該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)提供平均電流。有一個(gè)電流控制器耦合到該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)。當(dāng)以DCM模式運(yùn)行時(shí)，該轉(zhuǎn)換器功率級(jí)提供平均電流，其電流控制器被配置用于測(cè)量電感器的電感值。此外，電流控制器也可以被配置用于測(cè)量轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的輸入-輸出轉(zhuǎn)換率。
文檔編號(hào)H05B33/08GK102232264SQ200980147607
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
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