LED驱动器的LLC级的制作方法

led驱动器的llc级
技术领域
1.本发明涉及led驱动器的谐振转换器级，优选llc级。本发明还涉及用于led驱动器的谐振转换器级(优选llc级)的方法。


背景技术：

2.例如，在两级拓扑(升压功率因数校正(pfc)和半桥(hb)llc)或三级拓扑(升压pfc、半桥llc和降压)的情况下，谐振转换器(优选地llc)级在led档位中的使用是已知的。在第一种情况下，hb
‑
llc级充当直接供应led负载的电流源。在第二种情况下，hb
‑
llc级为第三(降压)级提供恒定电压。
3.为了确保半桥dc/ac转换器的2个开关的所谓零电压切换(这意味着开关仅在漏极
‑
源极上的电压较低时接通)，实现称为ccd(电容电流检测)电路的已知机制。ccd电路监测hb中点电压，其中仅当中点电压高于某个阈值(例如，高于50％电平)时才允许高边fet接通，并且仅当中点电压低于某个阈值(例如，低于50％电平)时才允许低边fet接通。这通常导致存在死区时间，例如两个开关均不接通(即，导通)的时段。
4.该ccd电路确保fet的切换损耗低并且避免fet破坏。然而，如果半桥输入电压(例如由pfc级提供的dc总线电压)例如由于干线电压中断而下降，则会出现问题。如果未足够早地检测到(并处理)该电压降，则半桥控制器将尝试通过改变开关的切换，通常通过朝向llc的谐振频率降低切换频率来补偿dc电压的减小和所得的led电流的减小。
5.根据用于恒定控制led电流的控制电路的时间响应，因此在检测到这种不期望的操作状态之前(即，直到开关的切换频率达到设定的频率下限)可能需要一些时间。
6.因此，目的是为led驱动器提供改进的llc级。特别是用于检测由ac干线电源的掉线引起的该不期望的llc操作状态的时间段应当减少。


技术实现要素：

7.根据本发明的第一方面，提供了一种led驱动器的llc级。
8.led驱动器的谐振转换器级(优选地为llc级)包括：半桥或全桥电路，该半桥或全桥电路包括串联连接的两个开关；控制电路(诸如例如微控制器或asic)，该控制电路用于控制该开关的切换操作，其中开关的该控制电路被布置成监测该两个开关之间的中点电压，并且仅在中点电压满足限定标准的情况下才启用该开关中的一个开关的接通。该控制电路被设计成在死区时间大于预设阈值的情况下发出错误信号，在该死区时间期间，两个开关均为非导通的并且由等待中点电压满足接通标准而产生。
9.在一个优选的实施方案中，错误信号导致以下中的至少一者：开关的切换操作的停止、谐振转换器级(优选llc级)的重启，尤其是基于微控制器的控制电路的重启，以及将错误标记存储在与控制电路相关联的存储单元中。
10.在另一个优选的实施方案中，只有当死区时间超过预设阈值的发生满足超过单次发生的至少一个给定标准时，才会发出错误信号。
11.在另一个优选的实施方案中，给定标准至少是死区时间超过该预设阈值的发生频率，该频率基于时间或基于两个开关的切换周期来计算。
12.在另一个优选的实施方案中，控制电路根据优选地表示led电流的反馈信号来控制开关的切换操作的频率和/或占空比。
13.在另一个优选的实施方案中，开关的控制电路被配置为如果中点电压高于第一阈值则接通开关中的一个开关，并且当中点电压低于第一阈值时接通另一个开关。
14.在另一个优选的实施方案中，阈值是固定值。
15.在另一个优选的实施方案中，阈值是动态值。
16.在另一个优选的实施方案中，阈值取决于开关的占空比。
17.在另一个优选的实施方案中，阈值是接通两个开关的有效周期的函数。
18.在另一个优选的实施方案中，阈值是接通两个开关中的一个开关的有效周期的函数。
19.根据本发明的第二方面，提供了一种led驱动器，该led驱动器包括根据第一方面及其实施方案的llc级，并且包括用于供应led负载的输出端子。
20.根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制llc级的两个开关的方法，该llc级包括开关的控制电路，该方法包括以下步骤：监测两个开关之间的中点电压；如果该中点电压满足限定标准，则仅在死区时间之后启用开关中的一个开关的接通；监测由中点电压的监测产生的死区时间；以及如果死区时间大于阈值，则发出错误信号。
附图说明
21.图1示出了根据本发明的led驱动器的llc级的实施方案；
22.图2示出了根据本发明的led驱动器的llc级的向上/向下事件计数器；并且
23.图3示出了用于控制led驱动器的llc级的两个开关的方法。
具体实施方式
24.本文在led驱动器的上下文中描述了本发明的各方面。
25.下文参考附图更全面地描述了本发明，其中示出了本发明的各方面。然而，本发明可以多种不同的形式体现，并且不应理解为限于通过本公开呈现的本发明的各方面。相反，提供这些方面使得本公开将是周密且完整的，并且将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。附图中示出的本发明的各方面可能未按比例绘制。相反，为清楚起见，可扩大或减小各种特征结构的尺寸。此外，为清楚起见，可简化一些附图。因此，附图可能未示出给定装置的所有部件。
26.将呈现led驱动器的谐振转换器级(优选地llc级)的各方面。然而，如本领域的技术人员将容易理解的，在不脱离本发明的情况下，这些方面可以扩展到led驱动器的谐振转换器级(优选地llc级)的各方面。
27.led驱动器在本领域中是熟知的，因此，将仅简要讨论以提供对本发明的完整描述。
28.还应当理解，本发明的方面可包含易于使用常规半导体技术(诸如互补金属氧化物半导体技术，简称为“cmos”)制造的集成电路。此外，本发明的各方面可利用用于制造光
学器件以及电气器件的其他制造工艺来实现。现在将详细参考如附图所示的示例性方面的具体实施。在整个附图和以下详细描述中将使用相同的附图标记来指代相同或类似的部件。
29.现在参见图1，示出了根据本发明的led驱动器100的llc级的实施方案。谐振转换器级也可另选地由lcc级或另一种类型的谐振转换器级形成。
30.在该实施方案中，llc级包括切换桥100a、llc储能器100b、变压器和整流器100c、输出电容器100d和控制电路100e。
31.切换桥100a生成方波以激励llc谐振储能器100b，llc谐振储能器100b将输出由变压器和整流器电路100c缩放和整流的谐振正弦电流。输出电容器100d对经整流的ac电流进行滤波并输出dc电压。
32.切换桥100a包括两个串联连接的开关(fet)m40和m41。半桥布置m40，m41被馈送dc电压。开关m40、m41的中点连接至谐振电容器c51和llc变压器的初级侧绕组l51a。llc变压器的初级侧绕组l51a与连接到整流二极管布置d52a、d52b、d52c和d52d的次级侧绕组l51b耦接。
33.二极管布置的输出被馈送到电容器c52，该电容器的dc电压被施加到输出端子led 和led
‑
以用于提供led负载。
34.此外，在切换半桥100a中提供七个电阻器r42、r43a、r43b、r43c、r44、r45和r47以及三个电容器c42、c43和c44。
35.此外，二极管布置的输出被馈送到控制电路100e。
36.切换桥100a可以是如图1所示的实施方案中的半桥，或是全桥。控制电路100e(诸如例如微控制器或asic)被配置为控制开关m40、m41的切换操作。控制电路100e被布置成监测两个开关m40、m41之间的中点电压，并且仅在中点电压满足安全节能切换的限定标准的情况下启用开关m40、m41之一的接通。
37.此外，如果死区时间大于预设阈值，则控制电路100e被设计成发出错误信号，在该死区时间期间，开关m40、m41均为非导通的并且由中点电压的监测产生。
38.在一个实施方案中，hb
‑
llc级中的死区时间可由两个部分组成：现在存在的固定部分(例如，700ns)和由ccd功能添加的可变部分(如果需要)。因此，例如，如果m40断开，则控制电路等待700ns，然后如果中点电压满足ccd条件(在这种情况下，如果中点电压低于例如50％)，则接通m41。如果中点电压不低于该电平，则ccd功能增加死区时间(然后这是死区时间的可变或动态部分)。
39.如果出现错误信号，则发生以下情况中的一种：
40.‑
开关m40，m41的切换操作的停止；
41.‑
led驱动器100的llc级的重启，尤其是基于微控制器的控制电路100e的重启，
42.‑
通过无线或有线(例如，总线)传输信道发送错误信号，或者
43.‑
将错误标记存储在与控制电路100e相关联的存储单元中。
44.优选地，只有当死区时间超过预设阈值的发生满足超过单次发生的至少一个给定标准时，才发出错误信号。该给定标准至少是死区时间超过预设阈值的发生频率。该频率可基于时间或基于两个开关m40和m41的切换周期来计算。
45.此外，控制电路100e根据优选地表示led电流的反馈信号来控制开关m40、m41的切
换操作的频率和/或占空比。另外，控制电路100e可被配置为如果中点电压高于第一阈值则接通开关中的一个开关m40，并且当中点电压低于第一阈值时接通另一个开关m41。具体地讲，阈值可以是固定值或动态值。此外，阈值取决于开关m40和m41的占空比。例如，阈值也可是两个开关m40、m41的接通的有效周期的函数，或两个开关中的一者m41的接通的有效周期的函数。
46.使用死区时间监测具有以下优点：与现有技术相比，更快检测到llc的不期望的操作状态。该监测可逐个循环地完成(切换)。这具有可更快检测到错误信号的优点。事实上，过长死区时间的发生应由控制电路100e检测并通过错误标记发信号通知。然后，控制电路100e可自行执行复位(或错误关闭)，或者在设置标记的情况下，微控制器简单地轮询该错误标记并且以复位(或关闭)作出反应。
47.在一个实施方案中，控制电路的实际死区时间是未知的。仅标称死区时间(其可针对高边fet m40和低边fet m41单独设置)是已知的。由于ccd功能，如果所监测的半桥中点电压不高于(针对高边fet m40接通)或低于(针对低边fet m41接通)阈值，则该标称死区时间可增加。因此，需要在控制电路中测量实际死区时间。然后可将该实际死区时间与固定最大极限(例如，针对高边fet m40的tdead_hs_max，针对低边fet m41的tdead_ls_max)或动态极限(例如，tdead_hs_max＝tout/2，tdead_ls_max＝tout/2，其中tout是目标半桥周期时间)进行比较。一旦实际死区时间长于极限，就检测到tdead_max事件。
48.为了确保稳健的设计，错误标记(或错误关闭)可不在第一tdead_max事件上设置，而是仅在这些事件中的若干事件在特定时间内发生时设置。因此，可利用事件计数器(或低频滤波器单元)。死区时间增加的问题不一定发生在连续的半桥周期中。可能的是，一个周期没有错误(标称或仅略微增大的tdead)，并且该问题仅在每隔一个周期时发生。因此，不能使用需要例如将事件设置为8个连续的半桥周期的复位事件计数器：提出了具有加权计数的向上/向下事件计数器。
49.该向上/向下事件计数器被初始化为例如最大值64。然后，每个tdead_max事件将事件计数器减小4，并且每个正确的tdead将事件计数器增加1。一旦事件计数器达到0，设置tdead_max错误标记(或执行错误关闭)。利用该方法，可确保在这些长的tdead仅每隔一个或每第三半桥周期发生的情况下也检测到所述问题。除了值4和1之外，也可使用其他值。
50.图2示出了死区时间检测的示例。增加的死区时间用斜线突出显示。每个增加的死区时间使事件计数器减小4，每个标称死区时间使事件计数器增加1。一旦事件计数器达到0(图2中未示出)，就设置错误标记。图2中的示例示出了如何监测高边fet m40(tdead_hs)的死区时间。另外，此类检测机制将被实现用于低边fet m41，以在低边fet m41接通(tdead_ls)之前监测死区时间。
51.问题在于，半桥输入电压(例如，由升压pfc提供的用于半桥的400v输入电压，该升压pfc被布置为供应半桥的功率因数校正级)由于例如ac干线电压中断而下降。根据现有技术利用ccd功能(即，根据中心电压的电平，在两个开关接通之前监测中心电压将导致死区时间延长)，两个开关控制信号之间的死区时间将过长。
52.利用本发明，可快速检测此类错误状态。根据本发明，将可以使用向上/向下事件计数器检测这种切换状态(错误延长的死区时间)的发生。
53.图3示出了用于控制led驱动器的llc级的两个开关的方法300。
54.用于控制包括用于开关的控制电路的llc级的两个开关的方法300包括以下步骤：
55.‑
监测302两个开关之间的中点电压；
56.‑
如果中点电压满足限定标准，则仅在死区时间之后启用304开关中的一个开关的接通，以及
57.‑
监测306由中点电压的监测得到的死区时间；以及如果死区时间大于阈值，则发出错误信号。
58.本文所述、所示和/或受权利要求书保护的所有实施方案的所有特征可彼此组合。
59.虽然上文已描述了本发明的各种实施方案，但应当理解，这些实施方案仅以举例的方式而非限制的方式给出。在不脱离本发明范围的精神的前提下，可根据本文的公开内容对本发明所公开的实施方案进行多种改变。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述实施方案的限制。相反，本发明的范围应根据以下权利要求书及其等同物来限定。
60.虽然已经相对于一个或多个具体实施例示和描述了本发明，但是本领域的技术人员在阅读本说明书和附图的理解后将想到等同的替代形式和修改形式。此外，虽然可仅相对于若干具体实施公开本发明的特定特征，但此类特征可根据任何给定或特定应用的期望和优点与其他具体实施的一个或多个其他特征组合。
61.参考符号
62.100
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llc级
63.100a
ꢀꢀꢀ
切换桥
64.100b
ꢀꢀꢀ
llc储能器
65.100dc
ꢀꢀ
变压器和整流器
66.100e
ꢀꢀꢀ
控制电路
67.300
ꢀꢀꢀꢀ
方法
68.302
ꢀꢀꢀꢀ
步骤
69.304
ꢀꢀꢀꢀ
步骤
70.306
ꢀꢀꢀꢀ
步骤