DE102017115474A1

DE102017115474A1 - System und Verfahren zum Steuern von Strom in einem Schaltregler

Info

Publication number: DE102017115474A1
Application number: DE102017115474.4A
Authority: DE
Inventors: Andrea Morici
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-01-11
Also published as: US10056828B2; US20180013344A1; CN107612303A; CN107612303B

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils Empfangen einer Messung eines ersten Stroms des Schaltnetzteils, Bestimmen einer Welligkeit des ersten Stroms basierend auf der empfangenen Messung des ersten Stroms, Bestimmen einer Maximalstromschwelle basierend auf einem Zieldurchschnittsstrom und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, Bestimmen einer Aus-Zeit eines Schalters basierend auf einer Zielstromwelligkeit und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, Ausschalten des Schalters, wenn der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht, und Einschalten des Schalters, nachdem die bestimmte Aus-Zeit abgelaufen ist, nachdem der Schalter ausgeschaltet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine elektronische Einrichtung und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Stroms in einem Schaltregler.
HINTERGRUND
Stromversorgungssysteme sind überall, in vielen elektronischen Anwendungen von Computern bis zu Kraftfahrzeugen, vorhanden. Im Allgemeinen werden Spannungen in einem Stromversorgungssystem erzeugt, indem eine Gleichstrom-Gleichstrom-, Gleichstrom-Wechselstrom- und/oder eine Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung durchgeführt wird, indem ein mit einer Induktivität oder einem Transformator belasteter Schalter betätigt wird. Zu einer Klasse solcher Systeme zählt ein Schaltnetzteil (SMPS, „switched mode power supply“). Ein SMPS ist normalerweise effizienter als andere Arten von Leistungswandlersystemen, da eine Leistungswandlung durch gesteuertes Aufladen und Entladen der Induktivität oder des Transformators durchgeführt wird, und es reduziert die Energie, die aufgrund von Leistungsverlust, der durch ohmsche Spannungsabfälle verursacht wird, verloren geht.
Spezifische Topologien für ein SMPS umfassen unter anderem Abwärts-Aufwärts-Wandler und Sperrwandler. Ein Abwärts-Aufwärts-Wandler nutzt typischerweise eine Induktivität, wohingegen ein Sperrwandler eine Last isoliert und das Spannungswandlungsverhältnis durch die Verwendung eines Transformators vervielfältigen kann. Zusätzlich zum Energiespeicherelement (entweder Induktivität oder Transformator) ist der Betrieb des Schalters von besonderer Bedeutung, insbesondere bei Hochspannungsanwendungen.
Eine Stromversorgung kann zum Regeln von Strom anstelle von Spannung ausgelegt sein. Stromgesteuerte Stromversorgungssysteme können bei elektronischen Anwendungen verwendet werden, die besonders gegenüber Strom und Stromschwankungen empfindlich sind, wie etwa solche hinsichtlich Leuchtdioden (LEDs). Es ist eine Aufgabe, verbesserte Möglichkeiten zur Regelung bzw. Steuerung derartiger Schaltnetzteile und entsprechende LED-Beleuchtungssysteme bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
Es werden ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Schaltnetzteil nach Anspruch 16 sowie ein LED-Beleuchtungssystem nach Anspruch 21 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen. Das Schaltnetzteil, insbesondere dessen Steuerung, kann zur Durchführung des Verfahrens in irgendeiner Ausführungsform eingerichtet sein. Das Beleuchtungssystem kann die Vorrichtung in irgendeiner Ausführungsform umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils Empfangen einer Messung eines ersten Stroms des Schaltnetzteils, Bestimmen einer Welligkeit des ersten Stroms basierend auf der empfangenen Messung des ersten Stroms, Bestimmen einer Maximalstromschwelle basierend auf einem Zieldurchschnittsstrom und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, Bestimmen einer Aus-Zeit eines Schalters basierend auf einer Zielstromwelligkeit und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, Ausschalten des Schalters, wenn der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht, und Einschalten des Schalters, nachdem die bestimmte Aus-Zeit abgelaufen ist, nachdem der Schalter ausgeschaltet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird jetzt Bezug auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen genommen, in denen:
1 ein LED-Beleuchtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 eine beispielhafte Stromwellenform eines typischen Induktivitätsstroms I_(ind) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während eines Einschalt-/Ausschalt-Zyklus darstellt;
3a und 3b Stromwellenformen 300 und 320 eines Induktivitätsstroms I_(ind) während eines Einschalt-/Ausschalt-Zyklus darstellen und Einschalt- und Ausschaltzeiten sowie die Zeiten, bei denen Strommessungen durchgeführt werden, abbilden;
4a und 4b das Verhalten von konventionellen Regelschleifen für eine Stromwelligkeit I_(rip) und einen Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg) während eines Soft-Start-Zustands und eines stationären Zustands darstellen;
5a und 5b das Verhalten einer Regelschleife einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Steuern einer Stromwelligkeit I_(rip) und eines Durchschnittsinduktivitätsstroms I_(avg) während eines Soft-Start-Zustands und eines stationären Zustands darstellen;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens einer Ausführungsform zum Steuern eines Induktivitätsstroms I_(ind) veranschaulicht, so dass ein Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) mit einer gewünschten Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) und über einer Zielschaltfrequenz f_(targetSw) erzielt wird;
7 ein Steuerdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ansteuern eines Ausgangssignals 708 zum Steuern eines Induktivitätsstroms I_(ind) veranschaulicht, so dass ein Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) mit einer gewünschten Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) und über einer Zielschaltfrequenz f_(targetSw) erzielt wird;
8 und 9 Simulationsergebnisse einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
10a ein Schaltbild eines LED-Beleuchtungssystems 1000 einer Ausführungsform veranschaulicht;
10b ein Schaltbild eines LED-Beleuchtungssystems 1050 einer Ausführungsform veranschaulicht, bei dem eine Ausgangsspannung V_(out) direkt gemessen wird;
11 ein Steuerdiagramm einer Ausführungsform zum Ansteuern eines Ausgangssignals zum Steuern eines Induktivitätsstroms I_(ind) veranschaulicht, so dass ein Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) mit einer gewünschten Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) und um eine Zielschaltfrequenz f_(targetSw) herum erzielt wird;
Entsprechende Ziffern und Symbole in unterschiedlichen Figuren verweisen allgemein auf entsprechende Teile, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Figuren sind gezeichnet, um die maßgeblichen Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar zu veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Um gewisse Ausführungsformen klarer zu veranschaulichen, kann ein Buchstabe, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder Prozessschrittes veranschaulicht, auf eine Figurennummer folgen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Fertigen und das Verwenden der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen werden im Folgenden ausführlich besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte vorsieht, die in einer weiten Bandbreite spezieller Zusammenhänge umgesetzt werden können. Die besprochenen speziellen Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung spezieller Arten, die Erfindung zu fertigen und zu verwenden, und schränken den Schutzumfang der Erfindung nicht ein.
Die vorliegende Erfindung wird in Hinsicht auf die bevorzugten Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, einem System und einem Verfahren zum Steuern eines Stroms in einem Schaltwandler der Abwärtstopologie für Anwendungen mit Leuchtdioden (LEDs). Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch auf verschiedene Lasten und verschiedene Systeme, die stromgesteuerte Mechanismen benutzen, angewendet werden, wie etwa zum Beispiel einen stromgesteuerten Solenoid-Treiber oder andere stromgesteuerte Schaltnetzteiltopologien.
Die Verwendung von LEDs in digitalen Anzeigen und moderner Elektronik ist gut bekannt. Eine LED ist eine Art von Diode, die einen Durchlassstrom in Licht umwandelt. Das durch eine LED emittierte Licht ist proportional zum Durchlassstrom in der LED, wobei ein maximaler Nenndurchschnitts-(Gleichstrom)-Durchlassstrom einer maximalen Luminosität entspricht. Das Steuern des Durchschnittsdurchlassstroms in der LED steuert somit die Luminosität der LED. Unterbrechungen oder abrupte Schwankungen im Durchlassstrom der LED können im emittierten Licht sichtbar sein, die auf Parameter von Interesse, wie etwa Flackern (Hell-Dunkel-Oszillation einer Lichtquelle) und Schimmern (Variation einer Lichtausgabe von einer Lichtquelle), Einfluss haben. Daher kann das Steuern des erzeugten Stromverhaltens einen Einfluss auf solche Parameter haben. Die LED-Einrichtung selbst kann eingeschränkte Stromhandhabungsfähigkeiten aufweisen. Somit kann das Steuern des Stromverhaltens ferner Begrenzen des Stroms der LED, so dass er innerhalb seines Nennstroms liegt, beinhalten.
Es gibt mehrere Berücksichtigungen bei der Gestaltung von LED-Steuerungen. Zu den relevantesten Berücksichtigungen zählen Steuern des Durchschnittsinduktivitätsstroms, Steuern der Stromwelligkeit, Steuern der Schaltfrequenz und Niedrighalten der Systemkomplexität. Der Strom während eines Soft-Starts und eines stationären Zustands kann so gesteuert werden, dass er keine Unterbrechungen oder abrupte Schwankungen zeigt, während er eine schnelle Konvergenzzeit zu einem Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom zeigt. Die Stromwelligkeit kann klein gehalten werden, um einen Einfluss auf die LED-Lebensdauer zu minimieren. Die Schaltfrequenz kann höher als ein Minimalwert gehalten werden, um zum Beispiel hörbares Rauschen zu vermeiden und die Verwendung kleinerer Induktivitäten oder Transformatoren zu ermöglichen und die Stromwelligkeit zu minimieren. Die Schaltfrequenz kann jedoch niedriger als ein Maximalwert gehalten werden, um zum Beispiel Schaltverluste zu verringern. Das Reduzieren der Systemkomplexität ist häufig wünschenswert, da es allgemein Entwicklungskosten, Produktionseinführungszeit und Fertigungskosten verringert. Es besteht zum Beispiel ein Bedarf zum Reduzieren der Pinanzahl des Systems sowie des PCB-Grundfläche und der Anzahl von benötigten Komponenten.
Der Gestaltungsprozess einer LED-Steuerung erfordert häufig Kompromisse zwischen unterschiedlichen Berücksichtigungen. LED-Steuerungen erzeugen zum Beispiel häufig eine Stromwelligkeit, die, zusätzlich zu einem jeglichen potentiellen sichtbaren Effekt, Zuverlässigkeitsauswirkungen haben kann, da der Strom unmittelbar über dem Maximalspitzenstrom der LED liegen kann. Das Verringern der Stromwelligkeit erfolgt häufig zu Lasten höherer Komplexität und höherer Konvergenzzeit zu einem Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Regelung der Stromwelligkeit und des erlaubten Maximalspitzenstroms gleichzeitig und synchron durchgeführt, was zu einer schnellen Konvergenzzeit zu einem Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom führt, während minimale Unterbrechungen vorliegen.
1 veranschaulicht ein LED-Beleuchtungssystem 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Grundsätzlich beinhaltet das System 100 einen Schaltabwärtswandler einschließlich einer integrierten Stromversorgungsschaltung (Stromversorgungs-IC) 114, die die LED-Last 120, die eine oder mehrere LED-Einrichtungen beinhaltet, mit Strom versorgt. Das LED-Beleuchtungssystem 100 beinhaltet eine Steuerung 102, einen Gate-Ansteuerblock 106, einen Stromerfassungsblock 108, einen Spannungserfassungsblock 104, einen Transistor 112, einen Stromsensor 110, eine Induktivität L, eine Diode 116 und eine LED-Last 120. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Steuerung 102, der Spannungserfassungsblock 104, der Gate-Ansteuerblock 106 und der Stromerfassungsblock 108 innerhalb einer integrierten Schaltung (IC) 114. Bei anderen Ausführungsformen kann eine unterschiedliche Menge von Komponenten innerhalb der IC 114 integriert sein. Eine beliebige der Komponenten kann in IC 114 integriert sein, wie etwa die Diode 116 und der Transistor 112. Gleichermaßen kann eine beliebige der Komponenten extern zur IC 114 implementiert sein. Eine vollständig diskrete Implementierung ist auch möglich.
Die Steuerung 102 kann zum Beispiel in der Lage sein, mathematische Operationen durchzuführen, sowie mit externen Komponenten zu interagieren. Die Steuerung 102 kann anwendungsspezifisch sein oder kann alternativ dazu eine Allgemeinsteuerung, ein Prozessor oder eine beliebige ähnliche in der Technik bekannte Komponente sein.
Der Gate-Ansteuerblock 106 ist eine Schaltung, die mit einem Gate-Anschluss des Transistors 112 gekoppelt ist und in der Lage ist, eine Spannung V_(GD) anzulegen, um den Transistor 112 abhängig vom Wert der Spannung V_(GD) ein- oder auszuschalten. Der Gate-Ansteuerblock 106 kann innerhalb der IC-Schaltung 114 integriert sein oder kann alternativ dazu eine Komponente extern zur IC 114 sein.
Der Stromerfassungsblock 108 und der Stromsensor 110 sind zusammen in der Lage, einen Strom zu erfassen oder zu messen. Der Stromsensor 110 kann einen Widerstand beinhalten, der mit einem Lastpfad des Transistors 112 in Reihe gekoppelt ist und zum Erfassen einer Spannung, die durch einen über ihn fließenden Strom I_(CS) erzeugt wird, verwendet wird. Der Stromerfassungsblock 108 kann einen Analog-Digital-Wandler (ADC) zum Abtasten der Spannung, die durch den über den Widerstand fließenden Strom I_(CS) erzeugt wird, beinhalten. Alternativ dazu können der Stromerfassungsblock 108 und der Stromsensor 110 unter Verwendung von in der Technik bekannten Analog-, Digital- und Mischsignaltechniken implementiert werden. Der ADC-Block kann sich, falls benötigt, innerhalb der IC 114 befinden oder kann alternativ dazu eine Komponente extern zur IC 114 sein.
Der Spannungserfassungsblock 104 ist in der Lage, eine Eingangsspannung V_(in) zu erfassen oder zu messen. Die Eingangsspannung V_(in) kann zum Bestimmen mancher Parameter, die für den Betrieb mancher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wichtig sind, verwendet werden. Der Spannungserfassungsblock 104 kann einen dedizierten ADC beinhalten, kann den ADC mit anderen Blöcken teilen, wie etwa mit dem Stromerfassungsblock 108, oder kann unter Verwendung von in der Technik bekannten Analog-, Digital- und Mischsignaltechniken implementiert werden. Der ADC-Block kann sich, falls benötigt, innerhalb der IC 114 befinden oder kann alternativ dazu eine Komponente extern zur IC 114 sein. Bei manchen Ausführungsformen wird die Eingangsspannung V_(in) nicht erfasst und kann stattdessen geschätzt werden. Wenn die Eingangsspannung V_(in) zum Beispiel durch eine Stromversorgung mit einer festgelegten Spannung gegeben ist, ist ein Erfassen der Eingangsspannung V_(in) möglicherweise nicht notwendig. Eine Ausgangsspannung V_(out) wird möglicherweise nicht erfasst und kann stattdessen geschätzt werden, zum Beispiel durch Subtrahieren einer Lastspannung V_(LED) von der Eingangsspannung V_(in). Bei anderen Ausführungsformen kann die Ausgangsspannung V_(out) direkt erfasst oder gemessen werden.
Eine Beschreibung des allgemeinen Betriebs des LED-Beleuchtungssystems 100 ist wie folgt. Wenn der Transistor 112 eingeschaltet ist, wird die Spannung V_(ind) heruntergezogen. Da die Spannung V_(out) durch die Spannung V_(in) über die LED-Last 120 heraufgezogen wird, erhöht sich der Strom I_(ind) gemäß einer Spannungsdifferenz, die durch V_(out) – V_(ind) gegeben ist. Der Stromsensor 110 überwacht den Strom I_(CS), der ungefähr gleich dem Strom I_(ind) ist, während der Transistor 112 eingeschaltet ist. Bei manchen Ausführungsformen ist die Steuerung 102 zum Ausschalten des Transistors 112 basierend auf dem Strom I_(CS) konfiguriert. Wenn der Transistor 112 ausgeschaltet ist, bewirkt der Strom I_(ind), dass sich die Spannung V_(ind) zur Spannung V_(in) + V_(D) erhöht, wobei V_(D) die Durchlassspannung der Diode 116 ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom I_(ind) durch die Diode 116, bis der Induktivitätsstrom I_(ind) Null erreicht oder der Transistor 112 wieder eingeschaltet wird. Das erneute Einschalten des Transistors 112 bewirkt, dass sich der Prozess wiederholt. Der Prozess zum Ein- und Ausschalten des Transistors 112 kann durch PWM-Techniken, PFM-Techniken oder ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes Verfahren durchgeführt werden. Die Spannung V_(in) kann erfasst werden, um die Spannung V_(out) zu bestimmen, da ein mit der LED-Last 120 assoziierter Spannungsabfall ungefähr konstant ist.
Ein Dimmersignal 134 stellt eine gewünschte Durchschnittsamplitude für den Strom I_(LED) fest und steuert somit die Helligkeit der LED-Last 120. Bei manchen Ausführungsformen ist das Dimmersignal 134 ein PWM-Signal. Alternativ dazu kann das Dimmersignal 134 gemäß einem Digitalkommunikationsprotokoll arbeiten, wie etwa I²S, I²C, PCM, UART, MIPI/RFFE, DALI, KNX oder einer beliebigen anderen seriellen oder parallelen Schnittstelle. Andere Ausführungsformen können eine analoge Abdunklung zum Steuern der Helligkeit der LED-Last 120 verwenden. Eine Abbildung, bei der 0 V repräsentiert, dass die LED-Last 120 ausgeschaltet ist, und 10 V repräsentiert, dass sich die LED-Last 120 bei voller Helligkeit befindet, könnte zum Beispiel verwendet werden. Ein Bereich zwischen 1 V bis 10 V könnte auch verwendet werden. Andere in der Technik bekannte Abdunklungsprotokolle oder -techniken könnten auch verwendet werden. Die Steuerung 102 kann zum Beispiel das Tastverhältnis eines PWM-Signals, das durch den Gate-Ansteuerblock 106 angesteuert wird, anpassen, um den Durchschnittsinduktivitätsstrom, mit dem die LED-Last 120 versorgt wird, zu erhöhen oder zu verringern. Alternativ dazu kann das Dimmersignal die Frequenz eines Signals, das durch den Gate-Ansteuerblock 106 angesteuert wird, das Auslassen von Impulsen eines Signals, das durch den Gate-Ansteuerblock 106 angesteuert wird, oder einen beliebigen anderen Parameter, der die Lichtintensität der LED-Last 120 beeinflusst, beeinflussen. Durch diesen Ansatz kann die Steuerung 102 den Strom I_(ind) zu einem Zieldurchschnittswert I_(targetAvg), der durch das Dimmersignal 134 gegeben wird, regeln.
Bei manchen Ausführungsformen kann das LED-Beleuchtungssystem 100 den Betrieb starten, den Betrieb anhalten oder das Verhalten basierend auf einem (nicht dargestellten) externen Signal, einem zuvor geladenen Satz von Anweisungen, Werkseinstellungen oder einem beliebigen anderen in der Technik bekannten Verfahren ändern.
Der Transistor 112 kann ein normalerweise ausgeschalteter n-Typ-Transistor sein. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Transistor 112 unter Verwendung von Transistoren des n-Typs oder des p-Typs implementiert werden, einschließlich unter anderem Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Leistungs-MOSFETs, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs), Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT), wie etwa Galliumnitrid(GaN)-HEMTs, und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Alternativ dazu können andere Transistorarten verwendet werden. Die Auswahl, welcher Transistor verwendet werden soll, kann gemäß den Spezifikationen und Spannungspegeln des bestimmten konzipierten Leistungswandlers durchgeführt werden und geeignete Anpassungen an der Schaltung können durchgeführt werden, so dass die bestimmte Einrichtungsart akkomodiert wird. Der Transistor 112 kann sich innerhalb der IC 114 befinden oder kann alternativ dazu eine Komponente extern zur IC 114 sein.
2 stellt eine beispielhafte Stromwellenform 200 eines Induktivitätsstroms I_(ind) während eines Einschalt-/Ausschalt-Zyklus eines Stromsystems einer Ausführungsform dar. Zum Zeitpunkt, wenn der Transistor 112 eingeschaltet wird, fängt der Induktivitätsstrom I_(ind) an, sich vom Wert des Minimalspitzenstroms I_(peakMin) zu erhöhen. Der Induktivitätsstroms I_(ind) erhöht sich, bis der Transistor 112 ausgeschaltet wird. Zum Zeitpunkt, wenn der Transistor 112 ausgeschaltet wird, fängt der Induktivitätsstrom I_(ind) an, sich vom Wert des Maximalspitzenstroms I_(peakMax) zu verringern. Der Induktivitätsstrom I_(ind) wird sich verringern, bis der Transistor 112 wieder eingeschaltet wird oder bis der Induktivitätsstrom I_(ind) Null erreicht. Der Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg) ist durch
gegeben, die Stromwelligkeit I_(rip) ist der Spitze-zu-Spitze-Strom des Induktivitätsstroms und ist durch I_(rip) = I_(peakMax) – I_(peakMin) (2) gegeben und die Schaltfrequenz f_(SW) ist durch
gegeben.
Angesichts der Beziehungen zwischen den Variablen von Interesse führt ein Modifizieren von einer oder mehreren von diesen häufig zu Änderungen in den anderen. Beispielsweise führt ein Erhöhen des Maximalspitzenstroms I_(peakMax) zu einem höheren Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg), einer höheren Ein-Zeit t_(on), einer höheren Welligkeit I_(rip) und einer niedrigeren Frequenz f_(SW). Ein Verringern des Maximalspitzenstroms I_(peakMax) hat den entgegengesetzten Effekt. Gleichermaßen führt ein Verringern des Minimalspitzenstroms I_(peakMin) zu einem niedrigeren Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg), einer höheren Ein-Zeit t_(on), einer höheren Welligkeit I_(rip) und einer niedrigeren Frequenz. Ein Erhöhen des Minimalspitzenstroms I_(peakMin) hat den entgegengesetzten Effekt. Ein Erhöhen der Aus-Zeit t_(off) führt zu einem niedrigeren Minimalspitzenstrom I_(peakMin), einem niedrigeren Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg), einer höheren Welligkeit I_(rip) und einer niedrigeren Frequenz f_(SW). Ein Verringern der Aus-Zeit t_(off) hat den entgegengesetzten Effekt. Gleichermaßen führt ein Erhöhen der Ein-Zeit t_(on) zu einem höheren Maximalspitzenstrom I_(peakMax), einem höheren Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg), einer höheren Welligkeit I_(rip) und einer niedrigeren Frequenz f_(SW). Ein Verringern der Ein-Zeit t_(on) hat den entgegengesetzten Effekt. Das Steuern von manchen der Parameter des Induktivitätsstroms I_(ind) ist durchgeführt worden, indem der Induktivitätsstrom I_(ind) direkt überwacht wird und Topologien, wie etwa der Hystereseabwärtswandler, verwendet werden.
Das gleichzeitige Modifizieren von mehr als einer Variable kann interessante und wünschenswerte Ergebnisse erzielen. Es ist zum Beispiel möglich, den Maximalspitzenstrom I_(peakMax) zu verringern und den Minimalspitzenstrom I_(peakMin) derart zu erhöhen, dass der Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg) konstant bleibt. Eine derartige Modifikation würde zu einer niedrigeren Stromwelligkeit I_(rip) und einer höheren Schaltfrequenz f_(SW) führen.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Induktivitätsstrom I_(ind) überwacht, indem der Strom I_(CS) während der Ein-Zeit t_(on), wenn der Transistor 112 eingeschaltet ist, gemessen wird. Bei derartigen Ausführungsformen wird der Maximalspitzenstrom I_(peakMax) gesteuert, indem ein oberer Strompegel I_(OCP) erzwungen wird, und die Aus-Zeit t_(off) wird derart geschätzt, dass eine gewünschte Stromwelligkeit I_(rip) um eine oder über einer gewünschten Schaltfrequenz f_(SW) erzielt wird. Durch das gleichzeitige Aktualisieren des oberen Strompegels I_(OCP) und der Aus-Zeit t_(off) kann eine glatte Kurve des Durchschnittsinduktivitätsstroms I_(avg) erzielt werden.
3a und 3b stellen Stromwellenformen 300 und 320 eines Induktivitätsstroms I_(ind) während eines Einschalt-/Ausschalt-Zyklus dar und bilden Einschalt- und Ausschaltzeiten sowie die Zeiten, bei denen Strommessungen durchgeführt werden, ab. Wie in 3a dargestellt ist, kann der Wert des Minimalspitzenstroms I_(peakMin) durch Messen oder Abtasten des Stroms I_(CS) zur Zeit 302 bestimmt werden, die stattfindet, nachdem der Transistor 112 eingeschaltet worden ist. Gleichermaßen kann der Wert des Maximalspitzenstroms I_(peakMax) durch Messen oder Abtasten des Stroms I_(CS) zur Zeit 304 bestimmt werden, die stattfindet, bevor der Transistor 112 ausgeschaltet wird. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen ein Komparator zum Ausschalten des Transistors 112 verwendet wird, kann der Komparatorschwellenwert, der zum oberen Strompegel I_(OCP) eingestellt ist, als der Maximalspitzenstrom I_(peakMax) verwendet werden, anstatt den Strom I_(CS) zu messen oder abzutasten.
Bei manchen Ausführungsformen können sowohl der Minimalspitzenstrom I_(peakMin) als auch der Maximalspitzenstrom I_(peakMax) bestimmt werden, indem zwei oder mehr Abtastungen gesammelt werden und in der Technik bekannte numerische Techniken verwendet werden, um den Wert zum Zeitpunkt, an dem der Transistor 112 eingeschaltet wurde, für den Wert des Minimalspitzenstroms I_(peakMin) und zum Zeitpunkt, an dem der Transistor 112 ausgeschaltet wurde, für den Wert des Maximalspitzenstroms I_(peakMax) zu extrapolieren. Bei Ausführungsformen, bei denen der Induktivitätsstrom I_(ind) nicht durch den Stromsensor 110 feststellbar ist, wenn der Transistor 112 ausgeschaltet ist, wie etwa im LED-Beleuchtungssystem 100, kann die Aus-Zeit t_(off) des Transistors 112 basierend auf feststellbaren Parametern bestimmt werden. Bei Ausführungsformen, bei denen die Zeit 302 lange nachdem der Transistor 112 eingeschaltet wird stattfindet oder die Zeit 304 lange bevor der Transistor 112 ausgeschaltet wird stattfindet, müssen der Wert des Minimalspitzenstroms I_(peakMin) und der Wert des Maximalspitzenstroms I_(peakMax) möglicherweise angepasst werden, um für eine derartige Verzögerung zu kompensieren. 3b stellt zum Beispiel die Wellenform 320 dar, bei der der Strom I_(CS) zur Zeit 306 abgetastet wird, die nach der Zeit t_(LEB) der Anstiegsflanken-Austastung (Leading Edge Blanking – LEB) stattfindet. In diesem Fall kann der Minimalspitzenstrom I_(peakMin) gemäß
bestimmt werden, wobei t_(on) die Zeit ist, bei der der Transistor 112 eingeschaltet ist, t_(LEB) und I_(LEB) der zur Zeit t_(LEB) gemessene Strom ist.
Eine Art und Weise, mit der LED-Steuerungen in der Vergangenheit implementiert worden sind, besteht darin, zwei unabhängige Regelschleifen zu verwenden: eine erste Regelschleife zum Regeln des Durchschnittsinduktivitätsstroms I_(avg) zu einem Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) und eine zweite Regelschleife zum Regeln der Schaltfrequenz f_(SW). 4a stellt das Verhalten der ersten und der zweiten Regelschleife und ihre Auswirkungen an der Stromwelligkeit I_(rip) und den Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg) während des Soft-Start-Zustands und des stationären Zustands dar. 4b stellt das Verhalten der ersten und der zweiten Regelschleife und ihre Auswirkungen mit dem Schwerpunkt auf den stationären Zustand dar. Wie aus den 4a–4b gesehen werden kann, regelt die erste Regelschleife den Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg), indem die die Aus-Zeit t_(off) aktualisiert wird, und arbeitet diese bei einer höheren Frequenz als die zweite Regelschleife. Die zweite Regelschleife regelt die Schaltfrequenz f_(SW), indem der obere Strompegel I_(OCP) aktualisiert wird und somit auch die Stromwelligkeit I_(rip) gesteuert wird. Bei diesem Schema beeinflusst die zweite Regelschleife jedoch auch den Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg). In manchen Fällen wird die Interaktion zwischen den beiden Schleifen angesprochen, um Instabilitäten zu vermeiden. Die zweite Regelschleife kann zum Beispiel während des Soft-Start-Zustands deaktiviert sein. Ohne das Überwachen der Ausgangsspannung V_(out) ist die Stromwelligkeit I_(rip) zum Zeitpunkt, wenn die zweite Regelschleife aktiviert wird, nicht bekannt. Falls die Ausgangsspannung V_(out) nicht überwacht wird, muss die zweite Regelschleife möglicherweise einen anfänglichen Wert der Schaltfrequenz f_(SW) auswählen, der weit weg von der Zielschaltfrequenz f_(targetSw) liegen kann, so dass sichergestellt wird, dass eine Konvergenz möglich ist, aber dies beeinflusst potentiell die Übergangsleistung. Wenn die zweite Regelschleife aktiv ist und den oberen Strompegel I_(OCP) aktualisiert, reagiert die erste Regelschleife, um zu versuchen, zum Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) zu konvergieren, wodurch eine Kurve des Durchschnittsinduktivitätsstroms I_(avg) erzeugt wird, die abschnittsweise linear aussieht, was zu einem Flackern führen kann.
5a–5b veranschaulichen wie, bei manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, der Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg) und die Stromwelligkeit I_(rip) geregelt werden, indem der obere Strompegel I_(OCP) und die Aus-Zeit t_(off) gleichzeitig und synchron aktualisiert werden, was zu einer glatten Kurve des Durchschnittsinduktivitätsstroms I_(avg) führt. 5a stellt das Verhalten des Durchschnittsinduktivitätsstroms I_(avg) und seine untere und obere Grenze während des Soft-Start-Zustands und des stationären Zustands dar. 5a stellt ferner die Zeit dar, wenn sich die Stromwelligkeit I_(rip) einschwingt. Bei manchen Ausführungsformen ändert sich zum Beispiel die Stromwelligkeit I_(rip) beginnend zur Zeit 502 im Wesentlichen nicht. 5b stellt das Verhalten des Durchschnittsinduktivitätsstroms I_(avg) und seine untere und obere Grenze, während auf den stationären Zustand Schwerpunkt gelegt wird, dar. Eine derartige Implementierung ermöglicht die Verwendung einer einzelnen Steuerung, einschließlich unter anderem einer Proportional-Integral-Differenzial(PID)-Steuerung, die während des Soft-Start-Zustands eingesetzt werden kann, wodurch Regelschleifeninteraktionen vermieden werden und somit die Systemkomplexität und der Berechnungsaufwand verringert werden. Andere in der Technik bekannte Steuerungen oder Kompensatoren können verwendet werden. Da der Strom gewährleistet sein kann, sobald sich das System außerhalb des diskontinuierlichen Leitmodus (DCM) befindet, erreicht das System schnell den stationären Zustand.
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 der Ausführungsform zum Steuern eines Induktivitätsstroms I_(ind), so dass ein Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) mit einer gewünschten Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) und über einer Zielschaltfrequenz f_(targetSw) erzielt wird. Bei Schritt 602 werden Eingabeparameter gelesen. Die Eingabeparameter können eine Induktivität L, Grenzen am Systemtastverhältnis D und eine Zielschaltfrequenz f_(targetSw) beinhalten, wobei das Systemtastverhältnis D gemäß
gegeben ist, wobei V_(LED) die Spannung über die LED-Last 120 ist. Gleichung 5 kann andere Komponenten von anderen Spannungsabfallquellen und parasitäre Systemelemente beinhalten.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) ein im Schritt 602 gelesener Parameter sein. Schritt 602 kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem die Steuerung 102 einen internen Speicher liest, die Steuerung 102 mit einer Peripherieeinrichtung kommuniziert oder durch ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes Verfahren. Bei Schritt 604 wird die Eingangsspannung V_(in) bestimmt. V_(in) kann durch eine direkte Messung bestimmt werden, wie etwa, indem sie mit einem ADC abgetastet wird, oder durch ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes Verfahren. V_(in) kann auch bestimmt werden, indem angenommen wird, dass sie nicht schwanken wird, und somit wird die Notwendigkeit, sie zu messen, eliminiert.
Die Bestimmung der Zielminimalstromwelligkeit I_(ripMin) wird bei Schritt 606 durchgeführt. Die Zielminimalstromwelligkeit I_(ripMin), die bei manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, repräsentiert eine untere Abgrenzung für die Stromwelligkeit I_(rip), die durch die Konstruktion gewährleistet wird. Andere Ausführungsformen können stattdessen gewährleisten, dass eine Zielwelligkeit erzielt wird. Der allgemeine Ausdruck für die Zielwelligkeit I_(targetRip) ist gemäß
gegeben, wobei α eine Konstante ist, die zwischen 0 und 1 liegen kann und zum Herabskalieren der Zielwelligkeit I_(targetRip) verwendet wird, um für Temperatureffekte und Induktivitätstoleranz zu kompensieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die Zielwelligkeit I_(targetRip) durch Gleichung 6 bestimmt werden. Alternativ dazu kann die Zielwelligkeit I_(targetRip) durch eine externe Peripherie, ein Signal oder ein anderes in der Technik bekanntes Verfahren gegeben sein. Das Bestimmen der Zielminimalwelligkeit I_(ripMin) kann durch Auswählen des Systemtastverhältnisses D, das die Minimalwelligkeit zum Beispiel unter Verwendung von Gleichung 6 erzeugen würde, durchgeführt werden. Bei einem System, wo das Systemtastverhältnis D zum Beispiel zwischen 0,2 und 0,9 liegt, der Induktivitätswert L 600 µH beträgt und die Zielschaltfrequenz f_(targetSw) 240 kHz beträgt, ist die Zielminimalwelligkeit I_(ripMin) gemäß
gegeben.
I_(ripMin) wird beim Regelschritt 608 die Zielwelligkeit.
Der Regelschritt 608 beinhaltet Schritt 610 zum Bestimmen des oberen Strompegels I_(OCP), Schritt 612 zum Bestimmen der Aus-Zeit t_(off) des Transistors 112, Schritt 614 zum Bestimmen der Stromwelligkeit I_(rip) und Schritt 616 zum Vergleichen der Stromwelligkeit I_(rip) mit der Zielstromwelligkeit I_(targetRip) und zum Zurückkehren zu Schritt 610, wenn die Zielstromwelligkeit I_(targetRip) nicht erzielt wird.
Bei Schritt 610 kann der obere Strompegel I_(OCP) gemäß
bestimmt werden, wobei der Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) zum Beispiel eine bei Schritt 604 gelesene Systemkonstante sein kann oder durch das Dimmersignal 134 gegeben sein kann. Falls die Stromwelligkeit I_(rip) nicht bestimmt worden ist, kann ein standardmäßiger Wert verwendet werden.
Bei Schritt 612 wird die Aus-Zeit t_(off) des Transistors 112 basierend auf der Stromwelligkeit I_(rip) bestimmt. Falls die Stromwelligkeit I_(rip) nicht bestimmt worden ist, kann ein standardmäßiger Wert verwendet werden.
Schritt 614 beinhaltet Schritt 618 zum Einschalten des Transistors 112 und zum Bestimmen des Minimalspitzenstroms I_(peakMin) und des Maximalspitzenstroms I_(peakMax), Schritt 620 zum Ausschalten des Transistors 112 und Schritt 622 zum Bestimmen der Stromwelligkeit I_(rip). Die Stromwelligkeit I_(rip) kann gemäß I_(rip) = I_(peakMax) – I_(peakMin) (9) bestimmt werden.
Bei manchen Ausführungsformen kann die Bestimmung der Stromwelligkeit I_(rip) jedes Mal durchgeführt werden, wenn der Transistor 112 ein- oder ausgeschaltet wird. Alternativ dazu wird die Bestimmung der Stromwelligkeit I_(rip) möglicherweise nicht zu jedem Zyklus durchgeführt und kann stattdessen einen oder mehrere Zyklen überspringen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Bestimmung der Stromwelligkeit I_(rip) vollständig von einem mathematischen Modell oder anderen in der Technik bekannten Modellierungstechniken stammen. Die Bestimmung der Stromwelligkeit I_(rip) kann Mess- und Abtasttechniken, Modellierungstechniken oder eine Kombination von diesen verwenden.
Bei Schritt 616 wird die Stromwelligkeit I_(rip) mit der Zielstromwelligkeit I_(targetRip) verglichen, um einen Stromwelligkeitsfehler I_(ripError) zu erhalten, wie in der folgenden Gleichung dargestellt ist: I_(ripError) = I_(targetRip) – I_(rip) (10) wobei I_(ripError) → 0 (11).
Falls I_(ripError) höher als ein vorbestimmter Wert ist, werden die Schritte 610, 612 und 614 erneut ausgeführt, ansonsten wird Schritt 604 ausgeführt. Bei manchen Ausführungsformen wird Schritt 610 gleichzeitig mit Schritt 612 ausgeführt. Bei anderen Ausführungsformen wird Schritt 610 sequenziell mit Schritt 612 ausgeführt, wobei Schritt 610 entweder vor oder nach Schritt 612 stattfindet. Die Schritte 604 und 606 können bisweilen übersprungen werden.
Ein Vorteil des Zurückkehrens zum Ausführen des Schritts 604 und 606 besteht darin, dass es dem Ausführungsverfahren ermöglicht, sich an Schwankungen der Eingangsspannung V_(in) anzupassen. Bei Ausführungsformen, bei denen die Eingangsspannung V_(in) stabil ist, können die Schritte 604 und 606 ausgelassen werden.
7 veranschaulicht ein Steuerdiagramm einer Ausführungsform 700 zum Ansteuern eines Ausgangssignals 708 zum Steuern eines Induktivitätsstroms I_(ind), so dass ein Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) mit einer gewünschten Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) und über einer Zielschaltfrequenz f_(targetSw) basierend auf einer Eingangsspannung 702, einem Eingangsstrom 704 und einem Dimmersignal 706 erzielt wird. Ein PWM-Block 724 erzeugt das Ausgangssignal 708, das den Transistor 112 ein- und ausschaltet. Das Ausgangssignal 708 kann ein pulsweitenmoduliertes Signal sein, bei dem die Schaltfrequenz f_(SW) und das Tastverhältnis auf den Signalen t_(onSig) und t_(offSig) basieren. Das Signal t_(onSig) wird durch einen Überstromschutz(OCP)-Block 718 bestimmt, der den oberen Strompegel I_(OCP) festlegt. Der obere Strompegel I_(OCP) kann basierend auf Welligkeitsberechnungsblöcken 712, einem Teilerblock 720, einem Additionsblock 728 und dem Dimmersignal 706 zum Beispiel nach Gleichung 8 bestimmt werden. Das Dimmersignal 706 bestimmt den Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) zum Beispiel basierend auf einem externen PWM-Signal. Der Eingangsstrom 704 bestimmt den Strom I_(CS) zum Beispiel basierend auf ein Erfassen einer Spannung über einen Widerstand oder einem beliebigen anderen in der Technik bekannten Verfahren zum Erfassen eines Stroms. Der Stromerfassungsblock 714 bestimmt den Minimalspitzenstrom I_(peakMin) zum Beispiel basierend auf einer Messung, die zu dem Zeitpunkt genommen wird, wenn sich der Transistor 112 einschaltet. Der Welligkeitsberechnungsblock 712 bestimmt die Stromwelligkeit I_(rip) basierend auf dem Minimalspitzenstrom I_(peakMin) und einer verzögerten Abtastung eines verzögerten oberen Strompegels I_(OCP-1), zum Beispiel nach Gleichung 9, wobei der Maximalspitzenstrom I_(peakMax) gleich I_(OCP-1) ist. Der Minimalwelligkeitsberechnungsblock 710 bestimmt die Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) zum Beispiel basierend auf der Eingangsspannung V_(in), einer Zielschaltfrequenz f_(targetSw), einer Induktivität L und einem Systemtastverhältnis D nach Gleichung 6. Die Konstante α kann dementsprechend angepasst werden. Der Proportional-Integral(PI)-Steuerblock 722 bestimmt die Aus-Zeit t_(offSig) basierend auf der Stromwelligkeit I_(rip) und der Zielstromwelligkeit I_(targetRip). Alternativ dazu können andere dynamische Steuerblöcke neben einer PI-Steuerung, wie etwa eine PID-Steuerung, verwendet werden.
8 und 9 stellen Simulationsergebnisse einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar und veranschaulichen, wie eine Durchschnittsinduktivitätsstromkurve 802, eine Schaltfrequenzkurve 804, eine Laststromkurve 904 und eine Lastspannungskurve 902 während eines Soft-Start-Zustands und eines stationären Zustands übergehen. Wie durch die Durchschnittsinduktivitätsstromkurve 802 dargestellt ist, geht der Durchschnittsinduktivitätsstrom I_(avg) gleichmäßig von 0 mA zu 350 mA über, was in diesem Fall der Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) ist. Andere Ausführungsformen können einen anderen Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) verwenden. Die Schaltfrequenz f_(SW) fängt bei einem standardmäßigen Wert an und schwingt sich über der Zielschaltfrequenz f_(targetSw) ein, die in diesem Fall 240 kHz beträgt. Andere Ausführungsformen können eine andere Zielschaltfrequenz f_(targetSw) verwenden. Die Lastspannungskurve 902 stellt dar, wie die Lastspannung V_(LED) schnell zu einer konstanten Spannung übergeht. Die Laststromkurve 904 stellt den Laststrom I_(LED) als Funktion der Zeit ohne Filterung dar. Die Differenz zwischen dem oberen Pegel und dem unteren Pegel der Laststromkurve 904 ist die Stromwelligkeit I_(rip), die auf eine symmetrische Weise zu einer Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) konvergiert. Bei manchen Ausführungsformen wird die Minimalstromwelligkeit I_(ripMin) möglicherweise nicht erzielt.
10a veranschaulicht ein Schaltbild eines LED-Beleuchtungssystems 1000 einer Ausführungsform. Grundsätzlich beinhaltet das LED-Beleuchtungssystem 1000 einen Schaltabwärtswandler einschließlich einer Stromversorgungs-IC 1014, die die LED-Last 120, die eine oder mehrere LED-Einrichtungen beinhaltet, mit Strom versorgt. Das LED-Beleuchtungssystem 1000 beinhaltet eine Steuerung 1002, einen Gate-Ansteuerblock 106, einen Multiplexer (MUX) 1008, einen ADC-Block 1004, einen Abtast- und Halteblock (S&A-Block) 1020, einen OCP-Komparator 1010, einen Speicherblock 1024, einen UART-Block 1018, einen Digital-Analog-Wandler(DAC)-Block 1022, einen Transistor 112, einen Widerstand R_(shunt), einen Widerstand R_(VIN), einen Widerstand R_(sense), eine Induktivität L, eine Diode 116 und eine LED-Last 120. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Steuerung 1002, der Gate-Ansteuerblock 106, der MUX 1008, der ADC-Block 1004, der S&A-Block 1020, der OCP-Komparator 1010, der Speicherblock 1024, der UART-Block 1018, der Digital-Analog-Wandler(DAC)-Block 1022 und der Widerstand R_(shunt) innerhalb der IC 1014. Bei anderen Ausführungsformen kann eine unterschiedliche Menge von Komponenten innerhalb der IC 1014 integriert sein oder die Lösung kann nur unter Verwendung von diskreten Komponenten implementiert sein.
Die Steuerung 1002 ist zum Beispiel in der Lage, mathematische Operationen durchzuführen sowie mit externen Komponenten zu interagieren. Die Steuerung 1002 kann anwendungsspezifisch sein oder kann alternativ dazu eine Allgemeinsteuerung, ein Prozessor oder eine beliebige ähnliche in der Technik bekannte Komponente sein.
Der Gate-Ansteuerblock 106 ist eine Schaltung, die mit einem Gate-Anschluss des Transistors 112 gekoppelt ist und in der Lage ist, eine Spannung V_(GD) anzulegen, um den Transistor 112 abhängig vom Wert der Spannung V_(GD) ein- oder auszuschalten. Der Gate-Ansteuerblock 106 kann sich innerhalb der IC 1014 befinden oder kann alternativ dazu eine Komponente extern zur IC 1014 sein.
Der ADC-Block 1004 und der S&A-Block 1020 werden zum Abtasten einer Spannung am Eingang des S&A-Blocks 1020 und Kommunizieren von dieser zur Steuerung 1002 verwendet.
Der Widerstand R_(shunt) und der Widerstand R_(VIN) werden zum Teilen der Spannung V_(in) in die Spannung V_(INDiv) verwendet, so dass sie durch den ADC-Block 1004 abgetastet wird. R_(shunt) + R_(VIN) kann hinreichend hoch ausgewählt werden, so dass der Stromverbrauch minimiert wird.
Das Bestimmen des Werts der Eingangsspannung V_(in) weist viele Vorteile auf. Beispielsweise kann er zum Implementieren von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Gleichungen 6 und 7 verwendet werden. Der Wert der Eingangsspannung V_(in) kann auch zum Bestimmen einer Ausgangsspannung V_(out) verwendet werden, da ein mit der LED-Last 120 assoziierter Spannungsabfall ungefähr konstant ist. Ein derartiger Ansatz kann die Notwendigkeit zum direkten Messen oder Erfassen der Ausgangsspannung V_(out) eliminieren, wodurch bei manchen Ausführungsformen die Notwendigkeit für zusätzliche Pins zum Erfassen der Ausgangsspannung V_(out) eliminiert wird.
Der MUX 1008 wird verwendet, um auszuwählen, welche Spannung durch den ADC-Block 1004 zwischen der Spannung V_(CS) oder der Spannung V_(INDiv) abgetastet werden soll. Die MUX-Auswahl kann durch die Steuerung 1002 gesteuert werden. Der ADC-Block 1004 kann die Spannung V_(CS), die Spannung V_(INDiv) oder eine Kombination von diesen kontinuierlich abtasten. Alternativ dazu kann der ADC-Block 1004 die Spannung V_(CS) und die Spannung V_(INDiv) auf einer Wie-Benötigt-Basis selektiv abtasten.
Der Komparator 1010 und der DAC-Block 1022 werden verwendet, um zu detektieren, wann der Strom I_(CS) einen oberen Strompegel I_(OCP) erreicht. Der Komparator 1010 geht abhängig von der Spannung V_(CS) und einer Spannung, die durch den DAC-Block 1022 erzeugt wird, zwischen den Zuständen (hoch zu niedrig oder niedrig zu hoch) über. Der Komparator 1010 kann ein Schmitt-Trigger oder ein beliebiger anderer geeigneter in der Technik bekannter Komparator sein. Der obere Strompegel I_(OCP) wird durch den DAC-Block 1022 festgelegt und hängt vom Wert des Widerstands R_(sense) ab.
Eine Beschreibung des allgemeinen Betriebs des LED-Beleuchtungssystems 1000 ist wie folgt. Wenn der Transistor 112 eingeschaltet ist, wird die Spannung V_(ind) heruntergezogen. Da die Spannung V_(out) durch die Spannung V_(in) über die LED-Last 120 heraufgezogen wird, erhöht sich der Strom I_(ind) gemäß einer Spannungsdifferenz, die durch V_(out) – V_(ind) gegeben ist. Der Strom I_(CS), der ungefähr gleich zum Strom I_(ind) ist, während der Transistor 112 eingeschaltet ist, wird unter Verwendung des ADC 1004 und des S&A 1020 überwacht. Der Komparator 1010 wird dazu verwendet, der Steuerung 1002 zu signalisieren, den Transistor 112 auszuschalten, wenn der Strom I_(CS) den oberen Strompegel I_(OCP) erreicht. Wenn der Transistor 112 ausgeschaltet ist, bewirkt der Strom I_(ind), dass sich die Spannung V_(ind) zur Spannung V_(in) + V_(D) erhöht, wobei V_(D) die Durchlassspannung der Diode 116 ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom I_(ind) durch die Diode 116, bis der Induktivitätsstrom I_(ind) Null erreicht oder der Transistor 112 wieder eingeschaltet wird. Das erneute Einschalten des Transistors 112 bewirkt, dass sich der Prozess wiederholt. Der Prozess zum Ein- und Ausschalten des Transistors 112 kann durch PWM-Techniken, PFM-Techniken oder ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes Verfahren durchgeführt werden.
Ein Dimmersignal 1034 stellt eine gewünschte Durchschnittsamplitude für den Strom I_(LED) fest und steuert somit die Helligkeit der LED-Last 120. Das Dimmersignal 1034 kann ein PWM-Signal sein, das zum Anpassen der Intensität von Licht, das durch die LED-Last 120 erzeugt wird, verwendet wird. Die Steuerung 1002 kann ein bestimmtes Tastverhältnis des PWM-Signals mit einem bestimmten Wert des Zieldurchschnittsinduktivitätsstroms I_(targetAvg) assoziieren und den Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) in Echtzeit aktualisieren. Alternativ dazu kann die Steuerung 1002 den gewünschten Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) in Echtzeit basierend auf Informationen bestimmen, die durch eine externe Einrichtung unter Verwendung von in der Technik bekannten Protokollen, wie etwa unter Verwendung des UART-Blocks 1018, oder durch andere Protokolle, wie etwa I²S, I²C, PCM, MIPI/RFFE, DALI, KNX, oder eine beliebige andere serielle oder parallele Schnittstelle kommuniziert werden. Andere Ausführungsformen können eine analoge Abdunklung zum Steuern der Helligkeit der LED-Last 120 verwenden. Eine Abbildung, bei der 0 V repräsentiert, dass die LED-Last 120 ausgeschaltet ist, und 10 V repräsentiert, dass sich die LED-Last 120 bei voller Helligkeit befindet, könnte zum Beispiel verwendet werden. Ein Bereich zwischen 1 V bis 10 V könnte auch verwendet werden. Andere in der Technik bekannte Abdunklungsprotokolle oder -techniken könnten auch verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) infolge der digitalen Kommunikation oder als eine Werkseinstellung im Speicher 1024 gespeichert sein. Durch diesen Ansatz kann die Steuerung 1002 den Strom I_(ind) zu einem Zieldurchschnittswert I_(targetAvg), der durch das Dimmersignal 1034 gegeben wird, regeln.
10b veranschaulicht ein Schaltbild eines LED-Beleuchtungssystems 1050 einer Ausführungsform, bei dem eine Ausgangsspannung V_(out) direkt gemessen wird. Das LED-Beleuchtungssystem 1050 beinhaltet eine Stromversorgungs-IC 1052, die die LED-Last 120, die eine oder mehrere LED-Einrichtungen beinhaltet, mit Strom versorgt. Das LED-Beleuchtungssystem 1050 beinhaltet eine Steuerung 1054, einen Gate-Ansteuerblock 106, einen Multiplexer (MUX) 1056, einen ADC-Block 1004, einen Abtast- und Halteblock (S&A-Block) 1020, einen OCP-Komparator 1010, einen Speicherblock 1024, einen UART-Block 1018, einen DAC-Block 1022, einen Transistor 112, einen Widerstand R_(shunt), einen Widerstand R_(VIN), einen Widerstand R_(sense), eine Induktivität L, eine Diode 116, Widerstände R_(FB1) und R_(FB2) und eine LED-Last 120. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Steuerung 1054, der Gate-Ansteuerblock 106, der MUX 1056, der ADC-Block 1004, der S&A-Block 1020, der OCP-Komparator 1010, der Speicherblock 1024, der UART-Block 1018, der DAC-Block 1022 und der Widerstand R_(shunt) innerhalb der IC 1052. Bei anderen Ausführungsformen kann eine unterschiedliche Menge von Komponenten innerhalb der IC 1052 integriert sein oder die Lösung kann nur unter Verwendung von diskreten Komponenten implementiert sein.
Die Steuerung 1054 ist zum Beispiel in der Lage, mathematische Operationen durchzuführen sowie mit externen Komponenten zu interagieren. Die Steuerung 1002 kann anwendungsspezifisch sein oder kann alternativ dazu eine Allgemeinsteuerung, ein Prozessor oder eine beliebige ähnliche in der Technik bekannte Komponente sein.
Das LED-Beleuchtungssystem 1050 beinhaltet ferner einen Anschluss FB zum Erfassen der Ausgangsspannung V_(out). Die zusätzlichen Widerstände R_(FB1) und R_(FB2) werden möglicherweise benötigt, um einen Spannungsteiler für Erfassungszwecke zu erzeugen. Eine Rückkopplungsspannung V_(FB) kann unter Verwendung des ADC-Blocks 1004 und des S&A-Blocks 1020 abgetastet werden.
Der MUX 1056 wird verwendet, um auszuwählen, welche Spannung durch den ADC-Block 1004 zwischen der Spannung V_(CS), der Spannung V_(INDiv) oder der Rückkopplungsspannung V_(FB) abgetastet werden soll. Die MUX-Auswahl kann durch die Steuerung 1054 gesteuert werden. Der ADC-Block 1004 kann die Spannung V_(CS), die Spannung V_(INDiv), die Rückkopplungsspannung V_(FB) oder eine Kombination von diesen kontinuierlich abtasten. Alternativ dazu kann der ADC-Block 1004 die Spannung V_(CS), die Spannung V_(INDiv) und die Rückkopplungsspannung V_(FB) auf einer Wie-Benötigt-Basis selektiv abtasten.
Da die Ausgangsspannung V_(out) direkt gemessen wird, kann eine Schaltung der Ausführungsform anstelle des Messens der Eingangsspannung V_(in) die Eingangsspannung V_(in) basierend auf der Ausgangsspannung V_(out), zum Beispiel gemäß V_(in) = V_(out) + V_(LED) (12) bestimmen.
Das LED-Beleuchtungssystem 1050 ähnelt ansonsten dem LED-Beleuchtungssystem 1000 und kann ähnliche Verfahren und Gleichungen mit geeigneten Modifikationen verwenden. Zum Beispiel kann V_(in), wie sie durch Gleichung 12 erhalten wird, im Steuerdiagramm von Ausführungsform 700 zum Ausüben dieser Erfindung verwendet werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das System, mit wenig Modifikation, wie in 11 dargestellt, Betriebe mit festgelegter Schaltfrequenz f_(SW) erzielen kann, indem eine gewünschte Welligkeit angezielt wird, anstatt, dass eine Minimalwelligkeit gewährleistet wird. Ein Betrieb mit festgelegter Schaltfrequenz f_(SW) kann wünschenswert sein, um zu gewährleisten, dass zu hohe Betriebsfrequenzen vermieden werden, um Schaltverluste und Chipstromverbrauch zu verringern.
11 veranschaulicht ein Steuerdiagramm einer Ausführungsform 1100 zum Ansteuern eines Ausgangssignals 1108 zum Steuern eines Induktivitätsstroms I_(ind), so dass ein Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) mit einer gewünschten Zielschaltfrequenz f_(targetSw) basierend auf einer Eingangsspannung 1102, einem Eingangsstrom 1104 und einem Dimmersignal 1106 erzielt wird. Ein PWM-Block 1124 erzeugt das Ausgangssignal 1108, das den Transistor 112 ein- und ausschaltet. Das Ausgangssignal 1108 kann ein pulsweitenmoduliertes Signal sein, bei dem die Schaltfrequenz f_(SW) und das Tastverhältnis auf den Signalen t_(onSig) und t_(offSig) basieren. Das Signal t_(onSig) wird durch einen Überstromschutz(OCP)-Block 1118 bestimmt, der den oberen Strompegel I_(OCP) festlegt. Der obere Strompegel I_(OCP) kann basierend auf V_(LED)-Berechnungsblöcken 1132, einem Teilerblock 1120, einem Additionsblock 1128 und dem Dimmersignal 1106 bestimmt werden. Das Dimmersignal 1106 bestimmt den Zieldurchschnittsinduktivitätsstrom I_(targetAvg) zum Beispiel basierend auf einem externen PWM-Signal. Der Eingangsstrom 1104 bestimmt den Strom I_(CS) zum Beispiel basierend auf einem Erfassen einer Spannung über einen Widerstand oder einem beliebigen anderen in der Technik bekannten Verfahren zum Erfassen eines Stroms. Der Stromerfassungsblock 1114 bestimmt den Minimalspitzenstrom I_(peakMin) zum Beispiel basierend auf einer Messung, die zu dem Zeitpunkt genommen wird, wenn sich der Transistor 112 einschaltet. Der Welligkeitsberechnungsblock 1112 bestimmt die Stromwelligkeit I_(rip) basierend auf dem Minimalspitzenstrom I_(peakMin) und einer verzögerten Abtastung eines verzögerten oberen Strompegels I_(OCP-1), zum Beispiel nach Gleichung 9, wobei der Maximalspitzenstrom I_(peakMax) gleich I_(OCP-1) ist. Der Gewünschte-Welligkeit-Berechnungsblock 1110 bestimmt die Zielstromwelligkeit I_(targetRip) zum Beispiel basierend auf der Eingangsspannung V_(in), der Ausgangsspannung V_(out), einer Zielschaltfrequenz f_(targetSw), einer Induktivität L und einem Systemtastverhältnis D. Der Proportional-Integral(PI)-Steuerblock 1122 bestimmt die Aus-Zeit t_(offSig) basierend auf der Stromwelligkeit I_(rip) und der Zielstromwelligkeit I_(targetRip). Die V_(LED)-Berechnungsblöcke 1132 bestimmen eine Lastspannung V_(LED) zum Beispiel gemäß Gleichung 12.
Ein allgemeiner Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Empfangen einer Messung eines ersten Stroms des Schaltnetzteils; Bestimmen einer Welligkeit des ersten Stroms basierend auf der empfangenen Messung des ersten Stroms; Bestimmen einer Maximalstromschwelle basierend auf einem Zieldurchschnittsstrom und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms; Bestimmen einer Aus-Zeit eines Schalters basierend auf einer Zielstromwelligkeit und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms; Ausschalten des Schalters, wenn der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht; und Einschalten des Schalters, nachdem die bestimmte Aus-Zeit abgelaufen ist, nachdem der Schalter ausgeschaltet wird.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Das Verfahren, wobei die empfangene Messung des ersten Stroms eine erste Messung des ersten Stroms, die während des Einschaltens des Schalters vorgenommen wird, beinhaltet. Das Verfahren, wobei die empfangene Messung des ersten Stroms ferner eine zweite Messung des ersten Stroms, die vor dem Ausschalten des Schalters vorgenommen wird, beinhaltet. Das Verfahren, das ferner Empfangen einer Eingangsspannung des Schaltnetzteils beinhaltet. Das Verfahren, wobei das Empfangen einer Eingangsspannung Messen der Eingangsspannung des Schaltnetzteils beinhaltet. Das Verfahren, das ferner Bestimmen einer Zielminimalstromwelligkeit basierend auf der empfangenen Eingangsspannung des Schaltnetzteils beinhaltet. Das Verfahren, wobei das Bestimmen der Zielminimalstromwelligkeit stattfindet, nachdem sich die bestimmte Welligkeit des ersten Stroms einschwingt. Das Verfahren, das ferner Folgendes beinhaltet: Initialisieren eines Induktivitätswerts; Initialisieren eines Frequenzwerts und Initialisieren eines Systemtastverhältniswerts, wobei das Bestimmen der Zielminimalstromwelligkeit ferner auf dem Induktivitätswert, dem Frequenzwert und dem Systemtastverhältniswert basiert. Das Verfahren, wobei das Bestimmen der Zielminimalstromwelligkeit gemäß
bestimmt wird, wobei I_(targetRip) die Zielminimalstromwelligkeit ist, α eine Konstante zwischen 0 und 1 ist, D der Systemtastverhältniswert ist, l der Induktivitätswert ist und f_(targetSw) der Frequenzwert ist. Das Verfahren, wobei der Induktivitätswert auf 600 µH initialisiert wird und der Frequenzwert auf 240 kHz initialisiert wird. Das Verfahren, wobei das Bestimmen der Maximalstromschwelle und das Bestimmen der Aus-Zeit des Schalters gleichzeitig stattfinden. Das Verfahren, wobei der erste Strom ein Strom durch den Schalter und/oder ein Strom durch eine mit dem Schalter gekoppelte Induktivität ist. Das Verfahren, das ferner Empfangen des Zieldurchschnittsstroms aus einem Dimmersignal beinhaltet. Das Verfahren, wobei das Dimmersignal ein PWM-Signal beinhaltet. Das Verfahren, das ferner Folgendes beinhaltet: Empfangen einer Zielfrequenz des Schaltnetzteils; Messen einer Ausgangsspannung des Schaltnetzteils und Bestimmen einer Zielstromwelligkeit basierend auf der gemessenen Ausgangsspannung des Schaltnetzteils und der empfangenen Zielfrequenz des Schaltnetzteils.
Ein anderer allgemeiner Aspekt beinhaltet ein Schaltnetzteil, das Folgendes beinhaltet: eine Strommessungs-Schnittstellenschaltung; eine Gate-Ansteuerungs-Schnittstellenschaltung, die dazu konfiguriert ist, mit einem Steuerknoten eines Schalters des Schaltnetzteils gekoppelt zu sein; eine Steuerung, die mit der Strommessungs-Schnittstellenschaltung und der Gate-Ansteuerungs-Schnittstellenschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerung konfiguriert ist zum Empfangen einer Messung eines ersten Stroms des Schaltnetzteils über die Strommessungs-Schnittstellenschaltung, zum Bestimmen einer Welligkeit des ersten Stroms basierend auf der empfangenen Messung des ersten Stroms, zum Bestimmen einer Maximalstromschwelle basierend auf einem Zieldurchschnittsstrom und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, zum Bestimmen einer Aus-Zeit des Schalters basierend auf einer Zielstromwelligkeitsschwelle und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, zum Ausschalten des Schalters über die Gate-Ansteuerungs-Schnittstellenschaltung, wenn der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht, und zum Einschalten des Schalters, nachdem die bestimmte Aus-Zeit des Schalters abgelaufen ist, nachdem der Schalter ausgeschaltet wird.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Das Schaltnetzteil, das ferner eine Strommessungsschaltung, die zwischen der Strommessungs-Schnittstellenschaltung und einem Strompfad gekoppelt ist, beinhaltet. Das Schaltnetzteil, das ferner eine Eingangsspannungsmessungs-Schnittstellenschaltung beinhaltet und wobei die Steuerung ferner zum Empfangen einer Messung einer Eingangsspannung des Schaltnetzteils konfiguriert ist. Das Schaltnetzteil, wobei die Steuerung ferner zum Bestimmen einer Zielstromwelligkeit basierend auf der empfangenen Messung der Eingangsspannung des Schaltnetzteils konfiguriert ist. Das Schaltnetzteil, das ferner einen Komparator beinhaltet, wobei der Komparator dazu konfiguriert ist, zu detektieren, wann der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht.
Noch ein anderer allgemeiner Aspekt beinhaltet ein LED-Beleuchtungssystem, das Folgendes beinhaltet: einen Schalter, der einen mit einer Stromversorgungssteuerung gekoppelten Steuerknoten aufweist, eine Induktivität, die zwischen einem ersten Ausgangsanschluss des Schalters und einem ersten Lastanschluss gekoppelt ist, eine Diode, die zwischen dem ersten Ausgangsanschluss des Schalters und einem zweiten Lastanschluss gekoppelt ist, eine Strommessungsschaltung, die zum Messen eines Stroms im Schalter und/oder der Induktivität konfiguriert ist, und eine Stromversorgungssteuerung, die mit dem Schalter und der Strommessungsschaltung gekoppelt ist und zum gleichzeitigen Steuern eines Durchschnittsinduktivitätsstroms des gemessenen Stroms und einer Welligkeit des Durchschnittsinduktivitätsstroms konfiguriert ist.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Das LED-Beleuchtungssystem, das ferner eine LED beinhaltet, die zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss gekoppelt ist.
Während diese Erfindung mit Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen, wie auch anderer Ausführungsformen der Erfindung, werden sich für einen Fachmann unter Bezugnahme auf die Beschreibung ergeben. Es ist daher vorgesehen, dass die angehängten Ansprüche jegliche derartigen Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen einer Messung eines ersten Stroms des Schaltnetzteils; Bestimmen einer Welligkeit des ersten Stroms basierend auf der empfangenen Messung des ersten Stroms; Bestimmen einer Maximalstromschwelle basierend auf einem Zieldurchschnittsstrom und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms; Bestimmen einer Aus-Zeit eines Schalters basierend auf einer Zielstromwelligkeit und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms; Ausschalten des Schalters, wenn der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht; und Einschalten des Schalters, nachdem die bestimmte Aus-Zeit nach dem Ausschalten des Schalters abgelaufen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die empfangene Messung des ersten Stroms eine erste Messung des ersten Stroms, die während des Einschaltens des Schalters vorgenommen wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die empfangene Messung des ersten Stroms ferner eine zweite Messung des ersten Stroms, die vor dem Ausschalten des Schalters vorgenommen wird, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, das ferner ein Empfangen einer Eingangsspannung des Schaltnetzteils umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Empfangen der Eingangsspannung ein Messen der Eingangsspannung des Schaltnetzteils umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, das ferner ein Bestimmen einer Zielminimalstromwelligkeit basierend auf der empfangenen Eingangsspannung des Schaltnetzteils umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen der Zielminimalstromwelligkeit stattfindet, nachdem sich die bestimmte Welligkeit des ersten Stroms einschwingt.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner Folgendes umfasst: Initialisieren eines Induktivitätswerts; Initialisieren eines Frequenzwerts und Initialisieren eines Systemtastverhältniswerts, wobei das Bestimmen der Zielminimalstromwelligkeit ferner auf dem Induktivitätswert, dem Frequenzwert und dem Systemtastverhältniswert basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen der Zielminimalstromwelligkeit gemäß
bestimmt wird, wobei I_(targetRip) die Zielminimalstromwelligkeit ist, α eine Konstante zwischen 0 und 1 ist, D der Systemtastverhältniswert ist, L der Induktivitätswert ist und f_(targetSw) der Frequenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Induktivitätswert auf 600 µH initialisiert wird und der Frequenzwert auf 240 kHz initialisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Bestimmen der Maximalstromschwelle und das Bestimmen der Aus-Zeit des Schalters gleichzeitig stattfinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der erste Strom ein Strom durch den Schalter und/oder ein Strom durch eine mit dem Schalter gekoppelte Induktivität ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Empfangen des Zieldurchschnittsstroms aus einem Dimmersignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Dimmersignal ein pulsweitenmoduliertes Signal umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen einer Zielfrequenz des Schaltnetzteils, Messen einer Ausgangsspannung des Schaltnetzteils, und Bestimmen einer Zielstromwelligkeit basierend auf der gemessenen Ausgangsspannung des Schaltnetzteils und der empfangenen Zielfrequenz des Schaltnetzteils.
Schaltnetzteil, das Folgendes umfasst: eine Strommessungs-Schnittstellenschaltung; eine Gate-Ansteuerungs-Schnittstellenschaltung, die eingerichtet ist, mit einem Steuerknoten eines Schalters des Schaltnetzteils gekoppelt zu werden; eine Steuerung, die mit der Strommessungs-Schnittstellenschaltung und der Gate-Ansteuerungs-Schnittstellenschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum Empfangen einer Messung eines ersten Stroms des Schaltnetzteils über die Strommessungs-Schnittstellenschaltung, Bestimmen einer Welligkeit des ersten Stroms basierend auf der empfangenen Messung des ersten Stroms, Bestimmen einer Maximalstromschwelle basierend auf einem Zieldurchschnittsstrom und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, Bestimmen einer Aus-Zeit des Schalters basierend auf einer Zielstromwelligkeitsschwelle und der bestimmten Welligkeit des ersten Stroms, Ausschalten des Schalters über die Gate-Ansteuerungs-Schnittstellenschaltung, wenn der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht; und Einschalten des Schalters, nachdem, nach dem Ausschalten des Schalters, die bestimmte Aus-Zeit des Schalters abgelaufen ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 16, das ferner eine Strommessungsschaltung, die zwischen die Strommessungs-Schnittstellenschaltung und einen Strompfad gekoppelt ist, umfasst.
Schaltnetzteil nach Anspruch 16 oder 17, das ferner eine Eingangsspannungsmessungs-Schnittstellenschaltung umfasst und wobei die Steuerung ferner zum Empfangen einer Messung einer Eingangsspannung des Schaltnetzteils eingerichtet ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner zum Bestimmen einer Zielstromwelligkeit basierend auf der empfangenen Messung der Eingangsspannung des Schaltnetzteils eingerichtet ist.
Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 16–19, das ferner einen Komparator umfasst, wobei der Komparator eingerichtet ist, zu detektieren, wann der erste Strom die Maximalstromschwelle erreicht.
Leuchtdioden-Beleuchtungssystem, das Folgendes umfasst: einen Schalter, der einen mit einer Stromversorgungssteuerung gekoppelten Steuerknoten aufweist; eine Induktivität, die zwischen einen ersten Ausgangsanschluss des Schalters und einen ersten Lastanschluss gekoppelt ist; eine Diode, die zwischen den ersten Ausgangsanschluss des Schalters und einen zweiten Lastanschluss gekoppelt ist; eine Strommmessungsschaltung, die zum Messen eines Stroms im Schalter und/oder in der Induktivität eingerichtet ist; und e ine Stromversorgungssteuerung, die mit dem Schalter und der Strommessungsschaltung gekoppelt ist und zum gleichzeitigen Steuern/Regeln eines Durchschnittsinduktivitätsstroms des gemessenen Stroms und einer Welligkeit des Durchschnittsinduktivitätsstroms konfiguriert ist.
Leuchtdioden-Beleuchtungssystem nach Anspruch 21, das ferner eine Leuchtdiode umfasst, die zwischen den ersten Lastanschluss und den zweiten Lastanschluss gekoppelt ist.