DE112018002800T5

DE112018002800T5 - Dual-modus konstantstrom led-treiber

Info

Publication number: DE112018002800T5
Application number: DE112018002800.3T
Authority: DE
Inventors: Alireza Safaee
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2020-03-05
Also published as: WO2018222630A1; US9992826B1

Abstract

Ein Dual-Modus-Konstant-Ausgabestrom-LED-Treiber kann mit einem sehr großen Bereich von Eingabe-Gleichstrom (DC)-Spannung betrieben werden. Dies bietet eine effektive Topologie für eine Vielzahl von LED-Treibern mit konstantem Ausgabestrom und ermöglicht das Ändern der Anzahl der angeschlossenen LEDs, ohne den Ausgabestrom negativ zu beeinflussen. Der LED-Treiber enthält einen Wandler und eine Modus-Auswahlschaltung, die die Modi der Schaltung basierend auf der Spannung steuern. Der Wandler und die Modus-Auswahlschaltung arbeiten in einem Invers-Modus, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner als die Eingabe-Gleichstrom-Spannung plus einem ersten Schwellenwert ist, und in einem Hochstell-Modus, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers größer ist als die DC-Eingabespannung plus einem zweiten Schwellenwert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung ist eine internationale Anmeldung und beansprucht die Priorität der am 30. Mai 2017 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/608,275 mit dem Titel „Dual Mode Constant Current LED Drive“, auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Stromversorgungen, die zum Ansteuern von Leuchtdioden- (LED-) Beleuchtungssystemen sowie anderer elektronischer Lasten geeignet sind.
HINTERGRUND
Ketten von Leuchtdioden (LEDs), wie sie in fortschrittlichen Autoscheinwerfern verwendet werden - auch als „Matrix“ -Scheinwerfer bezeichnet, verwenden einen LED-Treiber, um die Helligkeit des Scheinwerfers zu steuern.
Das Pulsweitenmodulation (PWM)-Dimmen wird häufig verwendet, um die Helligkeit der LED-Kette zu steuern.
Jede LED in der LED-Kette ist so eingerichtet, dass sie einzeln gesteuert wird, um die Gesamthelligkeit des Scheinwerfers zu steuern. Um das PWM-Dimmen in einem LED-Treiber zu implementieren, wird im Allgemeinen eine Boost-Stufe verwendet, um die Spannung zu erhöhen, was zu einem zweistufigen System führt.
Ein typischer LED-Treiber 100, der PWM-Dimmen für jede einzelne LED verwendet, ist in 1 gezeigt. Die LEDs (D112, D114,..., D118, D120) sind als LED-Kette 110 in Reihe geschaltet. Obwohl in 1 vier LEDs dargestellt sind, kann eine beliebige Anzahl von LEDs in der LED-Kette 110 vorgesehen werden. Es gibt einen Bypass-Schalter (S112, S114,..., S118, S120) parallel zu jeder LED (jeweils D112, D114,..., D118 und D120) unter Steuerung einer Steuervorrichtung 130. Der LED-Treiber wird von einer Gleichstrom-Spannungsquelle 140 in Verbindung mit einer Gleichstrom-Stromquelle 150 gespeist. Wenn ein Schalter offen ist (z.B. S112), ist die Spannung über der entsprechenden LED (z.B. D112) größer als eine Schwellenspannung und somit fließt der Strom durch die LED und sie emittiert Licht. Wenn andererseits der Schalter geschlossen ist, ist die Spannung an der entsprechenden LED geringer als der Schwellenwert, so dass die LED ausgeschaltet ist. Durch Auswahl der relativen Dauer der Ein- und Ausschaltzeiten kann die durchschnittliche Helligkeit jeder LED einzeln gesteuert werden, was gelegentlich als PWM-Dimmen bezeichnet wird
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines LED-Treibersystems mit einer Gleichstrom (DC) -Stromquelle, die das Dimmen jeder LED in einer LED-Kette vorsieht.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines LED-Treibersystems, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet ist, einschließlich einer Wandler-Topologie und einer Modus-Auswahlschaltung.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes schematisches Diagramm des Blockdiagramms von 2, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet ist.
4 veranschaulicht ein graphisches Diagramm beispielhafter Wellenformen für die Modus-Auswahl gemäß einer Ausführungsform der Modus-Auswahlschaltung.
5 veranschaulicht ein schematisches Diagramm, das das LED-Treibersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner als eine erste Schwellenspannung ist, der im Invers(Buck-Boost)-Modus arbeitet.
6 veranschaulicht ein schematisches Diagramm, das das LED-Treibersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers größer als eine zweite Schwellenspannung ist, der im Hochstell(Boost)-Modus arbeitet.
7A veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt und vier leuchtenden LEDs.
7B veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt und zwölf leuchtenden LEDs.
8 veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt, die von sechs auf vier LEDs übergeht.
9 veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt, die von vier auf sechs LEDs übergeht.
10 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung des LED-Treibersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
11A veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Invers-Modus, wobei der Wirkungsgrad als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.
11B zeigt eine grafische Darstellung von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Invers-Modus, wobei der Eingabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.
11C veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Invers-Modus, wobei der Ausgabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.
12A zeigt eine grafische Darstellung von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Hochstell-Modus, wobei der Wirkungsgrad als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.
12B veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Hochstell-Modus, wobei der Eingabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.
12C veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Hochstell-Modus, wobei der Ausgabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird eine Dual-Modus-Konstant-Ausgabestrom-Versorgungsquelle oder ein sogenannter Treiber offenbart. Der Treiber ist in der Lage, mit einem sehr weiten Bereich von eingegebenen Gleichstrom (DC) -Spannungen zu arbeiten und eignet sich besonders für die Versorgung von schaltbaren LED-Ketten, kann jedoch auch mit anderen schaltbaren Last-Typen verwendet werden, wie dies angesichts der Offenbarung ersichtlich ist. Der Betriebsmodus wird adaptiv ausgewählt, um den Wirkungsgrad des Wandlers basierend auf den Ausgabespannungsbedingungen des Treibers zu maximieren. Durch Auswählen des optimalen Modus unter allen Ausgabespannungsbedingungen arbeitet der Treiber effizient bei hohen Frequenzen (z.B. größer als ungefähr 100 kHz) und bietet eine hohe Leistungsdichte in einem kompakten Design. Die Techniken können gemäß einigen Ausführungsformen verwendet werden, um eine effektive Topologie für einen weiten Bereich von Konstant-Ausgabestrom-Treibern bereitzustellen und um die Anzahl der verbundenen LEDs zu ändern (oder auf andere Weise, die schaltbare Last zu ändern), ohne den Ausgabestrom negativ zu beeinflussen.
Allgemeine Übersicht
Das Implementieren eines Konstantstrom-Treibersystems mittels von PWM beinhaltet eine Reihe nicht-trivialer Probleme, insbesondere in einer schaltbaren LED-Kette-Anwendung. Beispielsweise umfasst eine typische LED-Treiberarchitektur für Fahrzeugscheinwerfersysteme zwei Wandler-Stufen, eine Hochsetzsteller (boost converter) -Stufe, gefolgt von einem oder mehreren Abwärtswandler(n) (buck converter). Die Stromquelle wird mittels einer Rückkopplung und einer Steuervorrichtung der Abwärts-Stufe implementiert. Daher bestimmt das dynamische Verhalten der Abwärts-Stufe, wie schnell die LED von der Matrix-Verwaltung-Einheit geschaltet werden kann. Wenn eine weitere LED eingeschaltet wird, fällt der Strom ab, bis die Steuervorrichtung reagiert und den Strom wieder nach oben drückt. Und wenn eine LED ausgeschaltet wird (der entsprechende Schalter wird eingeschaltet), steigt der Strom plötzlich an, bis die Rückkopplung ihn wieder auf den gewünschten Pegel reduziert. Diese Steuerungsdynamik wirkt sich auf die Lichtqualität (Über- und Unterschreitung der Lichtleistung) aller LEDs aus, nicht nur der zu schaltenden. Damit der Abwärtswandler als Stromquelle für eine Reihe von LEDs fungiert (z.B. N in Reihe-geschaltete schaltbare LEDs mit N=12 oder einer anderen geeigneten Anzahl), ist eine vorherige Hochsetz-Stufe erforderlich, insbesondere bei Anwendungen mit möglicherweise relativ niedrigen EingabeSpannungen. Die Hochsetz-Stufe stellt sicher, dass die Abwärts-Eingabe-Spannung über der Gesamtspannung der LEDs liegt. Abwärtswandler und Hochsetzsteller sind weit verbreitet und es gibt viele kostengünstige Steuervorrichtungen und Komponenten für sie. In jedem Fall handelt es sich bei solchen typischen Schaltungen um hart-schaltende (hard switching) Topologien, die den Hochfrequenzbetrieb und Designs mit hoher Leistungsdichte einschränken. Die Spannungsbelastung an den Schaltern kann groß sein, was Schalter mit höheren Nennspannungen erfordert und daher höhere Kosten und Leitungsverluste bedeutet. Die Verwendung von Rückkopplung zum Erzeugen eines Stromquelleverhaltens weist auch mehrere praktische Einschränkungen auf. Darüber hinaus kann eine typische Automobilanwendung die für Scheinwerfer verfügbare Batteriespannung stark variieren, beispielsweise für ein nominales 12-V-Batteriesystem, wobei die Scheinwerfer ohne Leistungsreduzierung für die Gleichspannungen von 8 Volt bis 24 Volt und mit Leistungsreduzierung runter auf 6 Volt oder rauf bis zu 28 Volt betrieben werden. Es besteht ein Bedarf an LEDbasierten Automobilscheinwerfern mit vielen individuell dimmbaren LEDs, die von kompakten und zuverlässigen Ableitern gespeist werden.
Der LED-Treiber der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Wandler-Topologie und eine Modus-Auswahlschaltung, die den Modus der Schaltung basierend auf der Spannung steuert, um den Wirkungsgrad des LED-Treibers zu maximieren. Die Wandler-Topologie und die Modus-Auswahlschaltung arbeiten in einem ersten Invers-Modus (Buck-Boost-Modus), wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner ist als die Spannung der Gleichstrom-Versorgungsquelle zuzüglich eines ersten Schwellenwertbetrags. Die Wandler-Topologie und die Modus-Auswahlschaltung arbeiten in einem zweiten Hochstell-Modus, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers größer ist als die Spannung der Gleichstrom-Versorgungsquelle zuzüglich eines zweiten Schwellenwerts. Der Betrieb der Wandler-Topologie und Modus-Auswahlschaltung wird durch eine Steuervorrichtung gesteuert, die betriebsmäßig mit einem Schalter der Modus-Auswahlschaltung verbunden ist.
Die Modus-Auswahlschaltung umfasst gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den Schalter und eine Diode. Die Diode dient zum Rückführen des Laststroms zur Gleichstrom-Versorgungsquelle auf einem ersten Pfad, und der Schalter dient zum Rückführen des Laststroms zur Gleichstrom-Versorgungsquelle auf einem zweiten Pfad, der sich vom ersten Pfad unterscheidet. Andere Schaltungen, die selektiv Strom entlang eines vorgegebenen Pfades leiten können, können ebenfalls verwendet werden, wie im Lichte dieser Offenbarung zu erkennen ist. Die Wandler-Topologie und die Modus-Auswahlschaltung arbeiten in einem ersten Invers-Modus, wenn die Ausgabe des LED-Treibers geringer ist als die Spannung der Gleichstrom-Versorgungsquelle zuzüglich eines ersten Schwellenwertbetrags (wie Vdc+1V), indem die Treiber-Steuervorrichtung den Schalter der Modus-Auswahlschaltung ausschaltet. Die Wandler-Topologie und die Modus-Auswahlschaltung arbeiten in einem zweiten Hochstell-Modus, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers größer ist als die Spannung der Gleichstrom-Versorgungsquelle zuzüglich eines zweiten Schwellenwerts (z.B. VDC+5 V), bei dem die Treiber-Steuervorrichtung den Schalter der Modus-Auswahlschaltung einschaltet.
Schaltungsarchitektur
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines LED-Treibersystems mit einem Wandler-Block 220 und einer Modus-Auswahlschaltung 250, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet sind. Ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) 210 ist zwischen dem Wandler-Block 220 und einer Gleichstrom-Spannungsquelle 205 vorgesehen. Der Wandler-Block 220 und der Modus-Auswahlblock 250 stellen einen Dual-Modus-Konstantstrom-LED-Treiber für eine LED-Kette 230 bereit. Die LED-Kette 230 umfasst eine Vielzahl von LEDs, einschließlich LED1 bis zu einer beliebigen Anzahl LEDn, und ist auch repräsentativ für jede schaltbare Last, die von dem Treibersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angesteuert werden kann. Jede LED ist schaltbar und ist parallel zu einem entsprechenden Schalter geschaltet, der von der LED-Kette-Steuervorrichtung 240 gesteuert wird. Beachten Sie, dass eine bestimmte Kette eine beliebige Anzahl von LEDs enthalten kann, wie durch LEDn angegeben ist, wobei n die Gesamtzahl der LEDs in der Kette ist.
Das EMI-Filter 210 eliminiert die Hochfrequenz-Stromkomponenten von der Gleichstrom-Versorgungsquelle 205, die Interferenzen mit anderen elektrischen Systemen verursachen können, insbesondere in einem Fahrzeug oder einem anderen komplexen System mit mehreren elektrischen Komponenten und Verbindungen. In einigen Ausführungsformen wird das EMI-Filter 210 möglicherweise nicht benötigt, abhängig von der EMI-Empfindlichkeit der vorgegebenen Anwendung. Hier kann eine beliebige geeignete EMI-Schaltung verwendet werden, ob kundenspezifisch oder proprietär, wie man erkennt.
Der Wandler-Block 220 führt den Strom an die LED-Kette 230 zu. Die Stromquellennatur des Wandler-Blocks 220 stellt eine angemessene Lichterzeugung in jeder LED sicher, unabhängig von der Anzahl der aktiven LEDs in der Kette. Auch der Modus-Auswahlblock 250 wählt den Betriebsmodus aus, indem er den Knoten auswählt, an den der LED-Ketten-Strom zugeführt wird, abhängig von der Ausgabespannung des LED-Treibers. Weitere Details des Wandler-Blocks 220 und des Modus-Auswahlblocks 250 werden der Reihe nach unter Bezugnahme auf die 3 bis 12C gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen erörtert.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes detailliertes schematisches Diagramm des Blockdiagramms von 2, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet ist. Der Wandler-Block 220 und der Modus-Auswahlblock 250 sind in einem beispielhaften detaillierten schematischen Diagramm gezeigt. Der Wandler-Block 220 enthält einen Widerstand R_Erfassung, eine Induktivität L₁ , einen Schalter S₁ , eine Diode D₁ , einen Kondensator C₁ und eine zweite Induktivität L₂ . Drei Komponenten L₁ , S₁ und D₁ sind die Hauptelemente der Wandler-Topologie, die von der Treiber-Steuervorrichtung 310 gesteuert werden, und C₁ ist der Ausgabekondensator. Der Kondensator C₁ leitet den Welligkeitsstrom von D₁ zur Masse. In einigen Ausführungsformen kann der Kondensator C₁ auch zwischen der Kathode von D₁ und der positiven Gleichstromleitung angeordnet sein, anstatt mit Masse verbunden zu sein, um eine ähnliche Funktionalität bereitzustellen. Der Widerstand R_Erfassung ist das Stromerfassungselement, das von der Treiber-Steuervorrichtung 310 verwendet wird, um den durch L₁ (i_L1 ) fließenden Strom zu überwachen. Die Induktivität L₂ dient als Schnittstelle zwischen dem Kondensator C₁ mit niedriger Impedanz und der LED-Kette 230 mit variabler (umschaltbarer) Anzahl von LEDs. Das Stromquellenverhalten des Wandlers wird durch die Treiber-Steuervorrichtung 310 sichergestellt, die auch den Betrieb des Schalters S₂ im Modus-Auswahlblock 250 steuert.
Der Modus-Auswahlblock 250 dieser beispielhaften Ausführungsform enthält die Diode D₂ und den Schalter S₂ unter der Steuerung der Treiber-Steuervorrichtung 310. Die Treiber-Steuervorrichtung 310 kennt den LED-Ketten-Strom, der gleich dem Durchschnitt von i_Di (auch gleich dem Durchschnitt von i_L1 ) ist, wenn S₁ ausgeschaltet ist. Die Treiber-Steuervorrichtung 310 kennt auch die LED-Ketten-Spannung (V_{LED_Kette}) indirekt, indem sie den Taktzyklus von S₁ kennt, daher besteht keine Notwendigkeit, eine Spannungserfassungseingabe zu haben. Wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner ist als die Spannung der Gleichstrom-Versorgungsquelle plus einer ersten Schwellenspannung (wie etwa Vdc+1V), wird der Schalter S₂ ausgeschaltet. In 5 ist ein beispielhaftes schematisches Diagramm des Treibers dargestellt, der im Invers-Modus arbeitet, wenn der Schalter S₂ ausgeschaltet ist. Wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers größer ist als die Gleichstrom-Versorgungsquelle zuzüglich einer zweiten Schwellenspannung (zum Beispiel Vdc+5V), wird der Schalter S₂ eingeschaltet und der LED-Treiber arbeitet im Hochstell-Modus. In 6 ist ein beispielhaftes schematisches Diagramm des Treibers dargestellt, der im Hochstell-Modus arbeitet, wenn der Schalter S₂ eingeschaltet ist. Beachten Sie ferner, dass die Ausgabespannung des LED-Treibers der Spannung an der LED-Kette entspricht, diese Messung ist jedoch nicht erforderlich. Vielmehr leitet die Treiber-Steuervorrichtung 310 diesen Wert ab und passt den Betrieb des LED-Treibers entsprechend an. Es sei ferner angemerkt, dass die erste Schwellenspannung von 1V und die zweite Schwellenspannung von 5V nur beispielhaft sind und es versteht sich, dass die Schwellenspannungsbeträge von einer Ausführungsform zur nächsten variieren können. Wie im Lichte dieser Offenbarung weiter zu erkennen ist, ist die Anordnung der Komponenten in 3 nur beispielhaft und kann variiert werden, um den hier gezeigten und beschriebenen Dual-Modus zu erreichen. Zusätzliche Modi können hinzugefügt werden und die vorliegende Offenbarung muss nicht auf Konfigurationen mit zwei Modi beschränkt sein, wie im Lichte dieser Offenbarung zu erkennen ist.
4 zeigt das Modus-Auswahldiagramm des LED-Treibers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in diesem beispielhaften Fall gezeigt ist, arbeitet der Dual-Modus-Konstantstrom-LED-Treiber in einem ersten Invers-Modus, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner als die Spannung der Gleichstrom-Versorgungsquelle plus einer ersten Schwellenspannung ist, in diesem Fall 1V (d.h. wenn die Bedingung V_LED-Treiber < Vdc+1V erfüllt ist), in der 1V ein erster Schwellenwert zum Ändern des Betriebsmodus und nur ein beispielhafter Schwellwert ist. Weiter mit dem in 4 gezeigten Beispielfall arbeitet der Dual-Modus-Konstantstrom-LED-Treiber in einem zweiten Hochstell-Modus, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers in diesem Fall größer ist als die Spannung der Gleichstrom-Versorgungsquelle zuzüglich einer zweiten Schwellenspannung 5V (d.h. wenn die Bedingung des V_LED-Treibers > Vdc+5V erfüllt ist), wobei 5V ein zweiter Schwellenwert zum Ändern des Betriebsmodus ist und nur ein beispielhafter Schwellenwert ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Schwellenspannung im Allgemeinen größer als die erste Schwellenspannung, um den ersten Invers-Modus zu aktivieren, wenn die Ausgabespannung des Treibers kleiner als das Gleichstrom-Spannungssignal plus die erste Schwellenspannung wird und um den zweiten Hochstell-Modus zu aktivieren, wenn die Ausgabespannung des Treibers größer wird als das Gleichstrom-Spannungssignal zuzüglich der zweiten Schwellenspannung. In einigen Ausführungsformen ist zum Beispiel die zweite Schwellenspannung mindestens 1,0 Volt größer als die erste Schwellenspannung oder mindestens 1,5 Volt größer oder mindestens 2,0 Volt größer oder mindestens 2,5 Volt größer oder mindestens 3,0 Volt größer oder mindestens 3,5 Volt mehr oder mindestens 4,0 Volt mehr oder mindestens 4,5 Volt mehr oder mindestens 5,0 Volt mehr oder mindestens 5,5 Volt mehr oder mindestens 6,0 Volt mehr. In einem allgemeineren Sinn und wie im Lichte dieser Offenbarung zu erkennen sein wird, kann die Delta-Spannung zwischen dem ersten und zweiten Spannungsschwellenwert auf der Grundlage von Faktoren eingestellt werden, wie beispielsweise dem gesamten Ausgabespannungsbereich, den der Treiber voraussichtlich berücksichtigen wird. Für einen relativ kleinen Ausgabespannungsbereich kann die Delta-Spannung zwischen dem ersten und zweiten Spannungsschwellenwert im Subvoltbereich liegen (z.B. ist die zweite Schwellenspannung mindestens 0,4 Volt größer als die erste Schwellenspannung oder 0,5 Volt größer usw.) . Es ist zu beachten, dass der Wert von V_{LED_Kette}, die Spannung über der LED-Kette, gleich der Ausgabespannung des LED-Treibers (V_LED-Treiber) ist, die von der Treiber-Steuervorrichtung aus VDC, i_L1 , Schaltfrequenz und Tastverhältnis des Schalters S₁ , die alle bereits schon von der Treiber-Steuervorrichtung 310 bekannt sind.
5 veranschaulicht ein schematisches Diagramm, das das beispielhafte LED-Treibersystem von 3 zeigt, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner als eine erste Schwellenspannung ist, die gemäß einer Ausführungsform im Invers-Modus arbeitet. Wenn die Anzahl der aktiven LEDs in der LED-Kette 230 derart ist, dass die Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner als (V_dc+1V) ist, schaltet die Treiber-Steuervorrichtung 310 den Schalter S₂ aus, und daher arbeitet der Wandler-Block 220 im Invers-Modus, wie in 5 gezeigt ist. Es sei angemerkt, dass 1V eine beispielhafte Schwellenspannung ist und in anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein kann (z.B. 0,5V oder 1,5V oder 2V usw.). Der Schalter S₂ der Modus-Auswahlschaltung wird ausgeschaltet (d.h. der Schalter ist offen) und der Laststrom wird somit über einen ersten Pfad zur Gleichstrom-Versorgungsquelle 205 zurückgeführt, wie in 5 gezeigt.
6 veranschaulicht ein schematisches Diagramm, das das beispielhafte LED-Treibersystem von 3 zeigt, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers größer als eine zweite Schwellenspannung ist und der LED-Treiber gemäß einer Ausführungsform im Hochstell-Modus arbeitet. Wenn die Anzahl der aktiven LEDs in der Kette so ist, dass die Ausgabespannung des LED-Treibers größer als die Gleichstrom-Versorgungsquelle plus 5V ist, schaltet die Treiber-Steuervorrichtung 310 den Schalter S₂ ein und der Wandler-Block 220 arbeitet im Hochstell-Modus wie in 6 dargestellt ist. Die Diode D₂ ist mit der Spannung umgekehrt vorgespannt, die der Eingabegleichstromspannung entspricht, und es liegt keine zusätzliche Spannung an ihr an. Es ist zu beachten, dass 5V eine beispielhafte zweite Schwellenspannung zum Auslösen des Boost-Betriebsmodus ist und der genaue Schwellenspannungsbetrag von einer Ausführungsform zur nächsten in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung für den LED-Treiber variieren kann (z.B. kann die zweite Schwellenspannung z.B. 2,0V oder 2,5V oder 3,0V oder 3,5V oder 4,0V oder 4,5V oder 5,5V oder 6,0V usw. sein). In einigen Ausführungsformen sind der erste und der zweite Spannungsschwellenwert vom Benutzer konfigurierbar. Der Schalter S₂ der Modus-Auswahlschaltung wird eingeschaltet (d.h. der Schalter ist geschlossen), um den Laststrom über einen zweiten Pfad zur Gleichstrom-Versorgungsquelle 205 zurückzuführen, wie in 6 gezeigt.
Obwohl die standardmäßige Invers-Topologie einen Verstärkerbetrieb ermöglicht, ist der durch den Wandler-Schalter fließende Strom größer als die gleiche Größe in einer Hochstell-Topologie. Daher verbessert ein Treiber, der gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eingerichtet ist, die Leistung, indem er im Hochstell-Modus arbeitet, wenn die Ausgabespannung des LED-Treibers die Gleichstrom-Versorgungsquelle zuzüglich eines zweiten Schwellenwertbetrags, wie beispielsweise 5 V, überschreitet. Sowohl der Leitungsverlust als auch der Schaltverlust sind im Hochstell-Modus aufgrund des niedrigeren Schaltstroms bzw. der niedrigeren Spannung geringer, und somit wird der Gesamtwirkungsgrad verbessert.
Beachten Sie, dass die Ausgabespannung nicht direkt gemessen werden muss, um den Modus zu ändern. Die LED-Kette-Spannung kann von V_dc , i_L1 abgeleitet werden, deren Schaltfrequenz und Tastverhältnis der Treiber-Steuervorrichtung 310 bereits bekannt sind. Dies reduziert die Kosten aufgrund einer geringeren Anzahl von Komponenten, da keine Spannungsmesskomponenten erforderlich sind. Ferner wird die Zuverlässigkeit verbessert, indem keine Messung (über die LED-Kette selbst) durchgeführt wird, die aufgrund von Rauschen oder Driften aufgrund thermischer Effekte oder dergleichen ungenau sein kann.
7A veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt und vier leuchtenden LEDs, die in einem Invers-Modus arbeiten. Die Wellenform 710 zeigt die Gate-Spannung (V_Gate), die Wellenform 712 zeigt den Strom des Schalters S₁ , die Wellenform 714 zeigt den Strom der Diode D₁ , die Wellenform 716 zeigt den Strom der zweiten Induktivität L₂ (i_L2 ), der auch äquivalent zum LED-Strom ist, und die Wellenform 718 zeigt die Spannung des Kondensators C.
7B veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt und zwölf leuchtenden LEDs. Die Wellenform 720 zeigt die Gate-Spannung (V_Gate), die Wellenform 722 zeigt den Strom des Schalters S₁ , die Wellenform 724 zeigt den Strom der Diode D₁ , die Wellenform 726 zeigt den Strom der zweiten Induktivität L₂ (i_L2 ), der äquivalent zum LED-Strom ist, und die Wellenform 728 zeigt die Spannung des Kondensators C.
In der beispielhaften Ausführungsform der 7A und 7B wird der Ausgabestrom so eingestellt, dass er ein Ampere beträgt (konstant, innerhalb einer akzeptablen Toleranz). Es ist zu beachten, dass die Spitze-Spitze-Welligkeit im LED-Strom (i_L2 ) ziemlich gering ist.
8 veranschaulicht ein grafisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt, die von sechs auf vier LEDs wechselt, für i_D1 , i_L2 und v_c , die alle in 3 definiert sind, gemäß einer Ausführungsform. Die Wellenform 810 zeigt den Übergang von sechs auf vier LEDs für i_D1 , die Wellenform 812 zeigt den Übergang von sechs auf vier LEDs für i_L2 und die Wellenform 814 zeigt den Übergang von sechs auf vier LEDs für v_c .
9 veranschaulicht ein grafisches Diagramm von beispielhaften Wellenformen für eine Gleichstrom-Versorgungsquelle von 12 Volt, die von vier auf sechs LEDs wechselt, für i_D1 , i_L2 und v_c , die alle in 3 definiert sind, gemäß einer Ausführungsform. Die Wellenform 910 zeigt den Übergang von vier auf sechs LEDs für i_D1 , die Wellenform 912 zeigt den Übergang von vier auf sechs LEDs für i_L2 und die Wellenform 914 zeigt den Übergang von vier auf sechs LEDs für v_c .
In beiden Fällen, die in den 8 und 9 gezeigt sind, ist zu beachten, dass der LED-Strom i_L2 auf seinen Nennwert von 1A absinkt.
10 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines beispielhaften LED-Treibersystems, das gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet ist. Wie zu sehen ist, wird der Schalter S₂ vom Mikrocontroller 1020 gesteuert und kann beispielsweise ein Leistungs-MOSFET-Schalter sein, von dem ein Beispiel die Teilenummer IRFP4110 hat, der von INTERNATIONAL RECTIFIER® kommerziell erhältlich ist, obwohl jeder geeignete Schaltkreis verwendet werden kann. Die Diode D₂ kann jede geeignete Diode sein, zum Beispiel die Teilenummer SB5100, die von FAIRCHILD SEMICONDUCTOR® kommerziell erhältlich ist, obwohl jede geeignete Diodenschaltung verwendet werden kann. Jede der LEDs kann eine 1A, 3V mit einer Nennspannung von 3,5V sein. Die Steuervorrichtung 1010 kann eine Abwärts (Buck)/Hochstellen (Boost)/Invers (Buck-Boost)-LED-Treiber-Steuervorrichtung sein, zum Beispiel die Teilenummer ZXLD1371, die von ZETEX® kommerziell erhältlich ist, obwohl andere Steuervorrichtungen mit vergleichbarer oder auf andere Weise gewünschter Funktionalität verwendet werden können. Der LED-Strom kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform auf 680 mA eingestellt werden. Der Mikrocontroller 1020 ist betriebsmäßig mit dem Schalter S₂ verbunden, um den Betriebsmodus zu steuern. Es ist zu beachten, dass der Mikrocontroller 1020 in einigen Ausführungsformen in der Treiber-Steuervorrichtung 1010 integriert sein kann oder ein separater und dedizierter Mikrocontroller 1020 sein kann, der speziell dafür ausgelegt ist, den Betrieb des Schalters S₂ in noch anderen Ausführungsformen zu steuern. Das beispielhafte schematische Diagramm in 10 ist eine beispielhafte Implementierung. Andere Anordnungen sind möglich, um den Dual-Modus-Konstantstrom-LED-Treiber bereitzustellen.
11A veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Invers-Modus, wobei der Wirkungsgrad als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist. 11B zeigt eine grafische Darstellung von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Invers-Modus, wobei der Eingabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist. 11C veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Invers-Modus, wobei der Ausgabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.
11A zeigt den Wirkungsgrad, 11B zeigt die Eingabeströme und 12C zeigt die Ausgabeströme für die LED-Kette mit 2, 6 und 11 LEDs. Die LED-Kette, die zwei LEDs enthält, ist mit einer durchgehenden Kreis-Linie bezeichnet, die LED-Kette, die sechs LEDs enthält, ist mit einer durchgehenden Quadrat-Linie bezeichnet, und die LED-Kette, die elf LEDs enthält, ist mit einer durchgehenden Dreieck-Linie bezeichnet. Bei elf LEDs konnten Eingabespannungen über 19,5V aufgrund von Einstellungen für den Überspannungsschutz nicht getestet werden. Unabhängig von diesem speziellen Fall zeigt 11C, dass der Wandler im Invers-Modus in der Lage ist, den Ausgabestrom gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu betreiben und geregelt zu halten.
12A zeigt eine grafische Darstellung von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Hochstell-Modus, wobei der Wirkungsgrad als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist. 12B veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Hochstell-Modus, wobei der Eingabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist. 12C veranschaulicht ein graphisches Diagramm von beispielhaften Ergebnissen des Betriebs des LED-Treibersystems von 10 im Hochstell-Modus, wobei der Ausgabestrom als Funktion der Eingabespannung dargestellt ist.
Der Fall von zwei LEDs ist nicht mit dem Hochstell-Modus kompatibel, da im Hochstell-Modus die Ausgabespannung höher als die Eingabespannung ist. Auch für die Fälle von sechs und elf LEDs ist der Hochstell-Modus bis zu einer Eingabespannung, die kleiner als die LED-Kette-Spannung ist, anwendbar, wie aus dem Eingabestrom-Graphen in 12B ersichtlich ist, der für sechs LEDs nicht über 19V hinausgeht. Die Schwelle wird bei elf LEDs nicht erreicht. In allen vergleichbaren Tests (d.h. ähnliche Eingabespannung und Anzahl der LEDs) ist der Wirkungsgrad im Hochstell-Modus höher, wie beispielsweise in 12A gezeigt ist. Beim Vergleich des Wirkungsgrades des Invers-Modus in 11A (der von ungefähr 80 bis 90% reicht) mit dem Wirkungsgrad in 12A ist ersichtlich, dass der Wirkungsgrad im Hochstell-Modus signifikant verbessert wird und sich 90 bis 95% und sogar noch höherem Wirkungsgrad nähert. Dies bestätigt einen Vorteil eines Treibersystems, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet ist, im Vergleich zu einem Standard-Inverswandler.
Vorteile von Systemen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sollten angesichts dieser Offenbarung offensichtlich sein. Zum Beispiel umfassen mögliche Vorteile einiger Ausführungsformen eine einzelne Wandler-Stufe; weite Gleichstrom-Eingabe- und Ausgabespannungsbereiche; adaptive Auswahl zwischen zwei Betriebsmodi: Invers-Modus und Hochstell-Modus; topologische Fähigkeit des Abwärtsbetriebs (im Invers-Modus); topologische Fähigkeit des Verstärkerbetriebs (sowohl im Hochstell- als auch im Invers-Modus); Spannungshochstellfunktion (keine zusätzliche Hochstell-Stufe erforderlich); geringe Größe und kostengünstige passive Komponenten; geringere Komponentenzahl im Vergleich zu einer zweistufigen Lösung; nur ein Schalter mit hoher Schaltbetätigung; niedriger Oberwellenanteil in den Strömen und kleinen EMI-Filterkomponenten; große Auswahl an Standardoptionen für die Schalter; Reduzieren des Stroms im Hochsetzbetrieb durch adaptives Ändern des Modus; und höhere Zuverlässigkeit durch reduzierte Anzahl von Bauteilen. Es ist zu beachten, dass nicht alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen oder alle dieser verschiedenen Vorteile erfordern und zahlreiche Konfigurationen und Variationen im Lichte dieser Offenbarung offensichtlich werden.
Es sei angemerkt, dass „Konstantstrom“, wie er hier verwendet wird, keinen wörtlichen konstanten Strom implizieren soll; Vielmehr soll eine Bezugnahme auf einen Konstantstrom ein Strom sein, der innerhalb einer gegebenen Toleranz variiert, die für eine gegebene Anwendung relativ klein oder anderweitig akzeptabel ist, wie beispielsweise eine Abweichung von +/-10% oder eine Abweichung von +/-5%, oder eine Abweichung von +/-2% oder eine Abweichung von +/-1% oder eine Abweichung von +/-0,5%. Beachten Sie außerdem, dass die Toleranz in einigen Fällen asymmetrisch sein kann. Im allgemeineren Sinne kann die Toleranz des Konstantstroms von einer Ausführungsform zur nächsten variieren, abhängig von der gegebenen Anwendung.
Zahlreiche Variationen und Konfigurationen werden im Lichte der Offenbarung ersichtlich. Beispielsweise stellt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Leuchtdioden-Treiber (LED-Treiber) bereit, der einen Wandler, eine Modus-Auswahlschaltung und eine Steuervorrichtung umfasst. Der Wandler kann eingerichtet sein, um ein Gleichstrom-Spannungssignal (DC-Spannungssignal) von einer Gleichstrom-Versorgungsquelle zu empfangen und das Gleichstrom-Spannungssignal in eine Konstantstromquelle umzuwandeln, um sie einer Last bereitzustellen. Die Modus-Auswahlschaltung kann eine Diode zum Rückführen des Laststroms zur Gleichstrom-Versorgungsquelle auf einem ersten Pfad und einen ersten Schalter zum Rückführen des Laststroms zur Gleichstrom-Versorgungsquelle auf einem zweiten Pfad, der sich vom ersten Pfad unterscheidet, enthalten. In Reaktion darauf, dass eine Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner als das Gleichstrom-Spannungssignal plus eine erste Schwellenspannung ist, kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, den ersten Schalter auszuschalten, wodurch ein erster Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom zur Gleichstrom-Versorgungsquelle auf dem ersten Pfad zurückgeführt wird. In Reaktion darauf, dass die Ausgabespannung des LED-Treibers größer als das Gleichstrom-Spannungssignal plus eine zweite Schwellenspannung ist, kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, den ersten Schalter einzuschalten, wodurch ein zweiter Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom zur Gleichstrom-Versorgungsquelle auf dem zweiten Pfad zurückgeführt wird, indem die zweite Schwellenspannung größer als die erste Schwellenspannung ist.
In einigen Fällen kann der erste Modus ein Invers-Modus sein. In einigen Fällen kann der zweite Modus ein Hochstell-Modus sein. In einigen Fällen kann der Treiber ferner ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) enthalten, das betriebsmäßig zwischen der Gleichstrom-Versorgungsquelle und dem Wandler angeschlossen und eingerichtet ist, um Hochfrequenzkomponenten des DC-Spannungssignals zu eliminieren. In einigen Fällen kann der Wandler ein Stromerfassungselement mit einem Widerstand enthalten. In einigen Fällen kann der Wandler eine erste Induktivität und eine erste Diode, die betriebsmäßig mit einem zweiten Schalter verbunden ist, der von einer Treiber-Steuervorrichtung gesteuert wird; ein Stromerfassungselement, das einen durch die erste Induktivität fließenden Strom erfasst, einen Ausgabekondensator und eine zweite Induktivität, die eine Schnittstelle zwischen dem Ausgabekondensator und der mit dem Wandler betriebsmäßig verbundenen Last bereitstellt, aufweisen. In einigen Fällen kann die zweite Schwellenspannung mindestens 2,5 Volt größer sein als die erste Schwellenspannung. In einigen Fällen kann der LED-Treiber ferner die Last mit einer LED-Kette und einer LED-Kette-Steuervorrichtung aufweisen, die mehrere Schalter steuert, wobei jeder Schalter einer oder mehreren LEDs in der LED-Kette zugeordnet ist, aus denen die LED-Steuervorrichtung die Ausgabespannung des LED-Treibers mittels des Gleichstrom-Spannungssignals, Strom, der durch eine erste Induktivität in dem Wandler fließt, einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und eines Tastverhältnisses des ersten Schalters ableitet.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zum Liefern eines konstanten Stroms von einer DC-Versorgungsquelle bereit. Das Verfahren umfasst das Umwandeln - mittels eines Wandlers eines Treibers, eines Gleichstrom (DC)-Spannungssignals, das von einer DC-Versorgungsquelle empfangen wird, in eine Konstantstromquelle, um diese einer Last bereitzustellen; Steuern mittels einer Steuervorrichtung, die betriebsmäßig mit dem Wandler gekoppelt ist, eines ersten Schalters einer Modus-Auswahlschaltung, bei der die Modus-Auswahlschaltung eine Diode zum Rückführen des Laststroms zur DC-Versorgungsquelle auf einem ersten Pfad und den ersten Schalter zum Rückführen des Laststroms zur DC-Versorgungsquelle auf einem zweiten Pfad, der sich von dem ersten Pfad unterscheidet, aufweist, in Reaktion darauf, dass eine Ausgabespannung des Treibers kleiner als das DC-Spannungssignal plus eine erste Schwellenspannung ist, Ausschalten des ersten Schalters mittels der Steuervorrichtung, wodurch ein erster Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom zur DC-Versorgungsquelle auf dem ersten Pfad zurückgeführt wird und in Reaktion darauf, dass die Ausgabespannung des Treibers größer als das DC-Spannungssignal plus eine zweite Schwellenspannung ist, Einschalten des ersten Schalters durch die Steuervorrichtung, wodurch ein zweiter Modus aktiviert wird, in dem der Laststrom auf dem zweiten Pfad zur DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird.
In einigen Fällen kann das Verfahren ferner das Eliminieren von Hochfrequenzkomponenten aus dem Signal von der DC-Versorgungsquelle durch ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) umfassen, das betriebsmäßig zwischen der DC-Versorgungsquelle und dem Wandler gekoppelt ist. In einigen Fällen kann die zweite Schwellenspannung größer sein als die erste Schwellenspannung. In einigen Fällen umfasst der Wandler eine erste Induktivität und eine erste Diode, die betriebsmäßig mit einem zweiten Schalter verbunden ist, der von einer Treiber-Steuervorrichtung gesteuert wird, ein Stromerfassungselement, das einen durch die erste Induktivität fließenden Strom erfasst, einen Ausgabekondensator und eine zweite Induktivität, der eine Schnittstelle zwischen dem Ausgabekondensator und der mit dem Wandler betriebsmäßig verbundenen Last bereitstellt. In einigen Fällen kann das Verfahren ferner das Ableiten der Ausgabespannung des Treibers durch die Steuervorrichtung mittels des DC-Spannungssignals, eines durch die erste Induktivität fließenden Stroms, einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und eines Tastverhältnisses des ersten Schalters umfassen.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, die eine Steuervorrichtung aufweist, die betriebsmäßig mit einem Wandler und einer Modus-Auswahlschaltung verbunden ist, so dass die Steuervorrichtung, der Wandler und die Modus-Auswahlschaltung einen Treiber für eine Last bereitstellen. Die Modus-Auswahlschaltung kann eine Diode zum Rückführen des Laststroms zu einer DC-Versorgungsquelle auf einem ersten Pfad und einen ersten Schalter zum Rückführen des Laststroms zu der DC-Versorgungsquelle auf einem zweiten Pfad, der sich vom ersten Pfad unterscheidet, aufweisen. Die Steuervorrichtung kann mit prozessorausführbaren Befehlen eingerichtet sein, um in Reaktion darauf, dass eine Ausgabespannung des Treibers kleiner als das DC-Spannungssignal plus eine erste Schwellenspannung ist, den ersten Schalter auszuschalten, wodurch ein erster Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom auf dem ersten Pfad an die DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird, und in Reaktion darauf, dass die Ausgabespannung des Treibers größer als das DC-Spannungssignal plus eine zweite Schwellenspannung ist, den ersten Schalter einschalten, um einen zweiten Modus zu aktivieren, in dem der Laststrom auf dem zweiten Pfad an die DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird.
In einigen Fällen kann die zweite Schwellenspannung größer sein als die erste Schwellenspannung. In einigen Fällen kann die Vorrichtung ferner die Last mit einer LED-Kette und einer LED-Kette-Steuervorrichtung enthalten, die eine Vielzahl von Schaltern steuert, wobei jeder Schalter einer oder mehreren LEDs in der LED-Kette zugeordnet ist, in der die LED-Steuervorrichtung die Ausgabespannung des Treibers mittels eines DC-Spannungssignals, das von der DC-Versorgungsquelle bereitgestellt wird, Strom, der durch eine erste Induktivität in dem Wandler fließt, einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und eines Tastverhältnisses des ersten Schalters ableitet. In einigen Fällen kann der Wandler eine erste Induktivität und eine erste Diode, die betriebsmäßig mit einem zweiten Schalter verbunden ist, der von einer Treiber-Steuervorrichtungseinheit gesteuert wird, einem Stromerfassungselement, das einen durch die erste Induktivität fließenden Strom erfasst, einem Ausgabekondensator und eine zweite Induktivität, die eine Schnittstelle zwischen dem Ausgabekondensator und der mit dem Wandler betriebsmäßig verbundenen Last bereitstellt, aufweisen. In einigen Fällen kann die Steuervorrichtung ferner mit prozessorausführbaren Anweisungen eingerichtet sein, um die Ausgabespannung des Treibers mittels eines DC-Spannungssignals, das von der DC-Spannungsquelle bereitgestellt wird, einem Strom, der durch die erste Induktivität fließt, einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und einem Tastverhältnis des ersten Schalters abzuleiten. In einigen Fällen kann die Vorrichtung ferner ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) enthalten, das betriebsmäßig zwischen die DC-Versorgungsquelle und den Wandler geschaltet ist und eingerichtet ist, um Hochfrequenzkomponenten eines DC-Spannungssignals von der DC-Versorgungsquelle zu eliminieren.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen der Offenbarung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung auf die genau offenbarte Form beschränken. Im Lichte dieser Offenbarung sind viele Modifikationen und Variationen möglich. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Offenbarung nicht durch diese detaillierte Beschreibung, sondern vielmehr durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15608275 [0001]

Claims

Was beansprucht wird, ist:
Leuchtdioden-Treiber (LED-Treiber), aufweisend: einen Wandler, der eingerichtet ist, ein Gleichstrom (DC)-Spannungssignal von einer DC-Versorgungsquelle zu empfangen und das DC-Spannungssignal in eine Konstantstromquelle umzuwandeln, um sie einer Last bereitzustellen; eine Modus-Auswahlschaltung mit einer Diode zum Rückführen von Laststrom zu der DC-Versorgungsquelle auf einem ersten Pfad und einem ersten Schalter zum Rückführen des Laststroms zu der DC-Versorgungsquelle auf einem zweiten Pfad, der sich von dem ersten Pfad unterscheidet; und eine Steuervorrichtung, wobei: in Reaktion darauf, dass eine Ausgabespannung des LED-Treibers kleiner als das DC-Spannungssignal plus eine erste Schwellenspannung ist, die Steuervorrichtung so eingerichtet ist, dass sie den ersten Schalter ausschaltet, wodurch ein erster Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom auf dem ersten Pfad zur DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird; und in Reaktion darauf, dass die Ausgabespannung des LED-Treibers größer als das DC-Spannungssignal plus eine zweite Schwellenspannung ist, die Steuervorrichtung so eingerichtet ist, dass sie den ersten Schalter einschaltet, wodurch ein zweiter Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom zur DC-Versorgungsquelle auf dem zweiten Pfad, zurückgeführt wird; wobei die zweite Schwellenspannung größer als die erste Schwellenspannung ist.
LED-Treiber nach Anspruch 1, wobei der erste Modus ein Invers-Modus ist.
LED-Treiber nach Anspruch 1, wobei der zweite Modus ein Hochstell-Modus ist.
LED-Treiber nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter), das betriebsmäßig zwischen die DC-Versorgungsquelle und den Wandler geschaltet ist und zum Eliminieren von Hochfrequenzkomponenten des DC-Spannungssignals eingerichtet ist.
LED-Treiber nach Anspruch 1, wobei der Wandler ein Stromerfassungselement mit einem Widerstand umfasst.
LED-Treiber nach Anspruch 1, wobei der Wandler ferner aufweist: eine erste Induktivität und eine erste Diode, die betriebsmäßig mit einem zweiten Schalter verbunden sind, der von einer Treiber-Steuervorrichtungseinheit gesteuert wird; ein Stromerfassungselement, das einen durch die erste Induktivität fließenden Strom erfasst; einen Ausgabekondensator; und eine zweite Induktivität, die eine Schnittstelle zwischen dem Ausgabekondensator und der Last, die betriebsmäßig mit dem Wandler verbunden ist, bereitstellt.
LED-Treiber nach Anspruch 1, wobei die zweite Schwellenspannung mindestens 2,5 Volt größer als die erste Schwellenspannung ist.
LED-Treiber nach Anspruch 1, ferner aufweisend: wobei die Last eine LED-Kette aufweist; und eine LED-Kette-Steuervorrichtung, die eine Vielzahl von Schaltern steuert, wobei jeder Schalter einer oder mehreren LEDs in der LED-Kette zugeordnet ist, wobei die LED-Steuervorrichtung die Ausgabespannung des LED-Treibers mittels des DC-Spannungssignals, Strom, der durch den einen ersten Induktivität in dem Wandler fließt, einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und eines Tastverhältnisses des ersten Schalters ableitet.
Verfahren zum Bereitstellen eines konstanten Stroms, das Verfahren aufweisend: Umwandeln mittels eines Wandlers eines Treibers eines Gleichstrom (DC)-Spannungssignals, das von einer DC-Versorgungsquelle empfangen wird, in eine Konstantstromquelle, um sie einer Last bereitzustellen; Steuern mittels einer Steuervorrichtung, die mit dem Wandler betriebsmäßig verbunden ist, eines ersten Schalters einer Modus-Auswahlschaltung wobei die Modus-Auswahlschaltung eine Diode zum Rückführen von Laststrom zu der DC-Versorgungsquelle auf einem ersten Pfad und den ersten Schalter zum Rückführen des Laststroms an die DC-Versorgungsquelle auf einem zweiten Pfad, der sich vom ersten Pfad unterscheidet, aufweist; in Reaktion darauf, dass eine Ausgabespannung des Treibers kleiner als das DC-Spannungssignal plus eine erste Schwellenspannung ist, wird der erste Schalter durch die Steuervorrichtung ausgeschaltet, wodurch ein erster Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom auf einem ersten Pfad an die DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird; und in Reaktion darauf, dass die Ausgabespannung des Treibers größer als das DC-Spannungssignal plus eine zweite Schwellenspannung ist, wird der erste Schalter durch die Steuervorrichtung eingeschaltet, wodurch ein zweiter Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom auf einem zweiten Pfad an die DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: Eliminieren von Hochfrequenzkomponenten aus dem Signal von der DC-Versorgungsquelle durch ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter), das betriebsmäßig zwischen der DC-Versorgungsquelle und dem Wandler verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Schwellenspannung größer als die erste Schwellenspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 9, der Wandler aufweisend: eine erste Induktivität und eine erste Diode, die betriebsmäßig mit einem zweiten Schalter verbunden sind, der von einer Treiber-Steuervorrichtungseinheit gesteuert wird; ein Stromerfassungselement, das einen durch die erste Induktivität fließenden Strom erfasst; einen Ausgabekondensator; und eine zweite Induktivität, die eine Schnittstelle zwischen dem Ausgabekondensator und der Last, die betriebsmäßig mit dem Wandler verbunden ist, bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend: Ableiten mittels der Steuervorrichtung der Ausgabespannung des Treibers mittels des DC-Spannungssignals, eines durch die erste Induktivität fließenden Stroms, einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und eines Tastverhältnisses des ersten Schalters.
Vorrichtung, aufweisend: eine Steuervorrichtung, die betriebsmäßig mit einem Wandler und einer Modus-Auswahlschaltung verbunden ist, so dass die Steuervorrichtung, der Wandler und die Modus-Auswahlschaltung einen Treiber für eine Last bereitstellen, wobei: die Modus-Auswahlschaltung eine Diode zum Rückführen von Laststrom zu einer DC-Versorgungsquelle auf einem ersten Pfad und einen ersten Schalter zum Rückführen des Laststroms zu der DC-Versorgungsquelle auf einem zweiten Pfad, der sich von dem ersten Pfad unterscheidet, aufweist; und die Steuervorrichtung mit prozessorausführbaren Befehlen eingerichtet ist, um: in Reaktion darauf, dass eine Ausgabespannung des Treibers kleiner als das DC-Spannungssignal plus eine erste Schwellenspannung ist, den ersten Schalter auszuschalten, wodurch ein erster Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom auf dem ersten Pfad zur DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird; und in Reaktion darauf, dass die Ausgabespannung des Treibers größer als das DC-Spannungssignal plus eine zweite Schwellenspannung ist, den ersten Schalter einzuschalten, wodurch ein zweiter Modus ermöglicht wird, in dem der Laststrom auf dem zweiten Pfad zur DC-Versorgungsquelle zurückgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zweite Schwellenspannung größer als die erste Schwellenspannung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner aufweisend: wobei die Last eine LED-Kette aufweist; und eine LED-Kette-Steuervorrichtung, die eine Vielzahl von Schaltern steuert, wobei jeder Schalter einer oder mehreren LEDs in der LED-Kette zugeordnet ist, wobei die LED-Steuervorrichtung die Ausgabespannung des Treibers mittels eines DC-Spannungssignals, das von der DC-Versorgungsquelle bereitgestellt wird; Strom, der durch die eine erste Induktivität in dem Wandler fließt; einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und einem Tastverhältnis des ersten Schalters ableitet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Wandler aufweist: eine erste Induktivität und eine erste Diode, die betriebsmäßig mit einem zweiten Schalter verbunden sind, der von einer Treiber-Steuervorrichtungseinheit gesteuert wird; ein Stromerfassungselement, das einen durch die erste Induktivität fließenden Strom erfasst; einen Ausgabekondensator; und eine zweite Induktivität, die eine Schnittstelle zwischen dem Ausgabekondensator und der Last bereitstellt, die betriebsmäßig mit dem Wandler verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Steuervorrichtung ferner mit prozessorausführbaren Anweisungen eingerichtet ist, um: die Ausgabespannung des Treibers mittels eines DC-Spannungssignals, das von der DC-Versorgungsquelle bereitgestellt wird; einem Strom, der durch die eine erste Induktivität in dem Wandler fließt; einer Schaltfrequenz des ersten Schalters und einem Tastverhältnis des ersten Schalters abzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner mit einem elektromagnetischen Interferenzfilter (EMI-Filter), das betriebsmäßig zwischen die DC-Versorgungsquelle und den Wandler geschaltet ist und zum Eliminieren von Hochfrequenzkomponenten eines DC-Spannungssignals von der DC-Versorgungsquelle eingerichtet ist.