具有连续输出调节范围的紧凑功率转换设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成功率转换器领域。本发明尤其可以应用于发光二极管(LED)光源的驱动电路。更具体地，本发明涉及紧凑和有效的功率转换设备。
【背景技术】
[0002]要求功率转换模块的高集成水平的应用，例如使用开关模式电源(SMPS)，可以借助诸如开关电容转换器(SCC)的功率转换器，该功率转换器可以仅使用电容器和开关并与电感输出滤波器组合来提供高效率的DC-DC电压转换。
[0003]尤其地，固态照明(SSL)工业对用于LED的小且紧凑的电源管理单元的需求正在增加。LED要求尽可能高效地以恒定电流的形式传输供应功率。理想地，在尺寸上可与LED本身进行比较的LED驱动器将表现出重大突破，其能够实现新的照明概念。这种解决方案将要求系统具有高水平的可靠性和效率，从而满足寿命、尺寸和散热的要求。
[0004]LED驱动器可以基于SMPS。SMPS可以包括SCC，其允许高集成水平并实现较大的功率转换比率，但是具有提供多个离散的转换比率的缺陷，这使得SCC不适合于要求输出功率的细调的应用。
[0005]SMPS还可以包括传统的电感转换器，其包括多个电感器和开关。电感转换器允许输出功率的细调，并且可以有效地提供任意的转换比率，但是电感转换器的一个缺点是它们不能容易地集成到紧凑结构中。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目标是通过提出一种允许实现高效的、小体积的混合功率转换器、尤其是适用于LED的集成驱动器中的解决方案来克服现有技术的上述缺点。本发明还允许实现能够容易集成在紧凑封装中的LED的电源管理单元。本发明可以进一步允许将LED及其相关联的电源管理单元集成在同一子基板中。
[0007]根据本发明，提出显著减少SMPS的滤波器需求，从而在针对宽泛且连续的输出调节范围保持高的转换效率的同时，能够使用少得多的大体积的电感器。
[0008]为了该目的，本发明提出了使用脉宽调制信号向负载供电的新型的功率转换设备，其包括电感式输出滤波器，所述电感式输出滤波器的至少一个输出被配置为连接至所述负载，所述功率转换设备包括:
[0009].功率转换模块，其由DC输入电压供电并被配置用于提供多个输出信号，所述多个输出信号的电平幅度为输入电压电平的分数，每个输出信号均浮置，其具有以从经确定的最低分数的电平幅度到经确定的最高分数的电平幅度的范围内的多个阶梯进行划分的偏置分量;
[0010]?选择模块，适于选择所述多个输出信号中的一个输出信号，所选择的输出信号连接至所述输出滤波器。
[0011]在本发明的一个示例性实施例中，选择模块可以包括多路复用器，该多路复用器接收所述多个输出信号作为多个输入，并且配置用于从所述多个输入输出所选择的一个输出信号。
[0012]在本发明的一个示例性实施例中，选择模块包括所选择的输出信号到输出滤波器的布线。
[0013]在本发明的一个示例性实施例中，功率转换设备可以还包括控制器，其被配置用于根据由表示感测的电源电压的输入信号、所述功率转换模块的感测输出电压和表示感测的负载电压、负载电流或负载功率的信号组成的组中的至少一个分量，来控制所述功率转换模块的输出信号的占空比和/或频率。
[0014]在本发明的一个示例实施例中，功率转换模块可以包括开关电容转换器(SCC)，所述开关电容转换器包括被所述控制器控制的多个开关。
[0015]在本发明的一个示例实施例中，功率转换模块可以基于迪克森梯型拓扑。
[0016]在本发明的一个不例实施例中，多个输出信号可以由所述功率转换模块的对应内部节点处的电压形成。
[0017]本发明的另一方面是用于发光二极管的驱动器，其包括所描述的实施例中的任意实施例中的功率转换设备。
[0018]本发明的另一方面是LED封装，其包括至少一个LED以及相关联的根据所描述的实施例中的任意实施例中的驱动器。
[0019]根据本发明的示例实施例，这种LED封装可以集成为芯片上电源系统(PSoC)或封装内电源系统(PSiP)。
[0020]本发明的另一方面是一种用于通过电感式输出滤波器为负载提供脉宽调制(PWM)信号的方法，所述电感式输出滤波器的至少一个输出被配置为连接至所述负载，所述方法至少包括以下步骤:将DC输入电压提供的功率转换为多个输出信号，所述多个输出信号的幅度电平为输入电压电平的分数，每个输出信号均浮置，其具有以从经确定的最低分数的电平幅度到经确定的最高分数的电平幅度的范围内的多个阶梯进行划分的偏置分量；以及通过连接至输出滤波器的多路复用器选择从所述多个输出信号中所选择的一个输出信号。
[0021]本发明在其实施例中的另一优势是其允许减少电磁发射，由此改善电磁干扰(EMI)。
[0022]本发明的又一优势是功率转换设备所包括的开关中的电压应力可以显著减少，从而显著地改善功率转换设备的寿命以及实现高效的转换。更进一步地，减少电压应力允许使用更小的开关，这导致更廉价的集成工艺，以及允许符合超大规模集成(VLSI)的要求，这导致了可能更快的开关速度。
[0023]本发明在其一些实施例中的又一优势是:与具有类似性能的现有功率转换设备相比较，功率转换设备中所使用的电容器的数量可以大幅减少。
【附图说明】
[0024]本发明的这些和其他特性和优势将根据以下仅通过说明和非限制性实例给出的优选实施例的详细描述以及附图而变得更加清楚，其中:
[0025]图1示出了本发明的示例性实施例中的连接至电压源和负载的功率转换设备的框图；
[0026]图2是示出本发明的示例性实施例中的功率转换设备的传动系的电气图；
[0027]图3是示出根据本发明示例性实施例的功率转换设备的不同内部节点处的电压的时序图；
[0028]图4是示出根据本发明示例性实施例的当控制PWM信号的占空比被扫描时功率转换设备的不同内部节点处的平均电压的曲线；
[0029]图5是示出针对额定负载电压的不同值的输出滤波器的电感值对输出电压波纹变化的依赖性的曲线；
[0030]图6是示出本发明的示例性实例中的用于控制功率转换模块的占空比和/或频率的模拟控制的示例性实施方式的示图；
[0031]图7是示出本发明的示例性实施例中的用于控制多路复用器通道的分区控制的示例性实施方式的示图。
【具体实施方式】
[0032]在以下详细描述中，为了解释而不是限制的目的，阐述公开具体细节的代表性实施例以提供对本教导的透彻理解。然而，对于受益于本公开内容的本领域技术人员将清楚的是，根据本公开内容的脱离这里公开的具体细节的其他实施例仍然落在所附权利要求的范围之中。此外，可以省略公知装置和方法的描述，从而不模糊代表性实施例的描述。这些方法和装置明显在本公开的范围内。
[0033]图1示出了本发明的示例性实施例中的连接至电压源和负载的功率转换设备的框图。
[0034]图1示出了功率转换设备10，其具有向负载11传输诸如调节DC电压的输出信号的至少一个输出。功率转换设备10具有连接至电源13的至少一