DE202017106059U1 - Einrichtung zum Steuern der mittleren Ströme in einem Abwärts-DC/DC-LED-Treiber - Google Patents

Einrichtung zum Steuern der mittleren Ströme in einem Abwärts-DC/DC-LED-Treiber Download PDF

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Abstract

Einrichtung zum Versorgen einer elektrischen Last mit Leistung, umfassend: ein Treibermodul (300, 802) umfassend: ein Abwärtswandlermodul (104), umfassend einen Ausgangsknoten (313), konfiguriert zum Bereitstellen von Elektrizität mit einer Ausgangsspannung und einem Ausgangsstrom; wobei ein Betriebstakt des Abwärtswandlermoduls (104) einen Einschaltzeitraum-Betriebszustand (tON) und einen Ausschaltzeitraum-Betriebszustand (tOFF) umfasst; wobei der Einschaltzeitraum-Betriebszustand (tON) über einem ersten Zeitraum (T1) und einem zweiten Zeitraum (T2) auftritt; einen ersten Schalter (116), eingerichtet zum betrieblichen Koppeln einer Stromquelle (VIN) während eines geschlossenen Betriebszustands mit dem Abwärtswandlermodul (104) während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON); ein Stromsensormodul (302, 804, 1002), eingerichtet zum Erfassen eines ersten Schalterstroms (ISW1), der durch den ersten Schalter (116) während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON) zum Abwärtswandlermodul (104) bereitgestellt wird; ein Regelmodul (350, 806), betreibbar zum Anweisen und Regeln der Betriebszustände des ersten Schalters (116), sodass ein Durchschnittswert des ersten Schalterstroms (ISW1), der über den Betriebstakt zum Abwärtswandlermodul (104) bereitgestellt wird, gleich einem Soll-Strom ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die hierin beschriebene Technologie betrifft allgemein Einrichtungen zum Regeln von Strömen, die durch Abwärtswandler erzeugt werden. Die Technologie kann in elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Beleuchtungsanwendungen lichtemittierenden Dioden (LEDs), und in anderen Anwendungen Gebrauch finden, in denen eine Steuerung der mittleren Ströme gewünscht ist, die verwendet werden, um LED-Einheiten und ähnliche Lasttypen zu betreiben.
  • HINTERGRUND
  • Heute findet die LED-Beleuchtung weit verbreitete Akzeptanz in Fahrzeug-, Industrie- und anderen Beleuchtungsanwendungen. Wie gemeinhin bekannt und anerkannt ist, erfordert eine LED-Beleuchtung allgemein weniger Energie, um eine gewünschte Lichtmenge zu erzeugen, wobei die Lichtmenge oftmals in Lumen und entlang eines korrelierten Farbtemperaturbereichs ausgedrückt wird, der oftmals in Grad Kelvin ausgedrückt wird. In manchen LED-Anwendungen wie Anwendungen von Automobilfrontscheinwerfern werden gemeinhin relativ hohe LED-Strangspannungen, die oftmals von 4 bis 50 Volt reichen, und hohe Ströme, die oftmals von 100 mA bis 3 A reichen, verwendet. Solche LED-Systeme werden gemeinhin verwendet, um einen Bereich von Lumen über einen gegebenen Bereich bei einer Farbtemperatur in Grad Kelvin zu erzeugen, die durch einen Fahrer nicht merklich wahrnehmbar ist. Die Menge und der Temperaturbereich von erzeugtem Licht kann jedoch auf Grundlage eines Betreibens, einer Benutzerpräferenz und anderen Erwägungen variieren. Es versteht sich, dass das von LED-Einheiten erzeugte Licht üblicherweise proportional zu dem Strom ist, der zur Ansteuerung der LED-Einheiten verwendet wird. Aufgrund dieser Spannungs-, Strom-, Lumen- und Temperaturbereiche ist die Regulierung des Stroms, der durch die LEDs fließt, sehr wichtig.
  • Wie in 1 gezeigt, nutzt eine gebräuchliche Schaltung 100, die heute zum Regulieren des durch Hochleistungs-LED-Einheiten fließenden Stroms verwendet wird, Schaltungen, die eine ähnliche mit einem DC/DC-Abwärtswandlermodul 104 verbundene Stromquelle 102 umfassen. Das Abwärtswandlermodul 104 schließt gemeinhin Spulen und Kondensatoren ein, welche die Speicherung und Entladung von elektrischer Energie ermöglichen; diese Abwärtswandler mit inhärenten Fähigkeiten werden hierin als ein Energiespeichermodul bereitstellend bezeichnet. Oftmals sind das Abwärtswandlermodul 104 und zugehörige Schaltkomponenten in einer gemeinsamen Vorschalteinheit 106 bereitgestellt, können jedoch separat oder als Komponenten größerer Systeme oder Einheiten bereitgestellt werden. Die Grundsätze des Betriebs und Elemente solch eines Abwärtswandlermoduls 104 sind im Stand der Technik allgemein bekannt und werden hierin nicht beschrieben, sondern durch Bezugnahme und durch Inhärenz hierin aufgenommen. Es versteht sich, dass eine oder mehrere der Komponenten des in 1 gezeigten Abwärtswandlermoduls 104 ausgetauscht und/oder durch andere bekannte Schaltungskomponenten und Konfigurationen verstärkt werden können. Zum Beispiel könnte eine Diode 126 für einen Einankerumformer durch einen Feldeffekttransistor (FET) des N-Typs ersetzt werden.
  • Ferner versteht es sich, dass die elektrischen Eigenschaften von einer oder mehreren der Komponenten eines Abwärtswandlermoduls 104, wie zum Beispiel in 1 gezeigt, nur veranschaulichend sind und als Elemente von anderen Komponenten der gezeigten Ausführungsformen betrachtet werden können. Wie gemeinhin bekannt ist, stellt die Ausgangsleistung, wie sie gemeinhin hinsichtlich eines LED-Stroms ILED und einer LED-Spannung VLED ausgedrückt wird, des Abwärtswandlermoduls 104 für eine oder mehrere LED-Einheiten 108a, b, c bis 108n elektrische Leistung bereit. Die LED-Einheiten 108a, b, c bis 108n können durch ein Pixeltreibermodul 110 oder ein ähnliches Modul (falls vorhanden) einzeln, kollektiv oder in irgendeiner Kombination dazwischen betrieben werden. Das Pixeltreibermodul 110 kann verwendet werden, um zu steuern, ob irgendeine gegebene LED-Einheit 108a bis n zu irgendeiner gegebenen Zeit mit Leistung versorgt oder kurzgeschlossen ist, indem selektiv ein oder mehrere Pixeltreiberschalter 112 unabhängig geöffnet/geschlossen werden. Oftmals passt das Pixeltreibermodul 110 das Öffnen/Schließen des einen oder der mehreren Pixeltreiberschalter 112 gemäß dann gewünschten Beleuchtungsbedingungen an, wie sie auf Grundlage von Umgebungslichtsensoren, Geschwindigkeit, Benutzerpräferenzen, gemäß Regelungen und anderen Erwägungen erfasst, ausgewählt oder ermittelt werden.
  • Oftmals wird ein erster Schalter 116, wie beispielsweise ein N-Kanal- oder P-Kanal-MOSFET-Transistor, verwendet, um den Betriebszustand, „ein” oder „aus”, des Abwärtswandlermoduls 104 zu steuern. Der Spitzenstrom IMAX des Stroms ILED, der durch das Abwärtswandlermodul 104, durch den Schalter 116 und dadurch für die LED-Einheiten 108a bis n erzeugt wird, kann am Ausgang des Abwärtswandlermoduls 104 unter Verwendung eines Stromerfassungselements 117, zum Beispiel eines Widerstandselements 118 und eines Operationsverstärkers 120, erfasst werden. Wenn auf den optionalen Filterkondensator C1 124 verzichtet wird, versteht es sich, dass der LED-Strom ILED dem Spulenstrom IL entspricht. In anderen Ausführungsformen werden oftmals andere Formen von Stromerfassungsvorrichtungen und/oder -modulen genutzt. Die Spannung über dem Widerstandselement 118, wie sie durch den Operationsverstärker erfasst wird, gibt den Spitzenstrom IMAX wieder, der den LED-Einheiten 118a bis n zu irgendeiner gegebenen Zeit bereitgestellt wird. Durch Steuern der jeweiligen „Ein”- und „Aus”-Zeiträume des ersten Schalters 116 können die den LED-Einheiten 108a bis n bereitgestellten Ströme ILED geregelt werden. Es versteht sich, dass, wenn das Stromerfassungselement 117 mit den LED-Einheiten 108a bis n in Reihe geschaltet ist, der tatsächliche Strom erfasst wird, der durch die LED-Einheiten 108a bis n fließt. In anderen Ausführungsformen kann der Strom am ersten Schalter oder auf andere Weise erfasst werden. Für solche anderen Ausführungsformen versteht es sich, dass der erfasste Strom nicht der tatsächliche Strom ist, der den LED-Einheiten 108a bis n aufgrund der Filterwirkungen des Kondensators C1 124 bereitgestellt wird. Der Kondensator C1 124 ist oftmals auf der LED-Seite von Spule 122 derart angeordnet, dass das Stromerfassungselement 117 dazu in der Lage ist, den Augenblicksspulenstrom zu erfassen. Es versteht sich, dass das Stromerfassungselement 117 kein Element des Abwärtswandlermoduls 104 ist.
  • Wie gezeigt, umfasst das Abwärtswandlermodul 104 gemeinhin eine Spule 122 mit einer Induktivität L. Bei Hochstrom-LED-Anwendungen und angesichts wirtschaftlicher, Gestaltungs- und anderer Erwägungen ist es oftmals wünschenswert, die Induktivität L der Spule 122 zu verringern und die Notwendigkeit irgendwelcher externer Erfassungselemente zu beseitigen, wie beispielsweise von Widerstandselementen 118, die gemeinhin zu viel Leistung abziehen, teuer sind, zu viel Platz auf elektrischen Platinen beanspruchen und angesichts anderer Einschränkungen.
  • Idealerweise wird ein System mit geringen Kosten und niedriger Induktivität benötigt, das es einem ermöglicht, die den LED-Einheiten durch das Abwärtswandlermodul 104 bereitgestellten mittleren Ströme zu regeln. Diese konkurrierenden Wünsche hinsichtlich kostengünstigen Spulen mit niedriger Induktivität und des Ausschlusses externer Erfassungselemente und weiterer Elemente unter Beibehaltung eines gewünschten mittleren Stroms und einer gewünschten mittleren Leistung, die den LED-Einheiten bereitgestellt werden, mit unterschiedlichen Spannungsanforderungen solcher LED-Einheiten werden oftmals ferner dadurch eingeschränkt, dass eine Reduzierung der Induktivität L der Spule 122 oftmals eine Erhöhung der Frequenz erfordert, bei der der erste Schalter 116 ein- und ausgeschaltet wird. Es versteht sich, dass mit abnehmender Induktivität L von Spule 122 die Schaltfrequenz des ersten Schalters 116 zunehmen muss, um einen gewünschten mittleren Strom und einen annehmbaren Wellenstrom, die den LED-Einheiten 108a bis n bereitgestellt werden, beizubehalten.
  • Die vorstehenden Erwägungen und Bedenken schränkt die Notwendigkeit weiter ein, die Erzeugung von unerwünschten elektromagnetischen Emissionen während des Betriebs zu vermeiden. Es ist allgemein bekannt, dass Abwärtswandler elektromagnetische Strahlung (Electro-Magnetic Radiation (EMRs)) erzeugen. Hohe EMRs können den Betrieb anderer Schaltungen und Komponenten in Automobil- und anderen Implementierungen von Hochleistungs-LED-Einheiten beeinflussen. Dementsprechend ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von LED-Treibereinheiten oft stark geregelt, insbesondere bei Motorfahrzeugen. Gemeinhin begrenzen EMV-Bedenken den zulässigen Frequenzbereich von Abwärtswandlermodulen auf Frequenzen unterhalb von 500 kHz oder oberhalb von 1,8 MHz und unterhalb von 5,9 MHz. Insofern besteht heute eine Notwendigkeit, nicht nur den mittleren Strom, sondern auch die Schaltfrequenz von LED-Treibereinheiten zu regeln.
  • Wie in 2A und 2B gezeigt, versuchen heutige bekannte Schaltungen (wie beispielsweise die in 1 gezeigte beispielhafte Schaltung) gemeinhin, Hochleistungs-LED-Module durch Erzeugen eines Wellenstroms R zu regeln, wobei die Welle ΔR des Spulenstroms IL im Laufe der Zeit durch ein „Ein”- und „Aus”-Schalten des ersten Schalters 116 gesteuert wird. Diese Zeiträume sind in 2 durch ton und toff gezeigt.
  • In 2A und 2B ist der „Ein”-Zeitraum für den ersten Schalter 116 durch ton gezeigt. Die „Aus”-Zeit für den ersten Schalter 116 ist durch toff gezeigt, die proportional zur Spannung über der Spule (VLED–VLC) ist. Das heißt, dass für diese Modulausführungen gemeinhin anerkannt wird, dass der „Aus”-Zeitraum toff von der Spulenspannung während der „Aus”-Zeit abhängt und nahe an der Spannung VLED der LED-Einheiten 108a bis n liegt, wobei die oftmals vernachlässigbaren und nicht berücksichtigten Unterschiede aus der Durchlassspannung hervorgehen, die während der „Aus”-Zeit von der Diode 126 bereitgestellt wird. Das heißt, mit steigender VLED muss toff abnehmen, um eine konstante Stromwelle ΔR beizubehalten und umgekehrt. Diese Beziehung kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden, wobei es sich bei L um den Wert der Spule 122 des Abwärtswandlers 104 handelt: (toff × VLED)/L = ΔR.
  • Es versteht sich, dass die Schaltfrequenz gemäß diesen Herangehensweisen des Stands der Technik nicht geregelt ist und als Reaktion auf Variationen in den Eingangsspannungen VIN zum Abwärtswandlermodul 104, die Eigenschaften der Spule 122 und die Spannungsanforderungen VLED der LED-Einheiten 108a bis n variiert, wobei VLED im Laufe der Zeit basierend auf den Variationen in der Anzahl der LED-Einheiten, die zu einem bestimmten Zeitpunkt ein und aus sind, und dem Leistungsbedarf dieser LED-Einheiten variieren kann.
  • Ferner versteht es sich, dass bei solchen Ausführungen die Induktivität L der Spule 122 bekannt sein und/oder das System auf diese Induktivität kalibriert (und neu kalibriert) werden muss. Die Induktivität einer Spule kann im Laufe der Zeit und als Reaktion auf Betriebsbedingungen variieren. Variationen in der Induktivität L können dazu führen, dass unerwünschte Fehler im Ausgangsstrom ILED entstehen.
  • Deshalb werden eine Einrichtung, ein System und ein Verfahren (zusammen „Systeme”) benötigt, um den mittleren Strom eines Hochleistungs-DC/DC-LED-Treibermoduls zu regeln. Solche Systeme unterstützen die Verwendung von Spulen mit niedriger Induktivität und von Abwärtswandlermodulen, die für eine bestimmte Implementierung unabhängig von einer Spuleninduktivität, Eingangsspannung und unterschiedlichen Lastbedingungen betrieben werden können, während der mittlere Strom des Abwärtswandlermoduls beibehalten wird. Ferner werden Systeme benötigt, bei denen die Stromerfassung während der „Ein”-Zeit des ersten Schalters erfolgt und dadurch Leistungsverluste beschränkt, während die Systemeffizienz verbessert wird. Ferner werden Systeme benötigt, die asynchrone und synchrone Betriebsmodi unterstützen, wo zum Beispiel asynchrone Betriebe erfolgen können, wenn die Diode 126 mit synchronen Betrieben verwendet wird, die erfolgen, wenn ein MOSFET- oder ähnlicher Transistor anstelle von Diode 126 genutzt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfassen Systeme zum Versorgen einer elektrischen Last ein Treibermodul und ein Regulierungsmodul. Das Treibermodul kann ein Abwärtswandlermodul mit mindestens einem Ausgangsknoten umfassen, der dazu konfiguriert ist, Elektrizität mit einer Ausgangsspannung und einem Ausgangsstrom bereitzustellen. Das Treibermodul kann zudem konfiguriert sein, einen ersten Schalter einzuschließen, der konfigurierbar ist, während eines in einer ersten Zeitdauer eines Betriebszyklus auftretenden Einschaltzeitraum-Betriebszustands eine Leistungsquelle betrieblich mit dem Abwärtswandlermodul zu koppeln. Der Betriebszyklus kann einen ersten Einschaltzeitraum-Betriebszustand und einen zweiten Ausschaltzeitraum-Betriebszustand umfassen. Das Treibermodul kann auch dazu konfiguriert sein, ein Stromsensormodul zu umfassen, das konfigurierbar ist, um den dem Abwärtswandlermodul bereitgestellten elektrischen Strom zu erfassen, während die Einrichtung im ersten Einschaltzeitraum-Betriebszustand betrieben wird. Das Regulierungsmodul kann betreibbar sein, um die Zeiträume anzuweisen und zu regeln, während denen der erste Schalter derart in den ersten Einschaltzeitraum-Betriebszustand und/oder den zweiten Ausschaltzeitraum-Betriebszustand konfiguriert ist, dass der dem Abwärtswandlermodul bereitgestellte mittlere Strom einem gewünschten Zielstrom entspricht.
  • Der Systembetrieb kann derart konfiguriert sein, dass der Einschaltzeitraum-Betriebszustand während eines ersten Zeitraums und eines zweiten Zeitraums erfolgt. Ferner kann der erste Zeitraum während eines Zeitintervalls eintreten, das von einer anfänglichen Zeit bis zu einer zweiten Zeit entsteht, wobei die anfängliche Zeit eintritt, wenn der erste Schalter in den Einschaltzeitraum-Betriebszustand konfiguriert ist und die zweite Zeit eintritt, wenn ein erster erfasster Strom vom Stromsensormodul erfasst wird.
  • Der Systembetrieb kann derart konfiguriert sein, dass der erste erfasste Strom vom Stromsensormodul erfasst wird, wenn der dem Abwärtswandlermodul bereitgestellte elektrische Strom einen Zielstrom erreicht.
  • Der Systembetrieb kann derart konfiguriert sein, dass der zweite Zeitraum während eines Zeitintervalls eintritt, das von der zweiten Zeit bis zu einer dritten Zeit entsteht, wobei die dritte Zeit eintritt, wenn ein zweiter erfasster Strom vom Stromsensormodul erfasst wird. Gleichermaßen kann das Stromsensormodul dazu konfiguriert sein, zu erfassen, wann ein erster erfasster Strom durch den ersten Schalter während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands einem Zielstrom entspricht, und nach einer solchen Erfassung ein erstes Vergleichssignal auszugeben. Das System kann auch derart konfiguriert sein, dass das Stromsensormodul dazu konfiguriert ist, zu erfassen, warm ein zweiter erfasster Strom durch den ersten Schalter während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands einem gewünschten Höchststromschwellenwert entspricht, und nach einer solchen Erfassung ein zweites Vergleichssignal auszugeben.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann das System dazu konfiguriert sein, ein Regulierungsmodul mit einem Steuermodul zu umfassen, das an ein Stromsensormodul gekoppelt und dazu konfiguriert ist, ein zweites Vergleichssignal zu empfangen. Ferner kann das Steuermodul an einen ersten Schalter gekoppelt und dazu konfiguriert sein, ein Schaltsignal zum ersten Schalter auszugeben, das den Betriebszustand des ersten Schalters auf einen geschlossenen Schalterzustand setzt. Ferner kann ein Ausschaltmodul an den Ausgangsknoten eines Abwärtswandlermoduls gekoppelt und dazu konfiguriert sein, die vom Abwärtswandlermodul erzeugte Ausgangsspannung zu empfangen. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann das Ausschaltmodul dazu konfiguriert sein, eine Abnahme der Ausgangsspannung während eines Übergangs des ersten Schalters vom Einschaltzeitraum-Betriebszustand zum Ausschaltzeitraum-Betriebszustand zu erfassen und nach der Erfassung einer solchen Abnahme der Ausgangsspannung ein Ausschaltsignal an das Steuermodul auszugeben.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann ein System ein an das Stromsensormodul und an das Steuermodul gekoppeltes Vergleichsmodul umfassen und, wo das Vergleichsmodul möglicherweise dazu konfiguriert ist, ein Schaltsignal, ein erstes Vergleichssignal und ein zweites Vergleichssignal zu empfangen, und basierend darauf, wann das Schaltsignal, das erste Vergleichssignal und das zweite Vergleichssignal jeweils empfangen werden, eine anfängliche Ereigniszeit, eine zweite Ereigniszeit und eine dritte Ereigniszeit zu ermitteln. Das Vergleichsmodul kann auch dazu konfiguriert sein, einen ersten Zeitraum basierend auf einer abgelaufenen Zeit zwischen der anfänglichen Ereigniszeit und der zweiten Ereigniszeit zu berechnen, einen zweiten Zeitraum basierend auf einer abgelaufenen Zeit zwischen der zweiten Ereigniszeit und der dritten Ereigniszeit zu berechnen und den ersten Zeitraum mit dem zweiten Zeitraum zu vergleichen. Basierend auf dem Vergleich des ersten Zeitraums mit den zweiten Zeiträumen kann das Vergleichsmodul ein Differenzsignal ausgeben.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann das System ein Einstellmodul umfassen. Das Einstellmodul kann gekoppelt und dazu konfiguriert sein, Signale von einem Vergleichsmodul zu empfangen. Das Einstellmodul kann gekoppelt und dazu konfiguriert sein, Signale an ein Stromsensormodul auszugeben. Ferner kann das Einstellmodul dazu konfiguriert sein, nach dem Empfang eines Differenzsignals von einem Vergleichsmodul einen für einen gewünschten Höchststromschwellenwert erforderlichen Einstellwert zu bestimmen und ein Einstellsignal an ein Stromsensormodul auszugeben.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann das System ein Timer-Modul umfassen. Das Timer-Modul kann an ein Stromsensormodul gekoppelt sein. Das Timer-Modul kann an ein Steuermodul gekoppelt sein. Das Timer-Modul kann dazu konfiguriert sein, ein Schaltsignal und ein erstes Vergleichssignal zu empfangen und basierend auf den empfangenen Signalen ein gemessenes Zeitsignal an das Steuermodul auszugeben.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann ein Systembetrieb derart konfiguriert sein, dass ein erster Einschaltzeitraum-Betriebszustand während eines ersten Zeitraums und eines zweiten Zeitraums eintritt, ein gemessenes Zeitsignal eine Dauer des ersten Zeitraums für einen Stromzyklus des Abwärtswandlermoduls anzeigt, ein Timer-Modul die Länge des zweiten Zeitraums derart einstellt, dass dieser dem ersten Zeitraum entspricht, und, wenn der eingestellte zweite Zeitraum endet, das Timer-Modul ein gemessenes Zeitsignal ausgibt. Der Systembetrieb kann auch derart konfiguriert sein, dass das Steuermodul nach dem Empfang des gemessenen Zeitsignals das Ausgeben des Schaltsignals stoppt und der Ausschaltzeitraum-Betriebszustand des Abwärtswandlermoduls beginnt.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann das System dazu konfiguriert sein, ein Spannungskomparatormodul zu umfassen, das dazu konfiguriert ist, einem Abwärtswandlermodul bereitgestellte Eingangsspannungen zu messen. Das Spannungskomparatormodul kann gekoppelt und dazu konfiguriert sein, ein Vergleichssignal, das einen Verzögerungszeitraum bei den dem Abwärtswandlermodul bereitgestellten Eingangsspannungen anzeigt, an ein Regulierungsmodul auszugeben. Das Vergleichssignal kann eine Einschaltverzögerung und/oder eine Ausschaltverzögerung anzeigen.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann ein System zum Ermitteln, warm von einem Abwärtswandlermodul erzeugte Ströme mindestens zwei Stromschwellenwerte erreichen, eine erste Stromquelle, die an eine Stromquelle, die Elektrizität mit einer ersten Spannung bereitstellt, gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, einen ersten Strom auszugeben; einen ersten Vergleichsschalter, der an die erste Stromquelle und an den ersten Schaltungsanschluss gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, auf ein erstes Regelsignal zu reagieren; einen ersten Vergleichskondensator, der eine erste Kapazität hat und an den ersten Schaltungsanschluss gekoppelt ist; einen ersten Entladeschalter, der an den ersten Schaltungsanschluss gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, auf ein drittes Regelsignal zu reagieren; eine zweite Stromquelle, die an die Stromquelle gekoppelt und dazu konfiguriert ist, einen zweiten Strom auszugeben, wobei die zweite Stromquelle an einen zweiten Schaltungsanschluss gekoppelt ist; einen zweiten Vergleichskondensator, der eine zweite Kapazität hat und an den zweiten Schaltungsanschluss gekoppelt ist; einen zweiten Entladeschalter, der an den zweiten Schaltungsanschluss gekoppelt und dazu konfiguriert ist, auf das dritte Regelsignal zu reagieren; einen Komparator, der an den ersten Schaltungsanschluss, den zweiten Schaltungsanschluss und an eine Vergleichsleitung gekoppelt ist, umfassen; wobei der erste Strom doppelt so hoch wie der zweite Strom ist und die erste Kapazität der zweiten Kapazität entspricht; wobei das erste Regelsignal ein erstes Vergleichssignal umfasst, das von einem Stromsensormodul empfangen wird, das zur Regelung des Betriebszustands eines Abwärtswandlermoduls genutzt wird; wobei der erste Vergleichsschalter dazu konfiguriert ist, nach dem Empfang des ersten Regelsignals von einem geschlossenen Zustand zu einem geöffneten Zustand zu wechseln; wobei das dritte Regelsignal ein Schaltsignal umfasst, das von einem Steuermodul empfangen wird, das zur Regelung des Betriebszustands des Abwärtswandlermoduls genutzt wird; wobei der erste Entladeschalter und der zweite Entladeschalter dazu konfiguriert sind, nach dem Empfang des dritten Steuersignals von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand zu wechseln; wobei das Abwärtswandlermodul über mindestens einen Arbeitszyklus, umfassend einen Einschaltzeitraum und einen Ausschaltzeitraum, betrieben wird; wobei der Einschaltzeitraum einen ersten Zeitraum und einen zweiten Zeitraum umfasst; wobei der erste Zeitraum von einer anfänglichen Ereigniszeit bis zu einer zweiten Ereigniszeit eintritt und der zweite Zeitraum von der zweiten Ereigniszeit bis zu einer dritten Ereigniszeit eintritt; wobei das erste Regelsignal vom ersten Vergleichsschalter empfangen wird, wenn die zweite Ereigniszeit eintritt; wobei das dritte Regelsignal während des Einschaltzeitraums vorhanden ist; wobei ein zweiter Vergleichsschalter die zweite Stromquelle an den zweiten Schaltungsanschluss koppelt; wobei der zweite Vergleichsschalter dazu konfiguriert ist, auf ein zweites Vergleichssignal zu reagieren, das vom Stromsensormodul empfangen wird; und wobei der zweite Vergleichsschalter dazu konfiguriert ist, nach dem Empfang des zweiten Vergleichssignals von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand zu wechseln.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann ein System zum Versorgen einer elektrischen Last ein Abwärtswandlermodul mit mindestens einem Ausgangsknoten umfassen, der dazu konfiguriert ist, Elektrizität mit einer Ausgangsspannung und einem Ausgangsstrom bereitzustellen. Das System kann ferner einen ersten Schalter umfassen, der dazu konfiguriert ist, während eines in einer ersten Zeitdauer eines Betriebszyklus auftretenden Einschaltzeitraum-Betriebszustands eine Leistungsquelle betrieblich mit dem Abwärtswandlermodul zu koppeln. Der Betriebszyklus kann einen Einschaltzeitraum-Betriebszustand und einen Ausschaltzeitraum-Betriebszustand umfassen.
  • Das System kann ferner ein Stromsensormodul umfassen, das dazu konfiguriert ist, den einem Abwärtswandlermodul während eines Einschaltzeitraum-Betriebszustands bereitgestellten elektrischen Strom zu erfassen.
  • Das System kann ferner ein Regulierungsmodul umfassen, das betreibbar ist, um die Zeiträume anzuweisen und zu regeln, während denen ein erster Schalter derart in einen Einschaltzeitraum-Betriebszustand und/oder einen Ausschaltzeitraum-Betriebszustand konfiguriert ist, dass ein einem Abwärtswandlermodul bereitgestellter mittlerer Strom einem gewünschten Zielstrom entspricht.
  • Das System kann ferner ein Regulierungsmodul mit einem Schaltersteuermodul umfassen, das dazu konfiguriert ist, den Einschaltzeitraum-Betriebszustand derart zu steuern, dass ein erster Zeitraum einem zweiten Zeitraum während jedes Betriebszyklus eines Abwärtswandlermoduls entspricht.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann ein System ein Regulierungsmodul umfassen, das ein an ein Stromsensormodul und an ein Schaltersteuermodul gekoppeltes Timer-Modul umfasst. Das Timer-Modul kann dazu konfiguriert sein, ein erstes Vergleichssignal vom Stromsensormodul und ein Differenzsignal zu empfangen, wobei das Differenzsignal einen Unterschied anzeigt, der während eines Einschaltzeitraum-Betriebszustand eines bestimmten Betriebszyklus zwischen einer einem Abwärtswandlermodul bereitgestellten Eingangsspannung und einer vom Abwärtswandlermodul erzeugten Ausgangsspannung entsteht. Das Timer-Modul kann dazu konfiguriert sein, ein Aus-Signal an das Schaltersteuermodul auszugeben, wobei das Aus-Signal das Schaltersteuermodul anweist, den ersten Schalter von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand zu wechseln. Das System kann ferner dazu konfiguriert sein, ein zweites Timer-Modul zu umfassen, das an das Schaltersteuermodul gekoppelt ist. Das zweite Timer-Modul kann dazu konfiguriert sein, ein Lastspannungssignal und ein Schaltsignal zu empfangen. Das Schaltsignal kann vom Schaltersteuermodul empfangen werden. Das zweite Timer-Modul kann dazu konfiguriert sein, ein Ein-Signal an das Schaltersteuermodul auszugeben, wobei das Ein-Signal das Schaltersteuermodul anweist, den ersten Schalter von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand zu wechseln. Das Timer-Modul kann auch dazu konfiguriert sein, ein erstes Setzsignal zu empfangen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Merkmale, Aspekte, Vorteile, Funktionen, Module und Komponenten der durch die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellten Einrichtungen, Systeme und Verfahren sind hierin in Hinblick auf mindestens eines von den folgenden Beschreibungen und begleitenden Zeichnungsfiguren weiter beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Herangehensweise nach dem Stand der Technik zum Regeln des Betriebs von Abwärtswandlern, die LED-Einheiten ansteuern.
  • 2A veranschaulicht die ersten Schaltströme, die während des Betriebs des Abwärtswandlers nach dem Stand der Technik von 1 üblicherweise im Laufe der Zeit erzeugt werden.
  • 2B veranschaulicht die daraus folgenden Spulenwellenströme, die üblicherweise in Verbindung mit der Verwendung der Herangehensweise nach dem Stand der Technik von 1 erzeugt werden.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Treibermodul und einem Regulierungsmodul zur Verwendung gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 4A veranschaulicht die ersten Schaltströme eines Treibermoduls, das gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
  • 4B veranschaulicht den Betriebszustand eines ersten Schalters, der gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
  • 4C veranschaulicht die Spannungen am Ausgang des ersten Schalters, die gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Laufe der Zeit bereitgestellt werden.
  • 4D veranschaulicht die im Laufe der Zeit erzeugten ersten Schaltströme eines Treibermoduls, das gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, wobei ein optionaler Abwärtsspannungskomparator genutzt wird.
  • 4E veranschaulicht die Betriebszustände eines ersten Schalters, der gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, wobei ein optionaler Abwärtsspannungskomparator genutzt wird.
  • 4F veranschaulicht die Ausgänge eines Spannungskomparators, der die gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einer Spule eines Abwärtswandlermoduls im Laufe der Zeit bereitgestellten Spannungen erfasst.
  • 4G veranschaulicht die gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einer Spule eines Abwärtswandlermoduls im Laufe der Zeit bereitgestellten Spannungen, wobei ein optionaler Abwärtsspannungskomparator genutzt wird.
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines Vergleichsmoduls, das gemäß mindestens der Ausführungsform von 3 der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
  • 6A veranschaulicht die im Laufe der Zeit auftretende erste Schaltstromreaktion eines Abwärtswandlermoduls gemäß der Regelung gemäß mindestens der Ausführungsform von 5 der vorliegenden Offenbarung.
  • 6B veranschaulicht die im Laufe der Zeit auftretenden Betriebszustände eines ersten Schalters, der gemäß mindestens der Ausführungsform von 3 der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
  • 6C veranschaulicht im Laufe der Zeit erfasste Ebenen des mittleren Stroms für ein Treibermodul gemäß mindestens der Ausführungsform von 3 der vorliegenden Offenbarung.
  • 6D veranschaulicht im Laufe der Zeit erfasste Höchststromebenen für ein Treibermodul gemäß mindestens der Ausführungsform von 3 der vorliegenden Offenbarung.
  • 6E veranschaulicht die Spannungen an den Kondensatoren CC1 und CC2, die gemäß mindestens der Ausführungsform von 5 der vorliegenden Offenbarung im Laufe der Zeit von einem Treibermodul einer Last bereitgestellt werden.
  • 7 ist eine schematische Darstellung eines Ausschaltmoduls zur Verwendung gemäß mindestens der Ausführungsform von 3 der vorliegenden Offenbarung.
  • 8 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Treibermodul und einem zweiten Regulierungsmodul zur Verwendung gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 9 ist eine schematische Darstellung eines Vergleichsmoduls zur Verwendung gemäß mindestens der Ausführungsform von 8 der vorliegenden Offenbarung.
  • 10 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Treibermodul und einem Steuermodul zur Verwendung gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen sind auf Einrichtungen, Systeme und Verfahren gerichtet, durch die der mittlere Strom eines DC/DC-Abwärtswandlermoduls geregelt werden kann. Während die verschiedenen hierin dargelegten Ausführungsformen, und wie in den angehängten Zeichnungsfiguren gezeigt, ausreichende Informationen für den Fachmann bereitstellen, um eine oder mehrere der Erfindungen auszuführen, wie hierin beansprucht oder wie später in irgendeiner Anmeldung beansprucht, welche die Priorität dieser Offenbarung beansprucht, ist zu ersehen, dass eine oder mehrere Ausführungsformen ohne eines oder mehrere der hierin bereitgestellten Details ausgeführt werden können. Insofern werden die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführngsformen in beispielhafter Weise bereitgestellt und sind nicht dafür beabsichtigt und dürfen nicht verwendet werden, um den Umfang irgendeiner beanspruchten Erfindung auf irgendeine Ausführungsform zu beschränken.
  • Es versteht sich, dass gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Systeme beschrieben werden, die das Erfassen und Regeln eines tatsächlichen mittleren Stroms unterstützen, der einer oder mehreren Lasten wie einer oder mehreren LED-Einheiten von einem Abwärtswandlermodul bereitgestellt wird. Gleichermaßen beseitigen eine oder mehrere der verschiedenen hierin erörterten Ausführungsformen jedes Erfordernis, das bei Systemen nach dem Stand der Technik in Bezug auf das Erfassen von Induktorströmen besteht. Stattdessen werden Ströme während der „Ein”-Zeit eines ersten Schalters 116 eines Abwärtswandlermoduls 104 erfasst. Es versteht sich, dass eine solche Herangehensweise die Verlustleistung reduziert und zugleich die Systemeffizienz verbessert. Ferner kann gemäß mindestens einer Ausführungsform eine unbeschaltete Zeit TB (siehe 2), die üblicherweise entsteht, wenn ein erster Schalter 116 von einem „Aus”-Zustand zu einem „Ein”-Zustand wechselt, unberücksichtigt bleiben und wirkt sich nicht auf die betriebliche Genauigkeit der Regelung des mittleren Stroms aus. Es versteht sich außerdem, dass mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Betriebsmodi basierend auf zum Beispiel Festfrequenzen, festen Stromwellen oder auf andere Weise unterstützt, wie in Fällen, in denen gewünschte Betriebsfrequenzen im Laufe der Zeit basierend auf einem oder mehreren der auftretenden Betriebszustände variieren können. Gleichermaßen unterstützt mindestens eine Ausführungsform eine schnelle Regelung von mittleren Strömen und/oder Frequenzen, die von einem Abwärtswandlermodul erzeugt werden. Solche Funktionen können zum Beispiel zur Verwendung mit Pixeltreibermodulen und Pixelbeleuchtungsanwendungen wünschenswert und/oder geeignet sein. Es versteht sich außerdem, dass mindestens eine Ausführungsform ein Erfordernis einer Kompensationsschaltung beseitigt. Wenngleich Kompensationsschaltungen in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung genutzt werden können, sind solche Kompensationsschaltungen anders als bei vielen Herangehensweisen nach dem Stand der Technik nicht erforderlich. In ähnlicher Weise versteht es sich, dass gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mittlere Ströme und/oder Frequenzen Fehler wie Toleranzfehler kompensieren können, die aus oder in Verbindung mit der Verwendung von einer oder mehreren externen Komponenten wie Spulen und Kondensatoren und/oder aus Eingangs- und/oder Ausgangssignalabweichungen wie den in VBAT, Vin, VLED oder auf andere Weise entstehenden entstehen.
  • Wie in 3 gezeigt und für mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Treibermodul 300 zum Erfassen und Regeln des Stroms ILED vorgesehen, der einer oder mehreren LED-Einheiten 108a bis n bereitgestellt wird. Das Treibermodul 300 kann ein DC/DC-Abwärtswandlermodul 104, einen ersten Schalter 116 und ein Stromsensormodul 302 umfassen.
  • Es versteht sich, dass der Strom ILED im Laufe der Zeit variiert und dem Strom entspricht, der zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Abwärtswandlermodul 104 erzeugt wird. Das Abwärtswandlermodul 104 schließt eine Spule 122 mit einer Induktivität L1, einen optionalen Kondensator 124 mit einer Kapazität C1 und mindestens einen Schalter 116 und eine Diode 126 ein. Es versteht sich, dass für mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Kondensator 124 genutzt werden kann, um Stromwellen, den Spitzenstrom durch die LEDs und die EMV-Strahlung zu reduzieren. Für mindestens eine Ausführungsform ist das Erfassen und Regeln des Stroms ILED unabhängig von der Induktivität und den Kapazitäten, die für eine bestimmte Implementierung verwendet werden. Die für das Abwärtswandlermodul 104 verwendeten Induktivitäts- und Kapazitätswerte können durch den Fachmann auf Grundlage allgemein bekannter Gestaltungsgrundsätze elektrischer Schaltungen ausgewählt werden, die durch Bezugnahme und Inhärenz hierin aufgenommen werden.
  • Das Treibermodul 300 kann derart konfiguriert sein, dass der erste Schalter 116 verwendet wird, um die „Ein”- und „Aus”-Zyklen des Abwärtswandlermoduls 104 zu steuern. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann der erste Schalter 116 ein MOSFET-Transistor sein. In 3 stellt das Element 304 die parasitäre Kapazität der Diode 126 dar. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann zusätzliche Kapazität parallel zur Diode 126 hinzugefügt werden, um zum Beispiel die Geschwindigkeit zu beschränken, mit der VLBuck abnimmt, wenn der erste Schalter 116 „aus” ist. Es versteht sich, dass gemäß anderen Ausführungsformen anstelle der Diode 126 eine andere Art von Komponenten wie ein anderer Transistor verwendet werden kann. Der erste Schaltstrom ISW1 ist der Strom durch den ersten Schalter 116, und der Diodenstrom ID1 ist der Strom durch die Diode 126. Der erste Schaltstrom ISW1 und der Diodenstrom 1D1 entstehen während der jeweiligen „Ein”- und „Aus”-Zeiträume des Abwärtswandlermoduls 104. Ein Stromsensormodul 302 kann verwendet werden, um den ersten Schaltstrom ISW1 zu überwachen. Beliebige bekannte Vorrichtungen, Module, Techniken oder Anderes können verwendet werden, um den ersten Schaltstrom ISW1 während des „Ein”-Betriebszustands des Treibermoduls 300 zu überwachen. Ein Beispiel solcher bekannten Stromerfassungsvorrichtungen ist ein Erfassungswiderstand. Ferner ist zu ersehen, dass ein internes Stromerfassen am ersten Schalter 116 in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Wie in 3 und in 4 ferner gezeigt, kann das Treibermodul 300 gemäß mindestens einer Ausführungsform über mindestens vier Leitungen, einschließlich einer ersten Vergleichsleitung 306, einer zweiten Vergleichsleitung 308, einer Schaltersteuerleitung 310, einer VLED-Leitung 312 und einer optionalen Einstellleitung 324, an das Regulierungsmodul 350 gekoppelt sein. Es versteht sich, dass eine „Leitung” eine beliebige Vorrichtung, ein beliebiges System, eine beliebige Komponente oder Anderes sein kann, das physisch, logisch oder auf andere Weise vorhanden ist und die Kommunikation von einem oder mehreren tatsächlichen oder virtuellen Signalen von einem System, einer Vorrichtung, einer Komponente oder einem Prozess zu einer bzw. einem anderen unterstützt. Zum Beispiel können Leitungen, wie hierin in Bezug auf mindestens eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gezeigt, als elektrische Drähte, Datenbusse, Leiterbahnen auf gedruckten Leiterplatten, Leiterbahnen auf integrierten Schaltungen oder Anderes betrachtet werden. Gemäß mindestens einer Ausführungsform können die erste Vergleichsleitung 306 und die zweite Vergleichsleitung 308 zu einer einzigen Vergleichsleitung (nicht gezeigt) kombiniert werden. Die zweite Vergleichsleitung 308 umfasst die zwei Zweige 308a und 308b. Die ersten und zweiten Vergleichsleitungen 306 und 308 können verwendet werden, um jeweils ein erstes Vergleichssignal „CMP_IS1” und ein zweites Vergleichssignal „CMP_IS2” durch das Stromsensormodul 302 an das Zeitvergleichsmodul 316 und an das Steuermodul 318 auszugeben. Die Schaltersteuerleitung 310 kann verwendet werden, um ein Schaltsignal S1 vom Steuermodul 318 zum ersten Schalter 116 zu kommunizieren, wobei das Schaltsignal S1 die „geöffneten” und „geschlossenen” Zustände des ersten Schalters 116 regelt. Die VLED-Leitung 312 kann an einen Ausgangsknoten 313 des Abwärtswandlermoduls 104 gekoppelt sein und dazu verwendet werden, dem Ausschaltmodul 320 die Ausgangsspannung VLED bereitzustellen. Die optionale Einstellleitung 324 kann dazu verwendet werden, ein Einstellsignal „Set_IS2” zum Stromsensormodul 302 bereitzustellen. Das Einstellsignal Set_IS2, wenn vorhanden, kann dazu verwendet werden, die Ebene von IS2 einzustellen. Es versteht sich, dass die Stromleitung 314 elektrischen Strom von einer Stromquelle (nicht gezeigt) zum Treibermodul 300 zur Verwendung beim Speisen der LED-Einheiten bereitstellt. Es versteht sich, dass andere Stromquellen in Verbindung mit einer oder mehreren digitalen oder analogen Ausführungsformen des Regulierungsmoduls 400 genutzt werden können, um die verwendeten Komponenten zu speisen. Ein Signal des mittleren Zielstroms „ITAR” kann dem Stromsensormodul 302 über die Zielstromleitung 326 bereitgestellt werden.
  • Wie ferner für mindestens die in 3 veranschaulichte Ausführungsform gezeigt, empfangt das Treibermodul 300 eine Leistung Vin aus einer Quelle 102 (in 3 nicht gezeigt) oder einer anderen Leistungsquelle. Es versteht sich, dass das Treibermodul 300 Leistung von einer beliebigen Quelle empfangen kann, die dazu konfiguriert ist, die gewünschte Spannung oder die gewünschten Spannungsbereiche bereitzustellen. Solche Leistungsquellen sind in der Technik allgemein bekannt und werden durch Bezugnahme und Inhärenz hierin aufgenommen. Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, können Vin = 12 Volt DC und VLED = 10 Volt DC mögliche Werte sein.
  • Die Grundsätze des Betriebs des Treibermoduls 300 werden Bezug nehmend auf 4A, 4B und 4C beschrieben, wobei 4A die Eigenschaften des Stroms ISW1 zeigt. Es versteht sich, dass ISW1 ≈ ILED, wenn der erste Schalter 116 „geschlossen” ist, und zu allen anderen Zeiten null ist (ohne Berücksichtigung eventueller Sickerströme, die möglicherweise auf andere Weise entstehen). Es versteht sich, dass während der unbeschalteten Zeit tB(n) aufgrund der Ladung des Kondensators C2 304 höhere Ströme durch den Schalter 116 fließen. Wie in 4A ferner gezeigt, kann eine Verzögerungszeit tD1(n) von einer fallenden Flanke beim Signal S1 310 bis zu dem Moment auftreten, an dem VLBuck die Spannung VLED überschreitet. Diese Verzögerungszeit kann aufgrund einer Verzögerung des Vortreibers und des ersten Schalters S1 auftreten. Die unbeschaltete Zeit tB(n) beginnt mit der fallenden Flanke beim Signal S1 und endet, wenn der erste Schalter 116 eingeschaltet wird und wenn VLBuck in der Nähe der Spannung VIN liegt. Üblicherweise ist tB(n) langer als tD1(n). Es versteht sich, dass, wenn ein optionaler Kondensator 124 in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden ist, die Welle R des LED-Stroms ILED allgemein kleiner ist als eine vergleichbare Schaltung, bei der der Kondensator 124 nicht vorhanden ist. Solche Variationen bei tatsächlichen Strömen, die aus dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Kondensators 124 entstehen, sind einem Fachmann hinreichend bekannt und werden hierin nicht weiter erörtert. 4B zeigt das Umschalten des ersten Schalters 116 zwischen einem „Aus”-Zustand (wenn der erste. Schalter 116 „geöffnet” ist) und einem „Ein”-Zustand (wenn der erste Schalter 116 „geschlossen” ist). 4C zeigt die daraus folgenden Änderungen bei der Spannung VLBuck.
  • In 4A, 4B und 4C sind die Zeiträume, in denen das Abwärtswandlermodul 104 als „ein” und „aus” betrachtet wird, als Zeiträume tON bzw. tOFF gezeigt. Gemäß der vorliegenden Benennungskonvention steht tON für die kombinierten Zeiträume von t0n bis t3n und steht tOFF für den Zeitraum t3n bis t0n+1, wobei „n” eine ganze Zahl ist und für einen bestimmten Betriebszyklus des Abwärtswandlermoduls steht, wobei ein einzelner Zyklus die Zeiträume von t0n bis t0n+1 umfasst, die von dem Zeitpunkt, an dem das Abwärtswandlermodul in einen „Ein”-Zustand und dann in einen „Aus”-Zustand geschaltet wird und dann bis unmittelbar vor dem Zeitpunkt, an dem es in einen „Ein”-Zustand zurückkehrt, auftreten.
  • Genauer ist das Abwärtswandlermodul 104 im „Ein”-Zustand, wenn der erste Schalter 116 „geschlossen” ist. Demgegenüber tritt tOFF ein, wenn der erste Schalter 116 geöffnet ist. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann während eines Wechsels von einem vorhergehenden „Aus”-Zustand zu einem „Ein”-Zustand und umgekehrt eine gewisse Verzögerung auftreten. Diese Verzögerungen sind in 4A bis 4C durch tD1(n) und tD2(n) angezeigt. Für Zwecke dieser Offenbarung sind solche Verzögerungen, wenn sie im Nanosekundenbereich von 1 ηSek. bis 10 ηSek. auftreten, unwesentlich, sodass für alle praktischen Zwecke das „Ein”- und „Aus”-Schalten (und deren umgekehrte Operationen) des ersten Schalters 116 und des Abwärtswandlermoduls 104 als im Wesentlichen gleichzeitig auftretend betrachtet werden.
  • In mindestens einer Ausführungsform wird die Zeit t3n, die wie in 4A gezeigt der Beginn des Zeitraums tOFF ist, als an dem Zeitpunkt auftretend bestimmt, an dem der erfasste Schaltstrom ISW1 einen Höchststrom in der Spule von IMAX erreicht. Wenn ein gewünschter Strom IMAX erfasst wird, wechselt der erste Schalter 116 von einem „geschlossenen”/„Ein”-Zustand zu einem „geöffneten”/„Aus”-Zustand, was gemäß mindestens einer Ausführungsform nach einer unwesentlichen Verzögerung tD2 erfolgt.
  • Es versteht sich, dass durch ein Einstellen der Werte von IMAX und IMIN die ersten und zweiten Zeiträume T1 bzw. T2 erhalten werden können. Als Folgerung daraus kann durch ein Einstellen, wann die Zeiten t0n/t5n-1 und t3n eintreten und dadurch, wann der erste Schalter 116 vom „geöffneten” Zustand zum „geschlossenen” Zustand wechselt, der Wert von IMAX und IMIN eingestellt werden. Ferner kann durch ein Einstellen der Zeiträume T1 und T2 und dadurch der Werte IMAX und IMIN eine Symmetrie von IMAX und IMIN bezogen auf einen gewünschten Zielstrom ITAR eintreten. In einem optimalen Betriebszustand ist der daraus folgende mittlere Strom IAVG = IS1 = ITAR, wobei der Zielstrom ITAR der gewünschte Betriebsstrom für die LED-Einheiten 108a bis n ist, und ist IS1 als der wie vom Stromsensormodul 302 erfasste „erste erfasste Strom” definiert. Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der gewünschte Zielstrom ein dem Stromsensormodul 302 über die Zielstromleitung 326 bereitgestellter Eingangswert. Es versteht sich, dass ITAR zur Verwendung gemäß einer bestimmten oder mehreren LED-Einheiten 108a bis n vorbestimmt, vorab festgelegt, experimentell bestimmt, einmal oder wiederholt kalibriert oder auf andere Weise identifiziert werden kann. Es versteht sich ferner, dass der Wert von ITAR gemäß den in Verbindung mit einem bestimmten (falls vorhanden) Pixeltreibermodul 110, das in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, verwendeten Grundsätzen des Betriebs variieren kann.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann der mittlere Ausgangsstrom IAVG für einen beliebigen Arbeitszyklus wie folgt berechnet werden:
  • Gleichung 1:
    • I_AVG = I_S2 – ((I_S2 – I_S1))/2·((T1 + T2))/T2
  • Entsprechend versteht es sich, dass eine Bestimmung, ob der mittlere Ausgangsstrom oberhalb oder unterhalb des gewünschten Zielstroms ITAR liegt, durch ein Vergleichen der Zeiträume T1 und T2 durchgeführt werden kann. Für mindestens eine Ausführungsform ist IS1 = IAVG = ITAR, wenn der Zeitraum T1 dieselbe Dauer wie der Zeitraum T2 hat. Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist T1 = T2. Es versteht sich jedoch, dass der mittlere Strom berechnet werden kann, wenn T1 ≠ T2, und der Betrieb des Abwärtswandlermoduls 104 durch ein Einstellen des Höchststroms IMAX für den nächsten Zyklus des Abwärtswandlermoduls 104 eingestellt werden kann, wobei ein Erhöhen/Reduzieren des Werts von IMAX = IS2 zu einer entsprechenden Erhöhung/Reduzierung (gemäß Gleichung 1) beim Wert von IAVG führt. Auch hier kann der Wert von IMAX eingestellt werden, indem geändert wird, warm die Zeit t3n eintritt. Wie in 4A bis 4C gezeigt, tritt die Zeit t3n ein, wenn IS2 erfasst wird. Entsprechend und für mindestens eine Ausführungsform ist das Stromsensormodul 116 dazu konfiguriert, zu erfassen, wann ISW1 = IS1 und wann ISW1 =IS2. Es versteht sich ferner, dass für mindestens eine Ausführungsform die Frequenz des vom Abwärtswandlermodul 104 erzeugten LED-Stroms ILED auch von einem Zyklus zum nächsten basierend auf den erfassten Strömen IS1 und IS2 eingestellt werden kann. Insbesondere durch ein Einstellen, wann IS2 für einen zum jeweiligen Zeitpunkt bestehenden Arbeitszyklus (der wie vorstehend angegeben durch ein Verkürzen oder Verlängern des Zeitraums T2 eingestellt werden kann) erreicht ist, kann die Dauer von tOFF und dadurch die Frequenz des LED-Stroms ILED eingestellt werden. Es versteht sich, dass bei einer Zunahme von tOFF die Frequenz des LED-Stroms ILED abnimmt und umgekehrt.
  • Wie in den 4A, 4B und 4C für mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt, steht der Zeitraum tD1 ( n ) für den Zeitraum t0n bis t1n, während dem die parasitäre und/oder zusätzliche Kapazität C2 des Abwärtswandlermoduls 304 geladen wird. Wie vorstehend erläutert, kann solch eine parasitäre Kapazität, wie durch das Element 304 dargestellt, zum Beispiel in Verbindung mit der Aktivierung des ersten Schalters 116 oder auf andere Weise entstehen. Wie gezeigt, hat der Strom ISW1 durch den ersten Schalter 116 während des Ladens einer beliebigen zusätzlichen Kapazität C2 anfänglich einen Spitzenstrom IC2. Für mindestens eine Ausführungsform kann der während der unbeschalteten Zeit tB(n) erfasste Strom ISW1 maskiert sein und wird nicht verwendet, um den den LED-Einheiten 108a bis n vom Treibermodul 300 bereitgestellten mittleren Strom zu regeln. Nach der unbeschalteten Zeit tB(n) kann der Strom ISW1 erfasst werden und nimmt allgemein von einem Wert IMIN zum Höchststrom IMAX zu, der den LED-Einheiten 108a bis n vom Treibermodul 300 bereitgestellt wird. Entsprechend und für mindestens eine Ausführungsform werden die Ströme IS1 und IS2 vom Stromsensormodul 302 erfasst und dem Regulierungsmodul 350 zur Verwendung beim Regeln des Betriebs des Treibermoduls 300 bereitgestellt.
  • Wie in 3 gezeigt, misst das Stromsensormodul 302 den Strom am ersten Schalter 116. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann eine interne Stromerfassung am Schalttransistor selbst verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann ein Erfassungswiderstand oder eine andere bekannte Technik verwendet werden. Der LED-Zielstrom ITAR wird dem Stromsensormodul 302 bereitgestellt. Wie weiter oben erläutert, steht ITAR für den mittleren Zielausgangsstrom für die LED-Einheiten. Das Stromsensormodul 302 überwacht den Strom ISW1 und, wenn dieser der voreingestellten Stromebene ITAR entspricht, gibt das Setzsignal CMP_IS1 an die erste Vergleichsleitung 306 aus.
  • Das Einstellsignal Set_IS2 steht für den gewünschten Höchststrom IS2 in der Spule 122. Se_IS2 wird vom Einstellmodul 322 über die Einstellleitung 324 an das Stromsensormodul 302 bereitgestellt. Das Stromsensormodul 302 überwacht den Strom ISW1 und, wenn dieser der voreingestellten Stromebene Set_IS2 entspricht, gibt das Setzsignal CMP_IS2 an die zweite Vergleichsleitung 308 aus.
  • Das Vergleichsmodul 316 überwacht das erste Vergleichskabel 306 und das zweite Vergleichskabel 308 hinsichtlich der Bereitstellung der jeweiligen Set-Signale, CMP_IS1 und CMP_IS2, durch das Stromsensormodul 302. Das Vergleichsmodul 316 überwacht auch das Schaltersteuerleitung 310 über den Zweig 310a auf das Auftreten des Schaltsignals S1, das, wenn es ansteht, den ersten Schalter 116 schließt. Basierend auf den Signalen CMP_IS1 und S1 bestimmt das Vergleichsmodul 316, wann die Zeitpunkte t0n und t2n eintreten – diese Ereignisse geben die jeweiligen Start- und Endzeiten des Zeitraums T1 für einen gegebenen Zyklus des Abwärtswandlers an. Und, basierend auf dem Zeitpunkt des Empfangs des Signals CMP_IS2, bestimmt das Vergleichsmodul 316 weiter, wann das Ereignis t3n auftritt – wobei die Ereignisse t2n und t3n die jeweiligen Start- und Endzeitpunkte des Zeitraums T2 angeben. Auf der Grundlage dieser Angaben erfolgt eine Bestimmung, welcher Zeitraum T1 oder T2 länger ist (falls sie nicht gleich sind), sowie des Umfangs eventueller Differenzen zwischen den Zeiträumen T1 und T2. Das Vergleichsmodul 316 gibt ein (wahlfreies) Differenzsignal ΔT aus, das die Unterschiede zwischen den Zeiträumen T1 und T2 angibt, wenn das (wahlfreie) Anpassungsmodul 322 bei einer gegebenen Ausführungsform vorgesehen ist. Wenn bei einer gegebenen Ausführungsform kein Anpassungsmodul 322 vorgesehen ist, ist das Vergleichsmodul 316 zusätzlich konfiguriert zur Ausgabe des Differenzsignals ΔT über die Leitung 328a zum Steuermodul 318. Bei mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ersichtlich, dass das Vergleichsmodul 316 konfiguriert sein kann, um zusätzlich, separat oder auf andere Weise die etwaige Differenz zwischen den Vergleichssignalen zu bestimmen. Diese Differenzen können gegebenenfalls im Differenzsignal ΔT so ausgedrückt sein, dass sie eine gegebene Polarität aufweisen, wobei eine erste Polarität angeben kann, ob der durchschnittliche Strom höher ist als der Sollwert des Durchschnittsstroms, und eine zweite Polarität angeben kann, ob der durchschnittliche Strom niedriger ist als der Sollwert des Durchschnittsstroms. Das Vergleichsmodul 316 kann konfiguriert sein, um dieses Differenzsignal AT an das Steuermodul 318 zu melden.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann das Anpassungsmodul 322 konfiguriert sein, um ein TADJ-Anpassungssignal zum Ausschaltmodul 320 über ein zweites Anpassungssignalkabel 325 bereitzustellen. Es ist somit ersichtlich, dass gemäß ein oder mehrerer Ausführungsformen das Anpassungsmodul 322 konfiguriert sein kann, um den Strom IS2 anzupassen, wenn TADJ eintritt und/oder beides.
  • Bei mindestens einer Ausführungsform passt das Anpassungsmodul 322 beim Empfang des Differenzsignals ΔT den Wert des Anpassungssignals Set_IS2 an, um den gewünschten Wert für den maximalen LED-Strom IMAX entsprechend zu erhöhen oder zu verringern, der vom Abwärtswandlermodul 104 zu den LED-Einheiten 108a–n bereitgestellt wird. Wie weiter oben erörtert, können durch das Erhöhen oder Verringern des Werts von IMAX die Zeiträume T1 und T2 ebenso angepasst werden wie die Taktfrequenz für das Abwärtswandlermodul 104, das durch das jeweilige Öffnen und Schließen des ersten Schalters 116 gesteuert wird. Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Anpassungsmodul 322 als Vorwärts-/Rückwärtszähler implementiert werden, der den Wert des Signals Set_IS2 inkrementell anpasst. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann der Betrag der Inkrementierung zwischen zwei Takten eine vorgegebene Änderung von 5 Milliampere umfassen. Es ist ersichtlich, dass ein beliebiger Wert verwendet werden kann und dass der Schrittbetrag basierend auf Entwurfsüberlegungen variieren kann, z. B. ob der Schritt linear oder nichtlinear ist, und basierend auf variablen Ausgangsströmen oder auf für eine andere, für eine gegebene Implementierung der ein oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gewünschte Weise. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen größere Inkremente möglich oder abzusehen sind, kann das Anpassungsmodul eine beliebige Anzahl von Zählern oder anderen bekannten Komponenten umfassen, um die Verlässlichkeit und das Ansprechverhalten bereitzustellen, die für beliebige Implementierungen von ein oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind.
  • Wie in 3 weiter gezeigt wird, ist das Steuermodul 318 konfiguriert, um das Signal CMP_IS2 und ein Ausschaltsignal Tuff über die Toff-Leitung 330 vom Ausschaltmodul 320 zu empfangen. Das Ausschaltmodul 320 kann konfiguriert sein, um die vom Abwärtswandlermodul 104 zu den LED-Einheiten 108a-n bereitgestellte LED-Spannung VLED zu empfangen und zu überwachen. Das Toff-Signal wird vom Ausschaltmodul 320 erzeugt, wenn der Ereigniszeitpunkt t3n entsprechend der Angabe durch das Signal CMP_IS2 und der Kommunikation zum Ausschaltmodul 320 über die Leitung 308c eintritt. Das Toff-Signal wird über die Leitung 330 zum Steuermodul 318 kommuniziert. Zum Zeitpunkt t3n beendet das Steuermodul 318 das Senden des Schaltsignals S1 zum ersten Schalter 116. Entsprechend der Darstellung in 4C für mindestens eine Ausführungsform wird VLBuck beim Öffnen des ersten Schalters 116 schnell verringert und kann bis zum Ende des transienten Verzögerungszeitraums tD2(n) um mindestens 50% abfallen. Wie in 3 weiter gezeigt ist, kann das Steuermodul 318 auch konfiguriert sein, um ein TOFF-Anpassungssignal TOFFA über das wahlfreie Steuerkabel 332 zum Ausschaltmodul 320 bereitzustellen. TOFFA kann vom Ausschaltmodul 320 zur Anpassung verwendet werden, wenn ein Toff-Zustand erkannt wird, und somit den durchschnittlichen Strom IAVG erhöhen oder verringern.
  • Entsprechend der weiteren Darstellung in 3 und 4A–4C und der Erörterung weiter oben kann während des Übergangs des ersten Schalters 116 von einem „geöffneten” zu einem „geschlossenen” Zustand eine erste Verzögerung tD1(n) eintreten. Dementsprechend kann während des Übergangs des ersten Schalters 116 vom „geschlossenen” in einen „geöffneten” Zustand eine zweite Verzögerung tD2 ( n ) eintreten. Entsprechend der Darstellung schließt T1 eine Verzögerung für die Schalteraktivierung ein, während T2 keine Verzögerung für die Schalteraktivierung umfasst. Es ist ersichtlich, dass diese Aufteilung gewisse Fehler im durchschnittlichen Ausgangsstrom auslösen kann. Gemäß mindestens einer Ausführungsform können diese Verzögerungen ausgeglichen werden durch die Einbeziehung eines dritten Spannungskomparators 334, der die Ausgangsspannung VLBuck des ersten Schalters 116 im Abwärtswandlermodul 104 überwacht. Bei einer solchen Ausführungsform wird der Zeitraum T12 kompensiert auf der Basis der Messungen von VLBuck, und er tritt auf vom Zeitpunkt t1n bis t2n, und der Zeitraum T22 gilt vom Zeitpunkt t2n bis t4n. 4D–4G geben die zur Spule 122 geleiteten Ströme und Spannungen wieder, die von einem wahlfreien Abwärts-Spannungskomparator gemäß mindestens einer derartigen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung abgetastet werden. Bei mindestens dieser Ausführungsform kann der dritte Spannungskomparator 334 ein drittes Vergleichssignal CMP3 über ein Kabel (nicht dargestellt) zum Ausschaltmodul 320 bereitstellen. Das CMP3 Signal kann verwendet werden, um das Time-Off-Generatormodul 320 anstelle der oder zusätzlich zur Verwendung des CMP_IS2-Signals auszulösen.
  • Unter Verweis auf 5 und mit Bezug auf mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Ausführungsform eines Vergleichsmoduls 500 gezeigt. Entsprechend der Darstellung ist das Vergleichsmodul 500 an die Quelle angeschlossen, um Strom mit einer Spannung VDD über das Quellenkabel 501a bereitzustellen. Die Schaltung ist auch mit Masse oder einer anderen Verbindung über das Massekabel 501b bei einem Spannungspotenzial von VSS gekoppelt. Eine Gruppe von ersten und zweiten Spannungsquellen 502 bzw. 504 wandelt die von der Stromquelle bereitgestellte Energie in zwei Ströme um, wobei die zweite Stromquelle einen Strom IC1 ausgibt und die zweite Stromquelle einen Strom ausgibt, der beispielsweise das Zweifache von IC1 sein kann (im Folgenden: der Strom 2IC1). Es versteht sich, dass der Wert der Ströme IC1 und 2IC1 mit einem beliebigen gewünschten vorgegebenen Wert innerhalb der Kapazität der ersten und zweiten, entsprechend skalierten Vergleichskondensatoren CC1 und CC2, 510 bzw. 512, vorgegeben werden kann. Insbesondere können der erste Vergleichskondensator 510 und der zweite Vergleichskondensator 512 eine beliebige geeignete Kapazität aufweisen, und bei mindestens einer Ausführungsform haben sie die gleichen Kapazitäten CC1 und CC2. Die für eine Implementierung beliebiger Ausführungsformen eines Vergleichsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung geeigneten Kapazitäten sind nach dem Stand der Technik bereits bekannt und werden hier nicht beschrieben. Eine Gruppe erster und zweiter Vergleichsschalter 506 bzw. 508 ist über entsprechende erste und zweite Quellenkabel 503 und 505 mit den ersten und zweiten Stromquellen 502 bzw. 504 gekoppelt. Der erste Vergleichsschalter 506 wird durch das COMP_IS1-Signal gesteuert, das vom Stromsensormodul 302 über das erste Vergleichskabel 306 bereitgestellt wird. Der zweite Vergleichsschalter 508 wird durch das COMP_IS2-Signal gesteuert, das vom Stromsensormodul 302 über das zweite Vergleichskabel 308 bereitgestellt wird. Der erste Vergleichsschalter 506 ist über erste Vergleichsschalterkabel 507a und 507b mit einem ersten Vergleichskondensator 510 gekoppelt. Der zweite Vergleichsschalter 508 ist über zweite Vergleichsschalterkabel 509a und 509b mit einem zweiten Vergleichskondensator 512 gekoppelt.
  • Wie weiter in 5 gezeigt ist, sind ein erster Entladeschalter 514 und ein zweiter Entladeschalter 516 jeweils parallel über entsprechende erste und zweite Vergleichsschalterkabel 507c und 509c mit dem ersten Vergleichskondensator 510 bzw. dem zweiten Vergleichskondensator 512 gekoppelt. Die ersten und zweiten Entladeschalter 514 bzw. 516 steuern jeweils das Laden und Entladen der ersten und zweiten Vergleichskondensatoren 510 und 512 basierend gegebenenfalls auf dem Vorliegen oder Fehlen des Schaltsignals S1 am Schaltersteuerkabel 310a. Entsprechend der Erörterung weiter oben ist das Schaltsignal S1 „gesetzt” (bei der in 4B gezeigten Ausführungsform: niedrig), wenn der erste Schalter 116 geschlossen ist und das Abwärtswandlermodul in einem „Ein”-Zustand ist. Es versteht sich, dass die relativen „niedrig”- oder „hoch”-Bedingungen eines Signals, einschließlich beispielsweise des Signals S1, und die damit assoziierte Bedeutung oder Auslegung Konventionen und der Wahl des Systementwicklers unterliegen und dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf einen bestimmten Signalpegel beschränkt sein sollen, der besondere Betriebszustände beliebiger derartiger Ausführungsformen wiedergeben kann.
  • Wie weiter in 5 dargestellt ist, koppelt das zweite Vergleichsschalterkabel 507c am ersten Schaltungsanschluss 511 den ersten Vergleichsschalter 506, den ersten Vergleichskondensator 510 und den ersten Entladeschalter 514 mit einem ersten Eingang eines Komparators 518. Ein erstes Vergleichsschalterkabel 509c am zweiten Schaltungsanschluss 513 koppelt den zweiten Vergleichsschalter 508, den zweiten Vergleichskondensator 512 und den zweiten Entladeschalter 516 mit einem zweiten Eingang eines Komparators 518. Der Komparator 518 ist über ein Komparatorkabel 328 mit dem Anpassungsmodul (3) gekoppelt und gibt das Zeitdifferenzsignal ΔT aus.
  • Mit Verweis auf –6D sind die Funktionsprinzipien des Vergleichsmoduls aus 5 dargestellt. Wie vorstehend beschrieben schwankt der Strom in der Spule 122 während des Betriebs des Treibermoduls 300 zwischen einem Minimalwert IMIN und einem Maximalwert IMAX, wobei das Timing der „ein”- und „aus”-Zyklen des Abwärtswandlermoduls 104 durch den ersten Schalter 116 gesteuert wird, sodass ein durchschnittlicher an die LED-Einheiten geleiteter Strom in einem gegebenen Takt einem durchschnittlichen Soll-Strom entspricht. In 6E sind die Spannungen am ersten Vergleichskondensator 510 und am zweiten Vergleichskondensator 512 gezeigt. Wenn die Spannung VCC2 größer ist als die Spannung VCC1, ist die Zeitdauer T2 verglichen mit T1 zu lang und umgekehrt. Das Vergleichsmodul 500 passt dementsprechend die Ausgabe des Zeitdifferenzsignals ΔT an, um solche Ungleichheiten der Zeitdauer zu korrigieren, und es erreicht idealerweise einen Gleichgewichtszustand, in dem beide Zeiträume T1 und T2 gleich sind.
  • Insbesondere werden die ersten und zweiten Vergleichskondensatoren 510 bzw. 512 anfänglich mit den beiden ersten und zweiten Entladeschaltern 514 bzw. 516 entladen, die in einem „geschlossenen” Zustand konfiguriert sind. Während des T1-Abschnitts des „Ein”-Zeitraums werden sowohl der erste Kondensator 510 als auch der zweite Kondensator 512 geladen. Zumindest bei der in 5 gezeigten Ausführungsform wird der erste Kondensator 510 während des T1-Abschnitts des „Ein”-Zeitraums in Bezug auf den zweiten Kondensator 512 mit dem doppelten Strom geladen. Der erste Kondensator 510 lädt fortdauernd, bis das CMP_IS1-Signal so umschaltet, dass der erste Vergleichsschalter 506 vom „geschlossenen” in den „geöffneten” Zustand konfiguriert ist. Auf ähnliche Weise wird der zweite Kondensator 512 geladen, bis das CMP_IS2-Signal am Ende des Zeitraums T2 umschaltet, wobei der zweite Vergleichsschalter 508 vom „geschlossenen” in den „geöffneten” Zustand konfiguriert wird. Der zweite Kondensator 512 wird während der beiden Zeiträume T1 und T2 geladen. Wenn beide Zeiträume T1 und T2 gleich sind, muss am Ende des „Ein”-Zeitraums die Spannung an beiden Kondensatoren 510 und 512 gleich sein. Wenn diese Zeiträume nicht gleich sind, gibt es eine Spannungsdifferenz zwischen den Kondensatorspannungen; derartige Spannungsunterschiede können durch den Komparator 518 erfasst werden, und die Ergebnisse werden zur Systemanpassung verwendet. Der Komparator 518 kann ein beliebiger bekannter Komparatortyp sein, der beispielsweise einen Fensterkomparator, einen einfachen Komparator oder sonstige umfasst. In 6E ist die VCC1-Spannung die Spannung am ersten Vergleichskondensator 510, und die Spannung VCC2 ist die Spannung am zweiten Vergleichskondensator 512. 6E zeigt ein Beispiel, bei dem der Zeitraum T2 etwas länger ist als der Zeitraum T1. Bei diesem Beispiel wird der zweite Vergleichskondensator 512 auf eine etwas höhere Spannung geladen als der erste Vergleichskondensator 510. Es versteht sich, dass der einfache Komparator 518 dementsprechend angeben kann, ob VCC1 höher oder niedriger als VCC2 ist, während ein Fensterkomparator ein definiertes Fenster aufweisen kann, wo angezeigt wird, dass die beiden Spannungen nahe (im Wesentlichen gleich) sind oder dass gegebenenfalls die eine oder die andere Spannung höher ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist ersichtlich, dass eine einzelne Stromquelle verwendet werden kann und dass sie während des Zeitraums T1 zum Laden des ersten Vergleichskondensators 510 und während des Zeitraums T2 zum Laden des zweiten Vergleichskondensators 512 verwendet wird. Es versteht sich weiter, dass eine zusätzliche Steuerschaltung (nicht gezeigt) verwendet werden kann, um die maximale Spannung an einem und/oder beiden der ersten und zweiten Vergleichskondensatoren 510 und 512 zu regeln, indem der Wert der Ströme IC1 und IC2 angepasst wird, die zu diesen Kondensatoren geleitet werden.
  • Unter Verweis auf 7 ist eine zweite Ausführungsform eines Vergleichsmoduls 700 gezeigt. Entsprechend der Darstellung umfasst das Vergleichsmodul 700 eine dritte Stromquelle 702, die angeschlossen ist, um über das Quellenkabel 501a Strom mit einer Spannung VDD von der Quelle bereitzustellen. Die Schaltung ist auch mit Masse oder einer anderen Verbindung über das Massekabel 501b bei einem Spannungspotenzial von VSS gekoppelt. Die dritte Stromquelle 702 ist mit einem zweiten Vergleichsschalter 704 gekoppelt. Der zweite Vergleichsschalter 704 ist über einen dritten Vergleichsschalter 706 mit einem dritten Vergleichskondensator 716 und dem Vergleichskabel 328 gekoppelt. Der dritte Vergleichsschalter 706 ist mit einer vierten Stromquelle 708 gekoppelt. Der Betrieb des zweiten Vergleichsschalters 704 wird durch die Ausgabe eines ersten UND-Gatters 712 gesteuert. Der Betrieb des dritten Vergleichsschalters 706 wird durch die Ausgabe eines zweiten UND-Gatters 714 gesteuert. Die ersten und zweiten UND-Gatter 712 und 714 empfangen jeweils von dem ersten Inverter 709, ein invertiertes S1-Signal, das S11-Signal, und CMP_IS1-Signale, die jeweils durch das Steuermodul 318 und das Stromsensormodul 302 bereitgestellt werden, wobei das Signal CMP_IS1 durch den Inverter 710 invertiert wird, bevor er dem zweiten UND-Gatter 714 zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform werden Vergleiche zwischen den Zeiträumen T1 und T2 durchgeführt. Insbesondere ist während des Zeitraums T1 der sechste Vergleichsschalter 706 geschlossen, während der Schalter 704 offen ist. Während des Zeitraums T2 entsteht der umgekehrte Zustand, wenn der Schalter 706 offen ist und der Schalter 704 geschlossen ist. Während des Zeitraums Toff sind beide Schalter offen. Während des Zeitraums T1 wird der Kondensator CC3 durch den Strom IC2 entladen, und während des Zeitraums T2 wird der Kondensator CC3 durch den Strom IC2 geladen. Wenn die Zeiträume T1 und T2 gleich sind, muss die Spannung am Kondensator C3 nach einem Zyklus gleich bleiben, und falls die Zeiträume T1 und T2 unterschiedlich sind, geht die Spannung am Kondensator CC3 nach oben oder nach unten. Zumindest bei dieser Ausführungsform werden am Wert des Stroms IS2 vorzunehmende Anpassungen durch das Signal TOFFA wiedergegeben. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Toff-Zeit eingestellt werden, um einen korrekten durchschnittlichen Ausgangsstrom zu erzeugen.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auch ersichtlich, dass nur ein einzelner Komparator mit zwei schaltbaren Schwellenwerten in den Stromsensormodulen 302, 804 und 1002 verwendet werden kann (die Module 804 und 1002 werden jeweils weiter unten beschrieben in Verbindung mit 8 und 10), um zu bestimmen, warm die Werte IS1 und IS2 erreicht werden, anstatt die beiden vorstehend erörterten Komparatoren zu verwenden. Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auch ersichtlich, dass IS1 nicht immer gleich IAVG sein muss. Stattdessen kann IS1 näher an IS2 gesetzt werden, um mit kürzeren „ein”-Zeiträumen zu arbeiten, oder näher an IMIN, wenn gewünscht wird, mit längeren „ein”-Zeiträumen zu arbeiten. Bei einer derartigen Ausführungsform kann IS1 im Verhältnis zu IS2 ausgedrückt werden. Es versteht sich, dass gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Abwärtswandlermodul 104 durch eine Ventilsteuereinrichtung oder andere elektrische Vorrichtungsstrukturen ersetzt werden kann, in Bezug auf welche die Steuerung des durchschnittlichen Stroms, der an eine solche Vorrichtung geliefert wird, erwünscht ist.
  • Mit Bezug auf 8 umfasst eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein zweites System 800 mit einem zweiten Treibermodul 802 mit einem Abwärtswandlermodul 104 und einem zweiten Stromsensormodul 804. Das zweite Treibermodul 802 ist mit einem zweiten Regelmodul 806 und einer Last, wie einer oder mehreren LED-Einheiten 108a-n, gekoppelt. Wie weiter in 8 gezeigt und weiter oben mit Bezug auf die 3 und 4A–4C beschrieben ist, enthält das Treibermodul einen ersten Schalter 116, der verwendet wird, um die Betriebszustände „ein” und „aus” des Abwärtswandlermoduls 104 zu steuern. Die Funktionsprinzipien des zweiten Treibermoduls 802 und des ersten Treibermoduls 300, z. B., wenn der erste Schalter 116 in einen „geöffneten” oder „geschlossenen” Zustand gesetzt ist, entsprechen der vorstehenden Beschreibung bezüglich mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Anders als bei der Ausführungsform von 3, wobei das Regelmodul 806 konfiguriert sein kann, um sowohl den maximalen Strom IMAX = IS2 als auch den durchschnittlichen Strom IS1 bei der Regelung des Betriebs eines Treibermoduls zu verwenden, kann bei mindestens der Ausführungsform von 8 das Regelmodul 806 konfiguriert sein, um nur den durchschnittlichen Strom IS1 zu verwenden, und das Ausgangssignal CMP_IS1, das dies angibt, kann den Betrieb des Treibermoduls 802 steuern. Entsprechend der Darstellung kann das zweite Stromsensormodul 804 konfiguriert sein, um das CMP_IS1-Signal an ein Timer-Modul 808 auszugeben. Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Zeitraum T1 immer gleich T2 ist (Zeiträume T1 und T2 sind für mindestens eine Ausführungsform in 4C dargestellt). Bei dieser Ausführungsform ist der durchschnittliche Strom IAVG so definiert, dass er auftritt, wenn T1 = T2 = (½)tON. Weiter kann das zweite Stromsensormodul 804 konfiguriert sein, um einen Komparator zu umfassen, der auf den Soll-Ausgangsstrom ITAR für das Abwärtswandlermodul 104 eingestellt ist, sodass IAVG = ITAR. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann ITAR über das zweite Sollstromkabel 812 zum zweiten Stromsensor 804 bereitgestellt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der ITAR-Wert ein vorgegebener Parameter des zweiten Stromsensormoduls 804 sein.
  • 8 stellt eine System-Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, die einen Durchschnittsstrom-Komparator verwendet. Bei mindestens dieser Ausführungsform, wird IS1 zur Regelung des durchschnittlichen Stroms verwendet, während IS2 verwendet wird, um subharmonische Schwingungen zu begrenzen, die bei der Inbetriebnahme Systems oder bei anderen Störungen auftreten können. Bei mindestens einer derartigen Ausführungsform können sowohl der Zeitraum tOFF als auch der maximale Schwellenwert des Stroms IS2 vorläufig definiert werden, um in einem gewünschten Genauigkeitsbereich einem spezifischen Strom zu entsprechen. Insbesondere können der gewünschte maximale Strom IMAX = IS2 und der Ausschaltzeitraum des Abwärtswandlermoduls tOFF so geregelt sein, dass ein konstanter Welligkeitsstrom entsprechend den Gleichungen 2 und 3 erzeugt wird.
  • Gleichung 2:
    • I_AVG = I_MAX – (ΔR_AVG)/2
  • Gleichung 3:
    • ΔR_AVG = (t_OFF·(V_LED+ V_LBUCK))/L_1 ≅ (t_OFF·V_LED)/L_1
  • In den vorstehenden Gleichungen 2 und 3: tOFF kann geregelt werden, sodass er umgekehrt proportional VLED ist und dadurch einem gewünschten durchgehenden Durchschnittsstrom mit Betriebsfrequenz für einen gegebenen Spulenwert L1 genügt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Funktionsprinzipien der Ausführungsform aus 8 Folgendes: Erstens, Aktivierung des Abwärtswandlermoduls 104. Mit der Aktivierung des Abwärtswandlermoduls wird der IS1-Schwellenwert, der vom zweiten Stromsensor 804 abgetastet wird, erkannt und als CMP_IS1-Signal zum zweiten Steuermodul 802 kommuniziert. Beim Systemstart setzt das T1-Timer-Modul 808 T1 = T2. Das zweite Steuermodul 802 empfangt ebenfalls das TOFF-Signal vom Ausschaltmodul 320. Basierend auf diesen Signalen steuert das zweite Steuermodul 802 die „Ein”- und „Aus”-Zustände des Abwärtswandlermoduls 104, bis eine stationäre Betriebsbedingung erreicht ist. Es versteht sich, dass das zweite Steuermodul 802 den Betriebszustand des Abwärtswandlermoduls 104 steuert durch die Ausgabe des entsprechenden S1-Signals, das wie weiter oben erläutert den Zustand des ersten Schalters 116 von „geöffnet” auf den Zustand „geschlossen” umschaltet. Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist jedoch ersichtlich, dass sich die stationäre Betriebsbedingung von einer bei der Inbetriebnahme verwendeten Betriebsbedingung unterscheiden kann, was zurückgeht auf Änderungen des Werts L1 der Spule 122, unterschiedliche Temperaturen und/oder Differenzen von VIN und VLED im Zeitverlauf. Somit ist bei mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu erwarten, dass der durchschnittliche Strom IAVG nicht unter allen Betriebsbedingungen genau gleich dem Sollstrom ITAR sein wird.
  • Während T1 liefert die Zeit, die benötigt wird, um den Schwellenwert IS1 = IAVG = ITAR (unter idealen Bedingungen) zu erreichen, die Verzögerung T2 zwischen dem Schwellenwert IS1 und dem „Aus”-Schalten des Schalters zum Zeitpunkt t3n (entsprechend der Darstellung in 4A–4C gezeigt). Insbesondere überwacht das Stromsensormodul 804 den Strom ISW1 und gibt bei IS1 = ITAR das CMP_IS1-Signal zum Timer-Modul 808 aus. Das Timer-Modul 808 misst die Dauer vom Beginn des „Ein”-Takts entsprechend der Angabe durch das S1-Signal, um den Zeitpunkt des Eingangs des CMP_IS1-Signals, wobei die Gesamtdauer den Zeitraum T1 angibt. T2 wird dann nach Bedarf angepasst, um dem unmittelbar zuvor gemessenen Zeitraum T1 zu entsprechen. Nach Ablaufdes angepassten Zeitraums T2 gibt das Timer-Modul 808 ein gemessenes Zeitsignal, das Signal T1TIME, zum zweiten Steuermodul 812 aus. Bei Eingang des Signals T1TIME gibt das zweite Steuermodul 812 S1 aus, das den ersten Schalter 116 öffnet und den Zeitraum tON beendet.
  • Somit ist ersichtlich, dass bei mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entsprechend der Beschreibung mit Bezug auf die Ausführungsform aus 8 das System 800 subharmonischen Schwingungen unterliegen kann. Bei mindestens einer Ausführungsform können derartige subharmonische Schwingungen durch die Durchschnittsbildung von T1 durch Filtern oder auf sonstige Weise über mehrere Intervalle reduziert werden können, wenn T1TIME durch das Timer-Modul 808 erzeugt wird. Weiter können die IS2-Komparatorfähigkiten des zweiten Stromsensors 804 gemäß mindestens einer Ausführungsform verwendet werden, um Überstromschutz bereitzustellen und subharmonische Schwingungen zu reduzieren.
  • Mit Bezug auf 9 umfasst eine Ausführungsform eines Timer-Moduls 900 ein Quellenkabel 901a, das eine Spannung VDD bereitstellt, und ein Massekabel 901b. Das Quellenkabel 901a ist sowohl mit einer ersten Stromquelle 902 als auch mit einer zweiten Stromquelle 904 verbunden. Wie bei der mindestens einen, weiter oben mit Bezug auf 5 erörterten Ausführungsform erzeugt die erste Stromquelle einen Strom 2IC1, der das Doppelte des durch die zweite Stromquelle erzeugten Stroms IC1 ist. Die erste Stromquelle 902 ist über das Kabel 903 mit einem ersten Timer-Schalter 906 verbunden. Der erste Timer-Schalter 906 wird basierend auf dem Fehlen bzw. Anstehen des COMP_IS1-Signal geöffnet oder geschlossen. Der erste Timer-Schalter 906 ist am ersten Timer-Anschluss 911 und über Kabel 907a–d mit einem zweiten Timer-Schalter 908, einem ersten Timer-Kondensator 910 mit einer Kapazität CC1 und einem zweiten Komparator 912 gekoppelt. Die zweite Stromquelle 904 ist am zweiten Timer-Anschluss 913 über Kabel 905a-d mit einem zweiten Timer-Schalter 914, einem zweiten Timer-Kondensator 916 mit einer Kapazität CC2 und einem zweiten Komparator 912 gekoppelt.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform sind die Funktionsprinzipien des Timer-Moduls 900, das T2 bis zur Entsprechung von T1 zählt, wie folgt. Während T1 wird der erste Timer-Kondensator 910 mit einem Strom 2IC1 geladen. Während des kompletten Zeitraums tON wird der zweite Timer-Kondensator 916 mit einem Strom Ich geladen. Durch das Laden des ersten Timer-Kondensators 910 nur während des Zeitraums T1, während das Laden des zweiten Timer-Kondensators 916 nach dem Zeitraum T1 andauert, wird der Komparator 912 ausgelöst, wenn beide Spannungen in den Kondensatoren gleich sind. Insbesondere wird, wenn T1 + T2 = 2T1 gilt, das T1TIME-Signal vom zweiten Komparator 912 ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt schaltet das zweite Steuersignal 812 den ersten Schalter 116 aus und beendet die tON-Phase. Zum im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt und bevor T1 und nachdem T2 so eingestellt sind, dass es im Wesentlichen gleiche Zeiträume sind, und wenn der Durchgang des Soll-Durchschnittsstroms ITAR so eingestellt ist, dass er durch den IS1-Pegel definiert wird, ist der durchschnittliche Ist-Abwärtsstrom IAVG für das System 800 im Wesentlichen gleich dem Soll-Strom ITAR.
  • Mit Bezug auf 10 umfasst mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein System 1000 zum Regeln eines Abwärtswandlers 104, wobei der Zeitraum T2 so definiert ist, dass er abhängig ist von der Differenz ΔV zwischen der Eingangsspannung VIN und der LED-Spannung VLED, mit ΔV = Vin – VLED. Entsprechend der Darstellung in 10 umfasst das System 1000 ein Stromsensormodul 1002, das die Eingangsspannung VIN empfängt sowie die angegebenen Schwellenwerte Set_IS1 und Set_IS2 für die gewünschten Strompegel IS1 und IS2. Es ist ersichtlich, dass diese Schwellenwerte vorbestimmt und/oder im Stromsensor 1002 fest verdrahtet sein können oder dass es anpassbare Eingaben zum Stromsensor 1002 entsprechend der Darstellung in 10 sein können. Das Stromsensormodul 1002 gibt die Signale CMP_IS1 und CMP_IS2 Signale aus, wenn die entsprechenden Strompegel für den Strom ISW1 erkannt werden. Zusätzlich ist das Stromsensormodul 1002 über das Kabel 1003 mit einem Timer-Modul T2 verbunden. Das CMP_IS1-Signal wird über das Kabel 1003 zum T2-Timer-Modul 1004 kommuniziert. Die T2-Timer-Modul 1004 kann auch konfiguriert sein, um einen TSET-Wert zu empfangen oder intern zu verwenden. Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist TSET eine Konstante und dient zur Berechnung der Zeiträume tOFF und T2 entsprechend der näheren Beschreibung weiter unten. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kann der Wert von TSET eingestellt werden und/oder einstellbar sein. Das T2-Timer-Modul 1004 ist weiter konfiguriert, um die Differenz zwischen Vin und VLED für jeden Takt des Abwärtswandlermoduls 104 zu empfangen oder zu berechnen. Zusätzlich ist das T2-Timer-Modul 1004 über das Kabel 1005 mit einem Schaltersteuermodul 1008 verbunden. Das Schaltersteuermodul 1008 steuert die Betriebszustände des ersten Schalters 116. Das Schaltersteuermodul 1008 ist über das Kabel 1009 und Verzweigungen 1009a bzw. 1009b mit einem TOFF-Timer-Modul 1006 und mit dem ersten Schalter 116 verbunden.
  • Die Funktionsprinzipien des Systems 1000 sind im Folgenden in Zusammenhang mit den Gleichungen 4–8 beschrieben. Zunächst ist das System 1000 konfiguriert, um so zu arbeiten, dass der Strom ISW1 von der Induktivität L1 der Spule 122 unabhängig ist. Weiter arbeitet das System 1000 so, dass IAVG = IS1 entsprechend der folgenden Definition in Gleichung 4 gilt. Entsprechend der Darstellung in 4A und 4D ist ersichtlich, dass IMAX < IS2, wobei IMAX der maximale Strom in der Spule und durch das System-Timing definiert ist und wobei IS2 ein Strompegel maximalen Schutzes für die Spule ist. Weiter ist tOFF definiert auf der Grundlage der LED-Spannung VLED, und TSET entspricht der Angabe in Gleichung 5. T2 ist definiert auf der Basis von TSET, und ΔV entspricht der Angabe in Gleichung 6, wobei ΔV = Vin – VLED. Die Differenz zwischen dem maximalen Strom IMAX und dem Soll-Strom ITAR = IS1, sowie die Differenz zwischen dem maximalen Strom IMAX und dem minimalen Strom IMIN, sind definiert anhand von ΔV, TSET und L1, entsprechend den Angaben in Gleichung 7 bzw. 8. Und IAVG ist definiert über die Spannungsdifferenzen, TSET und die Induktivität L1 entsprechend der Angabe in Gleichung 7.
  • Gleichung 4:
    • I_AVG = (I_MAX + I_MIN)/2 = I_S1
  • Gleichung 5:
    • t_off = T_SET/V_LED
  • Gleichung 6:
    • T2 = T_SET/ΔV½
  • Gleichung 7:
    • I_MAX-I_S1 = ΔV·T2_/L_1 = ΔV/L_1·T_SET/ΔV·1/2 = T_SET/L_1·1/2
  • Gleichung 8:
    • I_MAX-1_MIN = V_LED·t_off/L_1 = V_LED/L_1·T_SET/V_LED = T_SET/L_1
  • Entsprechend dem Inhalt der Gleichungen 4–8 ist ersichtlich, dass IAVG von L1 unabhängig ist und bei mindestens einer Ausführungsform durch den Schwellenwert Set_IS1 bestimmt werden kann. Insbesondere kann basierend auf dem berechneten IMAX gemäß Gleichung 7 und dem dann gemäß Gleichung 8 berechneten IMIN der Wert IAVG = IS1 gemäß Gleichung 4 berechnet werden. Basierend auf den vorstehenden Funktionsprinzipien arbeitet das System 1000 so, dass das dazugehörige T2-Timer-Modul 1004 und das TOFF-Timer-Modul 1006 jeweils „OFF”- und „ON”-Signale zum Schaltersteuermodul 1008 kommunizieren, sodass das Abwärtswandlermodul 104 innerhalb der oben definierten Ströme IMAX und IMIN und innerhalb der gewünschten Zeiträume tON und tOFF arbeitet. Es versteht sich, dass die Vorteile des Ansatzes des Systems 1000 ohne diesbezügliche Einschränkung umfassen, dass das System 1000 über die Abtastung und nicht über die Regelung des Ist-Werts des durchschnittlichen Stroms arbeitet. Es ist ersichtlich, dass ein System, das über Abtastung und nicht mittels Regelung von Strömen arbeitet, eine weniger komplexe Schaltung erfordert. Weiter erfordert der Ansatz des Systems 1000 nicht das Abtasten des ILED-Stroms. Stattdessen werden Ströme abgetastet, die nur während des „Ein”-Zeitraums des Abwärtswandlermoduls 104 anstehen, wodurch sich eine geringere Verlustleistung und eine geringere technische Komplexität ergeben. Weiter beeinflussen Ströme, die während Inaktivitätszeiträumen tD1 und tD2 erzeugt werden, nicht die Genauigkeit der Regelung des Durchschnittsstroms, da diese Ströme im Rahmen der Schwellenwerte IMAX und IMIN erfasst sind.
  • Weiter versteht es sich, dass der Ansatz von System 1000 und eine oder mehrere der verschiedenen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Regelung eines Abwärtswandlers mit einem festen Welligkeitsstrom ermöglicht, da der Betrieb des Abwärtswandlers zumindest teilweise basierend auf den Werten IMAX und IMIN gesteuert wird. Es ist ersichtlich, dass der Ansatz von System 1000 und anderer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch konfiguriert sein kann, um unter Hinzufügung einer bereits bekannten Form einer Frequenzregelschleife mit einer festen Frequenz zu arbeiten. Beispiele einer derartigen Frequenzregelschleife sind z. B. beschrieben in der Anmeldung '937 mit besonderem Bezug auf 4A–4C und 5 und die darin enthaltenen Absätze [0040)–[0067).
  • Es ist ebenfalls ersichtlich, dass das System 1000 eine schnelle Regelung und Anpassungen innerhalb eines Taktes des Abwärtswandlers ermöglicht. Ein derartiges Ansprechverhalten kann beispielsweise für die Verwendung mit Pixellicht und ähnlichen Anwendungen wünschenswert sein. Weiter kann das System 1000 betrieben werden, ohne Kompensations- oder Feedback-Schaltungen oder -Komponenten zu erfordern. Weiter ist ersichtlich, dass das System 1000 durch externe Komponenten induzierte Fehler kompensieren kann, wie z. B. Schwankungen bei Batteriespannungen, Ausgangsspannungen und dergleichen.
  • Obwohl verschiedene Ausführungsformen der beanspruchten Erfindung vorstehend mit einem bestimmten Grad an Genauigkeit oder in Bezug auf eine oder mehrere einzelne Ausführungsformen beschrieben worden sind, können Fachleute zahlreiche Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vornehmen, ohne vom Prinzip oder Schutzumfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Weitere Ausführungsformen sind daher berücksichtigt. Es ist beabsichtigt, das alle in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen und in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Gegenstände als nur für bestimmte Ausführungsformen veranschaulichend und nicht einschränkend interpretiert werden sollen. Änderungen im Detail oder in der Struktur können vorgenommen werden, ohne von den grundlegenden Elementen der Erfindung abzuweichen, wie in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims (10)

  1. Einrichtung zum Versorgen einer elektrischen Last mit Leistung, umfassend: ein Treibermodul (300, 802) umfassend: ein Abwärtswandlermodul (104), umfassend einen Ausgangsknoten (313), konfiguriert zum Bereitstellen von Elektrizität mit einer Ausgangsspannung und einem Ausgangsstrom; wobei ein Betriebstakt des Abwärtswandlermoduls (104) einen Einschaltzeitraum-Betriebszustand (tON) und einen Ausschaltzeitraum-Betriebszustand (tOFF) umfasst; wobei der Einschaltzeitraum-Betriebszustand (tON) über einem ersten Zeitraum (T1) und einem zweiten Zeitraum (T2) auftritt; einen ersten Schalter (116), eingerichtet zum betrieblichen Koppeln einer Stromquelle (VIN) während eines geschlossenen Betriebszustands mit dem Abwärtswandlermodul (104) während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON); ein Stromsensormodul (302, 804, 1002), eingerichtet zum Erfassen eines ersten Schalterstroms (ISW1), der durch den ersten Schalter (116) während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON) zum Abwärtswandlermodul (104) bereitgestellt wird; ein Regelmodul (350, 806), betreibbar zum Anweisen und Regeln der Betriebszustände des ersten Schalters (116), sodass ein Durchschnittswert des ersten Schalterstroms (ISW1), der über den Betriebstakt zum Abwärtswandlermodul (104) bereitgestellt wird, gleich einem Soll-Strom ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Stromsensormodul (302, 804) eingerichtet ist, um m erkennen, wenn ein erster abgetasteter Strom durch den ersten Schalter (116) während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON) gleich dem Soll-Strom ist, und um bei einer solchen Erkennung ein erstes Vergleichssignal (CMP_IS1) auszugeben; wobei das Stromsensormodul (302, 804) eingerichtet ist, um zu erkennen, wenn ein zweiter abgetasteter Strom durch den ersten Schalter (116) während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON) gleich einem erwünschten maximalen Stromschwellenwert (IMAX) ist, und um ein zweites Vergleichssignal (CMP_IS2) auszugeben; wobei der erste Zeitraum (T1) während eines Zeitintervalls auftritt, das von einer Anfangszeit (t0) bis zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) entsteht, wobei die Anfangszeit (t0) eintritt, wenn der erste Schalter (116) in einem geschlossenen Schalterzustand konfiguriert ist; wobei der zweite Zeitpunkt (t2) eintritt, wenn der erste abgetastete Strom den Soll-Strom erreicht; wobei der zweite Zeitraum (T2) vom zweiten Zeitpunkt (t2) bis zu einem dritten Zeitpunkt (t3) eintritt; und wobei der dritte Zeitpunkt (t3) eintritt, wenn der zweite abgetastete Strom durch das Stromsensormodul (302) erkannt wird.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei das Regelmodul umfasst: ein Steuermodul (318, 802), gekoppelt mit dem Stromsensormodul (302, 804) und mit dem ersten Schalter (116) und eingerichtet, um ein Schaltsignal (S1) zum ersten Schalter (116) auszugeben, das den Betriebszustand des ersten Schalters (116) in den geschlossenen Schaltzustand setzt; ein Ausschaltmodul (320), gekoppelt mit dem Ausgangsknoten (313) des Abwärtswandlermoduls (104) und mit dem Steuermodul (318, 802) und eingerichtet, um die Ausgangsspannung (VLED) zu empfangen; eine Abnahme der Ausgangsspannung (VLED) während eines Übergangs des ersten Schalters (116) vom Einschaltzeitraum-Betriebszustand (tON) in den Ausschaltzeitraum-Betriebszustand (t0) zu erkennen; und beim Erkennen der Abnahme der Ausgangsspannung (VLED) ein Ausschaltsignal (Toff) zum Steuermodul (318, 802) auszugeben.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, ferner umfassend ein Vergleichsmodul (316), gekoppelt mit dem Stromsensormodul (302) und mit dem Steuermodul (318) und eingerichtet, um das Schaltsignal (S1) vom Steuermodul (318) zu empfangen; das erste Vergleichssignal (CMP_IS1) und das zweite Vergleichssignal (CMP_IS2) vom Stromsensormodul (302) zu empfangen; die Anfangszeit (t0), den zweiten Zeitpunkt (t2) und den dritten Zeitpunkt (t3) zu bestimmen, wobei die Bestimmungen basierend darauf erfolgen, wann das Vergleichsmodul (316) das Schaltsignal (S1) und das erste Vergleichssignal (CMP_IS1) und das zweite Vergleichssignal (CMP_IS2) empfängt; den ersten Zeitraum (T1) und den zweiten Zeitraum (T2) zu berechnen, basierend auf der bestimmten Anfangszeit (t0), dem zweiten Zeitpunkt (t2) und dem dritten Zeitpunkt (t3); wobei der erste Zeitraum (T1) berechnet wird auf der Basis einer Zeitdauer, die zwischen der Anfangszeit (t0) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) verstrichen ist; und wobei der zweite Zeitraum (T2) berechnet wird auf der Basis einer Zeitdauer, die zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) und dem dritten Zeitpunkt (t3) verstrichen ist; den ersten Zeitraum (T1) mit dem zweiten Zeitraum (T2) zu vergleichen; und basierend auf dem Vergleich des ersten Zeitraums (T1) mit dem zweiten Zeitraum (T2) ein Differenzsignal (ΔT) auszugeben.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Regelmodul umfasst: ein Vergleichsmodul (500), gekoppelt mit dem Steuermodul (318) und eingerichtet, um dem Abwätswandlermodul (104) bereitgestellte Eingangsspannungen (VDD) zu empfangen; und ein Differenzsignal (ΔT) zum Steuermodul (318) auszugeben; wobei das Differenzsignal (ΔT) einen Verzögerungszeitraum bei den zum Abwärtswandlermodul (104) bereitgestellten Eingangsspannungen angibt.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, umfassend ein Anpassungsmodul (322), gekoppelt mit dem Vergleichsmodul (316, 500) und mit dem Stromsensormodul (302) und eingerichtet, um das Differenzsignal (ΔT) aus dem Vergleichsmodul (316, 500) zu empfangen; einen Anpassungsbetrag für den erwünschten maximalen Strom-Schwellenwert zu bestimmen; und ein Anpassungssignal (Set_IS2) zum Stromsensormodul (302) auszugeben.
  7. Einrichtung nach Anspruch 3, umfassend: ein Timer-Modul (808), gekoppelt mit dem Stromsensormodul (804) und mit dem Steuermodul (802) und eingerichtet, um ein gemessenes Zeitsignal (T1TIME) zum Steuermodul (802) auszugeben; wobei das gemessene Zeitsignal (T1TIME) eine Dauer des ersten Zeitraums (T1) für einen Stromtakt des Abwärtswandlermoduls (104) angibt; die Länge des zweiten Zeitraums (T2) so anzupassen, dass sie gleich dem ersten Zeitraum (T1) ist; wenn ein erster Zeitraum (T12) endet, ein zweites gemessenes Zeitsignal als gemessenes Zeitsignal (T1TIME) auszugeben; wobei das Steuermodul (802) beim Empfang des gemessenen Zeitsignals (T1TIME) die Ausgabe des Schaltsignals (S1) stoppt und der Ausschaltzeitraum-Betriebszustand (tOFF) des Abwärtswandlermoduls (104) beginnt.
  8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Regelmodul umfasst eine erste Stromquelle (502), gekoppelt mit einer Energiequelle (VDD), die Elektrizität mit einer ersten Spannung bereitstellt, und die eingerichtet ist, um einen ersten Strom (2IC1) auszugeben; einen ersten Vergleichsschalter (506), gekoppelt mit der ersten Stromquelle (502) und mit einem ersten Schaltungsanschluss (511) und eingerichtet, um auf ein erstes Vergleichssignal (306) zu reagieren; einen ersten Vergleichskondensator (510) mit einer ersten Kapazität (CC1) und gekoppelt mit dem ersten Schaltungsanschluss (511); einen ersten Entladeschalter (514), gekoppelt mit dem ersten Timer-Anschluss (511) und eingerichtet, um auf ein drittes Steuersignal (310a) zu reagieren; eine zweite Stromquelle (504), gekoppelt mit der Energiequelle (VDD) und eingerichtet, um einen zweiten Strom (IC1) auszugeben; wobei die zweite Stromquelle (504) durch einen zweiten Vergleichsschalter (508) mit einem zweiten Schaltungsanschluss (513) gekoppelt ist; einen zweiten Vergleichskondensator (512) mit einer zweiten Kapazität (CC2) und gekoppelt mit dem zweiten Schaltungsanschluss (513); einen zweiten Entladeschalter (516), gekoppelt mit dem zweiten Schaltungsanschluss (513) und eingerichtet, um auf ein drittes Steuersignal (310a) zu reagieren; und einen Komparator (518), gekoppelt mit dem ersten Schaltungsanschluss (511), dem zweiten Schaltungsanschluss (513) und einem Vergleichskabel (328); wobei der erste Vergleichsschalter (506) beim Empfang des ersten Steuersignals (306) eingerichtet ist, um aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand zu wechseln; wobei der erste Entladeschalter (514) und der zweite Entladeschalter (516) beim Empfang des dritten Steuersignals (310a) eingerichtet sind, um aus einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand zu wechseln; wobei der zweite Vergleichsschalter (508) eingerichtet ist, um auf ein vom Stromsensormodul (302) empfangenes zweites Vergleichssignal (308) zu reagieren; und wobei der zweite Vergleichsschalter (508) beim Empfang des zweiten Vergleichssignals (308) eingerichtet ist, um aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand zu wechseln.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Strom (2IC1) das Zweifache des zweiten Stroms (IC1) ist und die erste Kapazität (CC1) gleich der zweiten Kapazität (CC2) ist; wobei das erste Steuersignal (306) ein erstes vom Stromsensormodul (302) empfangenes Vergleichssignal (CMP_IS1) umfasst, das zum Steuern der Betriebszustände des Abwärtswandlermoduls (104) verwendet wird; und wobei das dritte Steuersignal (310a) ein vom Steuermodul (318) empfangenes Schaltsignal (S1) umfasst.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Regelmodul umfasst: ein Schaltersteuermodul (1008), eingerichtet zum Steuern des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON), sodass der erste Zeitraum (T1) während jedes Betriebstakts des Abwärtswandlermoduls (104) gleich dem zweiten Zeitraum (T2) ist; ein Timer-Modul (1004), gekoppelt mit dem Stromsensormodul (1002) und mit dem Schaltersteuermodul (1008); wobei das Timer-Modul (1004) eingerichtet ist, um ein erstes Vergleichssignal (CMP)_IS1) vom Stromsensormodul (1002) und ein Differenzsignal (Vin-VLED) zu empfangen, wobei das Differenzsignal (Vin-VLED) eine Differenz angibt, die zwischen einer zum Abwärtswandlermodul (104) bereitgestellten Eingangsspannung (Vin) und einer während des Einschaltzeitraum-Betriebszustands (tON) eines gegebenen Betriebstakts durch das Abwärtswandlermodul (104) erzeugten Ausgangsspannung (VLED) entsteht; wobei das Timer-Modul (1004) eingerichtet ist, um ein „Aus”-Signal zum Schaltersteuermodul (1008) auszugeben, wobei das „Aus”-Signal das Schaltersteuermodul (1008) anweist, den Übergang des ersten Schalters (116) von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand zu veranlassen; ein zweites Timer-Modul (1006), das mit dem Schaltersteuermodul (1008) gekoppelt ist; wobei das zweite Timer-Modul (1006) eingerichtet ist, um ein Lastspannungssignal (VLED) und ein Schaltsignal (S1) zu empfangen, wobei das Schaltsignal (S1) vom Schaltersteuermodul (1008) empfangen wird; wobei das zweite Timer-Modul (1006) eingerichtet ist, um ein „Ein”-Signal zum Schaltersteuermodul (1008) auszugeben, wobei das „Ein”-Signal das Schaltersteuermodul (1008) anweist, den Übergang des ersten Schalters von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand zu veranlassen.
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